基于物聯網的油庫安全管理信息系統研究

杜治高,王玉斌,冒亞明,董金國

（1.中國石油安全環保技術研究院,北京 100191；2.中國石油天然氣股份公司東北銷售分公司,遼寧 沈陽110013）

油庫是用來存儲油料的工業設施,由于石油易燃、易爆、易揮發的特點,油庫很容易發生火災爆炸等安全事故,從而給人民生活、社會財產造成巨大損失。據統計,近20年間,我國銷售系統成品油庫共發生較大事故600次,致使 310人死亡、630人傷殘,損失油品近 5萬噸,直接經濟損失達2 500萬元[1]。

大量統計資料表明,在各行業安全事故中，由于人的行為失誤而導致的事故占主導地位（94%）,而物的不安全條件占次要地位 （6%）[2]。經過對大量油庫事故的研究發現,影響油庫安全的因素有人的行為、物的狀態、環境、管理狀況等4大因素,其中人的行為占支配地位[3]。研究表明,在油庫的各項業務活動中都存在人的不安全行為,例如：員工在收發油過程中不遵循操作卡要求執行作業,管理人員在作業許可的現場審批環節不到施工現場審核,基層員工不到現場巡檢并且隨意編造巡檢結果。這些違規行為對油庫安全生產造成了嚴重威脅,但傳統管理手段又無法對比進行監督,因而成為了管理上的難題。

物聯網技術是近年來廣受關注的一項新的信息技術,它的目標是通過無線通信等技術手段實現物與物、物與人的互聯互通。物聯網技術延伸了人對現實世界的感知和控制能力,能夠在油庫安全管理中發揮重要的輔助作用。

1 物聯網技術

2005年ITU發布報告[4],指出信息與通信技術的目標已經從滿足人與人之間的溝通發展到實現人與物、物與物之間的連接。物聯網使人們在信息與通信技術的世界里獲得一個新的溝通維度,將任何時間、任何地點連接任何人,擴展到連接任何物品,萬物的連接就形成了物聯網。

由于大大擴展了現有網絡的聯通范圍和能力,物聯網技術具有廣闊的應用前景。將物聯網技術引入產品管理[5],覆蓋了從產品設計、原材料采購、生產、庫存、運輸、銷售到售后處理等各個環節,使得產品的整個生命周期都可追蹤和可監控,大大增強了對產品的管理控制能力。物聯網技術在醫療健康、智能家居、智能博物館等許多領域[6]都取得了較好的應用效果。

2 系統概述

根據前文所述,油庫安全事故最大的誘因是人的不安全行為。要分析油庫中人的不安全行為,首先要理解油庫涉及的業務活動。根據在中國石油東北銷售分公司南京三江口油庫、寧波北侖油庫的調研,油庫涉及到的作業可以分為常規作業和非常規作業兩類。常規作業即日常的油庫生產業務,主要包括收油作業、發油作業、倒罐作業。非常規作業主要是指高風險作業,包括動火、臨時用電等作業。

基于對油庫安全事故致因和油庫日常業務的分析,本系統從作業許可管理、常規作業運行操作管理以及巡檢管理三個方面來加強油庫安全管理。

2.1 常規作業操作監控

常規作業是油庫最常見的業務,通常每個油庫每天都要執行多次常規作業,因此常規作業是安全管理的主要內容。一個常規作業通常包括調度員、儲運、司泵、計量、化驗等崗位,其中調度員負責制定作業計劃,儲運負責與來船（車）溝通,司泵負責輸油管線的檢查、打開和關閉,計量負責測量來油（付油）數量,化驗崗負責檢測來油質量。

按照油庫管理規定,開展一次作業之前,調度員首先制定作業計劃,并報油庫領導審批。審批通過之后,作業計劃下發到參與該作業的各崗位人員。為了加強安全管理,油庫針對不同作業為各崗位人員制定了相應的操作卡,規定了各項業務中各崗位人員的作業操作步驟和注意事項。作業開始之后,各崗位人員按照紙質操作卡規定逐步操作,并在操作卡上逐項確認操作結果。

