天然氣加氣站智能信息化系統開發

李寬　周衛紅　李志剛　吳光元　桑賢伯　王一同

摘要：該論文針對目前燃氣加氣站管理的現狀和缺陷進行分析和重新設計，借助web app對整個運營數據進行采集和匯總、實時顯示動態數據、燃氣銷售信息查詢及相關報表文件輸出（word文檔和Excel文檔）和打印機輸出。項目集工控機、跨平臺應用于一體，實現對加氣站的信息化管理。利用應用服務器分析，對加氣站數據整理形成可視化圖表。增添手持移動端和網頁技術的運用，使用戶界面可支持跨平臺操作，用戶不再受地點限制。

關鍵詞：天然氣；加氣站；信息化系統

我國在十一五和十二五期間天然氣行業發展迅速，天然氣在能源結構中比例逐年增加，1999 年到2015 年，國內城市加氣站的數量由130 座上升到7540座，增幅57倍，到2020年全國要建成約12000座車用天然氣加氣站[1]。但是天然氣加氣站的信息化建設與加氣站建設快速發展不相適應。很多加氣站急于項目投產，所以根本沒有信息化系統與之相配套，能源信息管理、統計和分析缺失給管理造成了很多麻煩，容易造成數據丟失，效率低下等問題。多數公司仍采用傳統手工錄入方式對數據進行匯總[2]，市場現有管理系統價格昂貴，生產成本大大增加，降低了利潤。

為了解決這一困擾行業難題，本論文介紹了一套方便快捷、價格適中的天然氣加氣站智能信息化系統。該系統將實現加氣站數據采集、數據傳輸、數據挖掘和數據訪問等功能。

1 研究現狀

目前大部分公司主要采用AppRMS（基于物聯網的智能裝置遠程監控與服務系統）[3]實現對加氣站設備遠程狀態監測，該系統缺乏對加氣站精細化管理以及運用移動端隨時隨地進行數據監測功能，如果在現有公司所研發系統的基礎上拓展其功能，實現用戶界面可跨平臺操作，則可以搭乘原有平臺推廣使用自身所研制的跨平臺管理系統，這樣可更方便地為用戶提供實時可靠數據；基于HTML5構建，有效避免了多平臺重復操作，易于維護，實現加氣站信息化系統建設，固有很好的推廣和應用前景。

2 系統原理

2.1 系統要求

1）天然氣加氣站管理依據自身特有性質，要求不同層次管理人員對加氣站信息有不同訪問權限，如加氣站總經理與技術人員訪問界面不同，用戶與管理者訪問權限不同等；2）考慮到加氣站數據的時效性，要求實現加氣站數據的實時傳遞；3）由于同一公司在全國各地常有子公司，加氣站分布分散，為方便統一管理要求實現多地區遠距離數據匯總；4）為方便管理人員與用戶不受地域和環境限制進行實時操作，要求實現用戶界面可跨平臺操作，包括PC端與手機端。

2.2 系統架構

整個系統利用網絡手段對加氣機上的數據進行匯總與傳輸，使用了基于WEB的B/S結構和基于桌面端的C/S結構[4]，更符合實際的實時網絡應用。其拓撲圖如圖1：

2.3 系統開發

2.3.1 數據采集子系統

數據采集子系統主要分為兩個大的模塊：數據采集模塊和預處理模塊。數據采集模塊利用RS232協議與加氣機進行串口通信，數據采集結構圖如圖2；采集加氣量等數據進行封裝交至FPGA器件預處理。預處理模塊對發來的數據進行校驗，加工成為有效的原始數據，結構圖如圖3。

2.3.2 數據傳輸子系統

數據傳輸子系統主要負責通過網絡傳輸數據，它包含支持TCP/IP協議簇的以太網傳輸模塊。

子服務器子系統對經由串口發來的數據進行校驗和糾錯，并對有效的原始數據進行更深一步的處理，并用AES、RC4等算法[5]加密。在與總服務器通信時，子服務器會對總服務器鑒權如圖4。