但在實際業務開展中,員工往往無視操作卡規定,按照個人意愿隨意操作,并在事后編造合規的操作記錄。針對這種情況,本系統引入了防爆PDA。在作業開展過程中,各崗位人員攜帶防爆PDA到現場,通過3G通信信道下載本崗位對應的操作卡;然后按照操作卡逐項作業,并在PDA上逐步確認;PDA將確認結果通過3G通信信道即時傳送到系統的后臺服務器;服務器將記錄各崗位人員每一步操作的時間和結果。因此處于中控室的調度員和辦公室的領導能夠通過系統對作業開展過程進行實時監控,確保各崗位人員嚴格按照操作卡實施作業。

2.2 作業許可管理

雖然油庫中的非常規作業不像常規作業那樣頻繁,但是非常規作業都是高風險作業,極易引發安全事故,也是安全管理工作的重點。

按照安全管理規定，油庫非常規作業執行作業許可制度。非常規作業開展之前首先要提交關于作業風險點及對應的防控措施等內容的書面分析材料,進行作業許可申請；安全管理人員對書面材料進行審查,通過之后作業負責人進行作業準備。具備作業條件之后,安全管理人員需要到作業現場,對照之前通過審查的書面材料,逐項確認風險防控措施已經落實就位,進行現場審批?，F場審批通過之后,才可以開展作業。

在實際工作過程中,存在安全管理人員在現場審批環節偷懶、直接在辦公室審批作業許可的現象。因為現場審批是作業許可管理最關鍵的一環,這種違規行為嚴重削弱了安全管理的效果。為了杜絕這種現象,在本系統中進行作業許可現場核查時,審批人攜帶PDA到審批現場,先通過3G信道下載待審批作業的書面材料詳細信息;然后通過PDA內置的RFID讀卡器讀固定安裝在作業現場的RFID標簽,在PDA上對作業條件進行逐項確認,并最終審批作業許可。PDA讀取的RFID標簽ID信息和審批人的逐項確認結果都會被即時發送到后臺服務器,這些信息以及每次操作對應的時間戳都將會被保存在服務器上。因此,作業許可審批的整理過程在系統中都是可追蹤的。

2.3 巡檢管理

巡檢管理是油庫發現儲罐、管線等關鍵設備設施狀態異常的主要手段,是油庫安全管理的重要一環。根據安全管理規定,油庫需要執行班組日巡檢、油庫周檢查和公司月檢查。但在實際工作中,巡檢人員有時偷懶不到現場巡檢并編造巡檢結果。

為了封堵管理漏洞,首先在油庫的各巡檢點固定部署RFID標簽;員工每次巡檢時,攜帶PDA讀巡檢點的RFID標簽,然后在PDA上填寫巡檢狀態;PDA通過3G通信信道即時將標簽ID和巡檢結果上傳到后臺服務器,這些信息和對應的操作時間戳都將被保存在服務器上。因此,每次巡檢過程在系統中都是可追溯的。

3 系統實現

3.1 體系架構

基于物聯網的油庫安全管理信息系統的體系架構可以分為3個層次:感知延伸層、通信層、應用層,如圖1所示。

圖1 基于物聯網的油庫安全管理信息系統體系架構

感知延伸層包括部署在油庫各非常規作業場所的RFID標簽、部署在各巡檢點的RFID標簽,以及用戶作業時攜帶的防爆PDA。RFID標簽和PDA標識了作業場所和巡檢設備這些“物”。