2.3.3 用戶交互子系統

用戶交互子系統擁有人性化的登錄界面，方便管理者進行實時信息查詢和數據比對。在計算機端，交互系統可以查詢詳細信息和打印報表。在移動端，用戶交互系統依然能方便自如的在各種移動設備上實時監控管理者想監控的加氣站，結構圖見圖5。

2.3.4 總服務器

總服務器系統能分析深度處理的各個子服務器傳來的數據以監測儲量，清算數據，生成報表，并能用數據來分析公司未來的發展。在用戶訪問主服務器時主服務器能對不同權限的訪問者進行權限的分配。在與子服務器通信時，主服務器能對子服務器鑒權，結構圖見圖6。

3 系統實現

3.1 數據的模擬與采集

根據實地調研、查閱大量文獻資料，基于LNG加氣機工作原理，自主研發了兩臺模擬加氣機，用來有效進行加氣機數據的模擬與采集，該模擬器基于RS232協議與加氣機進行串口通信，并將采集加氣量等數據進行封裝交至FPGA器件預處理，利用IP的獨立性，成功有效地模擬了不同地區的加氣機數據，如河北省、遼寧省等跨省的加氣機數據，并將其采集預處理。

3.2 數據安全傳輸

加氣機數據傳輸過程中最需要注意的是數據的保密性，否則會對公司造成不必要的危害，子服務器子系統用AES、RC4等加密算法對經由串口發來的數據進行校驗和加密；采用日志輔助手段，記錄數據出錯情況，保證了數據傳輸的安全性。

3.3 不同權限用戶登陸、訪問

本階段基于JavaScript+Html5+CSS腳本語言[6]，WebSocket通信協議實現網頁與服務器的通信；基于Socket通信協議[7]實現子服務器與總服務器的通信；基于Socket通信協議實現加氣機與子服務器的通信。

3.4 不同地區的數據集總

本系統基于互聯網環境構建，可實現管理者對全國各地區加氣站及時了解企業經營狀況、經營數據。

3.5 數據的訪問

實現了不同權限用戶對加氣站數據的訪問，對于消費用戶來說，具體包括加氣量、單價、消費額等；對管理人員來說，具體包括日營銷額、月營銷額、年營銷額、日銷氣量、月銷氣量、年銷氣量、歷史數據等。

4 結語

本項目對通信技術在天然氣加氣站管理方面的原理與方法進行了研究，實現了管理平臺的權限分級訪問、不同地域數據匯總、跨平臺操作等成果，運行科學可靠，得到了鞍山市公交第二汽車公司加氣站與港華燃氣加氣站的認可。本研究實現了多學科交叉，對通信技術在天然氣行業的發展有著良好的推動作用。

參考文獻：

[1]周遠鴻，湯湘華.天然氣在我國車用燃料領域發展新動向與前景[J].中國石油和化工經濟分析， 2013（6）：4850.

[2]雷勵. LNG加氣機網絡管理系統的設計與實現[D].電子科技大學，2014.

[3]周潔.一種基于物聯網的輸電線路智能遠程監控系統，CN104581087A[P].2015.

[4]朱艷輝，向寶堅，劉日群.基于Web的B/S與基于Midas的多層C/S混合架構的電力企業綜合查詢信息系統的設計與實現[J].微型電腦應用，2002，18（7）：1518.

[5]路偉.基于FPGA的AES加密算法在網絡認證中的應用[D].西安理工大學，2010.

[6]董長富，郭超平，宋渝.基于FPGA的多串口模塊的設計和實現[J].電子元器件應用，2006，（11）：4346.

[7]Bakhtiari M.SU‐E‐J‐114：Web‐Browser Medical Physics Applications Using HTML5 and Javascript[J].Medical Physics，2012，39（6）：36783679.

項目資助：國家級，遼寧省，遼寧科技大學創新創業計劃項目“天然氣加氣站智能信息化系統開發”（201610146017）

作者簡介：李寬（1996），男，從事燃氣技術開發。

通訊作者：周衛紅（1979），男，副教授，從事燃氣場站信息化項目研究。