通信層的作用是連接作業現場的“物”與系統用戶。現場收集的數據通過3G通信信道即時發送到因特網,然后VPN路由器將數據轉發到位于企業內網上的系統后臺服務器。

系統采用了北京旋極信息技術有限公司的HR-7000防爆PDA,這款PDA搭載了Intel XScale 270處理器,內置 64 MB Flash,128 MB DRAM,支持 WCDMA通信協議。HR-7000內置了1個RFID讀卡芯片,其工作頻率為 13.56 MHz,支持 ISO14443A/B和 ISO 15693標準。HR-7000通過了石油和化學工業防爆電器產品質量監督檢驗中心的認證,防爆標志Exib II BT3,能夠在防爆 1區使用。由于油庫內僅儲罐內部為防爆0區,因此HR-7000幾乎能在油庫所有區域使用。HR-7000運行Windows CE 5.0操作系統,并安裝了筆者開發的業務管理程序。

系統采用了北京蘭德華電子技術有限公司的EM RFID標簽。該款標簽工作頻率為13.56 MHz,符合ISO 15693標準，能夠防水、防震、防金屬、防高低溫，且能夠長時間在戶外工作,適合油庫管理需求。

3.2 軟件架構

基于物聯網的油庫安全管理信息系統軟件采取了SOA架構,從下至上分為 4層:數據層、服務層、業務層、展示層,如圖2所示。其中數據層包括數據庫系統和文件系統,用來存儲系統業務和配置相關的數據。系統中的業務數據存儲在Oracle關系型數據庫中,而支撐系統運行的配置數據,因為語義性較強,采取了XML格式存儲。

圖2 基于物聯網的油庫安全管理信息系統軟件架構

服務層提供公用的服務,用以支撐其上的業務層,包括報表工具、組織機構、系統菜單、用戶管理和日志等模塊。這些模塊以Web服務的形式對業務層模塊提供服務,保證了模塊之間的松耦合和軟件的高重用性。其中，報表工作模塊提供了業務數據統計分析和可視化功能;組織機構模塊負責對使用系統的各級單位進行增刪改查;系統菜單包括對系統功能菜單和其他系統運行參數的配置功能;用戶管理負責系統用戶認證和權限控制;日志模塊則實現了支持在線配置的分級的日志功能。

業務層實現了作業許可、常規作業運行操作管理和巡檢管理三項系統的主體功能,相關內容已經在第2節進行了詳細介紹。

展示層提供系統的用戶接口,包括主體功能界面、考核統計界面和PDA展示接口等模塊。展示層通過統計報表、可視化等技術提供了簡潔優雅的操作接口。

4 應用效果

本設計的基于物聯網的油庫安全管理信息系統已經在中國石油東北銷售分公司的南京三江口油庫和寧波北侖油庫上線運行了8個月,共使用了24臺防爆PDA和大約100個RFID標簽,目前已積累了20條作業許可數據、472條常規作業記錄。本系統運行穩定,對油庫安全管理提供了良好的支撐。中國石油東北銷售分公司已經決定在公司其他油庫推廣本系統。

目前國內企業和政府共有油庫數千座,本系統對這些油庫的安全管理能夠起到相同的支撐作用,因此具有廣闊的應用前景。

本文介紹了一個基于物聯網的油庫安全管理信息系統,該系統通過引入防爆PDA、3G通信、RFID等物聯網和移動計算最新信息技術,實現了對油庫相關業務過程的實時監控。該系統具備以下特點:(1)利用RFID標簽和防爆PDA等設備,杜絕以往在辦公室進行許可現場審批的違規行為;(2)利用物聯網和移動通信技術確保油庫常規作業嚴格按照操作卡規定開展;(3)通過物聯網技術的應用確保巡檢任務按時在現場執行。

基于本系統的成功經驗,下一步將探索在更復雜的石油石化環境(例如在油田和煉化企業的安全生產管理)中使用物聯網技術支持安全管理的方式。

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[2]萬璽,雍岐東.企業安全評價的現狀、問題及對策[J].西華師范大學學報（哲社版）,2004,（增刊）:60-62.

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