加油站物聯(lián)網(wǎng)(SIOT)的設(shè)計(jì)方案

趙 邈 方 偉 寧 軻 范洪波

〔1青島澳科技術(shù)有限公司 山東青島 266555; 2中國(guó)石油陜西銷售分公司 陜西西安 710075〕

由于“水十條”環(huán)保要求，全國(guó)加油站進(jìn)行了防滲改造[1]。在防滲改造中，加油站普遍增加了雙層油罐測(cè)漏儀和雙層管線測(cè)漏儀。2017年開始根據(jù)大氣污染防治方面的要求，也有一些地區(qū)陸續(xù)安裝了加油油氣回收在線監(jiān)測(cè)設(shè)備[2]。加上加油站之前在油品進(jìn)銷存方面已有的液位儀、加油機(jī)、潛油泵等設(shè)備，目前加油站設(shè)備越來越多。

這些自動(dòng)化設(shè)備的使用在設(shè)備自身功能方面代替了相應(yīng)的人工操作，起到了自動(dòng)化的作用，但隨著設(shè)備的增多，隨之也出現(xiàn)了以下問題。

(1)加油站在環(huán)保自動(dòng)化設(shè)備方面，出現(xiàn)冗余，設(shè)備間的功能和作用有較大的重疊，這不僅是投資工程方面的浪費(fèi)，也給加油站人員帶來一定程度上的使用和操作困擾。

(2)目前加油站的設(shè)備中，有一部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)上傳，但還有一部分設(shè)備的數(shù)據(jù)僅僅存在單機(jī)設(shè)備中。尤其是近幾年安裝的環(huán)保類設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)上傳的比較少，而油氣回收在線監(jiān)測(cè)設(shè)備在一些區(qū)域是要求直接發(fā)送到環(huán)保部門等現(xiàn)狀，給安全環(huán)保方面的管理帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)隱患和不確定性。

(3)這些新增的設(shè)備在通訊接口方面配置不一，給其聯(lián)網(wǎng)進(jìn)而進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)管理帶來不小的難度。

(4)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)上傳的設(shè)備類別中，數(shù)據(jù)的流向基本是只向上，缺乏向下的數(shù)據(jù)下發(fā)與管理，更缺少不同數(shù)據(jù)來源間的相互校驗(yàn)。

(5)這些自動(dòng)化設(shè)備在單一問題預(yù)警方面起到了一定的作用，但是在問題的判斷和處置方面，還是完全依賴于加油站人工。

綜上，若能設(shè)計(jì)一套加油站物聯(lián)網(wǎng)，通過物聯(lián)技術(shù)將加油站設(shè)備互聯(lián)，通過邊緣計(jì)算結(jié)合大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)將一些人工判斷和操作的工作，由設(shè)備間互通互動(dòng)來自動(dòng)完成，將會(huì)降低石油公司的管理工作難度和對(duì)加油站人員的要求。一定程度可以釋放加油站人員原來在設(shè)備管理方面的投入，更有條件去專注于營(yíng)銷和服務(wù)。而物聯(lián)網(wǎng)打通的數(shù)據(jù)通道，也將為石油公司其他系統(tǒng)的建設(shè)提供服務(wù)。總之，通過增加物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以真正實(shí)現(xiàn)加油站的智能化，加油站物聯(lián)網(wǎng)是綜合服務(wù)型智慧站的重要構(gòu)成部分。

1 SIOT加油站物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

SIOT，Internet of Things in Service Station，加油站物聯(lián)網(wǎng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將加油站各類設(shè)備連接起來構(gòu)成的一個(gè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)加油站生產(chǎn)管理、安全及環(huán)保管理的設(shè)備間實(shí)時(shí)互聯(lián)互通互動(dòng)。加油站物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)包含感知層、傳輸層和應(yīng)用層[3]。加油站物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 加油站物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

感知層為加油站物聯(lián)網(wǎng)的最底層，由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)備、感知節(jié)點(diǎn)設(shè)備組成。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括加油機(jī)、液位儀、油氣回收監(jiān)測(cè)設(shè)備、尿素加注機(jī)、加氣機(jī)、自助服務(wù)終端、視頻設(shè)備、終端銷售系統(tǒng)、IT服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、能耗監(jiān)控設(shè)備、照明監(jiān)控設(shè)備等；感知節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括液位傳感器、測(cè)漏傳感器、可燃?xì)怏w探測(cè)類傳感器、油氣回收監(jiān)測(cè)類傳感器、靜電接地傳感器、電子價(jià)簽傳感器等[4]。

本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的不同層次設(shè)計(jì)3種物聯(lián)方案。

1.1 第一層次：顯示集成

顯示集成，是將當(dāng)前諸多加油站的設(shè)備的數(shù)據(jù)向上與匯總統(tǒng)一的屏幕通過協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)接，也就是將設(shè)備數(shù)據(jù)匯總到一個(gè)顯示屏幕上。在這個(gè)層次上，原有設(shè)備不做任何改動(dòng)。相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的狀態(tài)、預(yù)警和數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)展示統(tǒng)一，但操作和控制還是要分設(shè)備單獨(dú)進(jìn)行。

第一層次的顯示集成實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，在少數(shù)一些區(qū)域已經(jīng)得到應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了匯總顯示、無需對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，要做的工作是設(shè)備向上層面的協(xié)議調(diào)通。

1.2 第二層次：協(xié)議級(jí)別的物聯(lián)

在上述方案的第一層次顯示集成的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步打通并標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，增加控制和配置部分的內(nèi)容，結(jié)合一定程度的算法，可將當(dāng)前諸多設(shè)備配置中的顯示器部分去掉，實(shí)現(xiàn)加油站的協(xié)議級(jí)別的初級(jí)物聯(lián)集成。

協(xié)議級(jí)別的物聯(lián)網(wǎng)，可以將加油站油品的進(jìn)、銷、存、安全及環(huán)保相關(guān)的設(shè)備全部在協(xié)議層面物聯(lián)起來，包括進(jìn)油環(huán)節(jié)靜電接地、人體靜電釋放、防溢油閥、卸油流程控制器，同時(shí)兼管進(jìn)油計(jì)量和存油計(jì)量環(huán)節(jié)的液位儀，加油環(huán)節(jié)潛油泵、加油機(jī)、環(huán)保設(shè)備雙層油罐測(cè)漏儀、雙層管線測(cè)漏儀、加油油氣回收在線監(jiān)測(cè)等能連盡連起來。針對(duì)目前有顯示器的設(shè)備，比如液位儀、雙層油罐測(cè)漏儀、雙層管線測(cè)漏儀、加油油氣回收在線監(jiān)測(cè)等設(shè)備可以取消其顯示部分，僅保留其專有供電和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理部分即可。所有這些設(shè)備的顯示均由標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的顯示設(shè)備配合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用顯示程序來實(shí)現(xiàn)。

第二層次協(xié)議級(jí)別物聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)包括：①終端集成化。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化顯示屏幕，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一展示、統(tǒng)一操作、統(tǒng)一控制；②連接泛在化。加油站自動(dòng)化設(shè)備中已有網(wǎng)絡(luò)接口的就直接通過協(xié)議互聯(lián)，而非網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類的設(shè)備需要智能網(wǎng)關(guān)來連接；③邊緣計(jì)算智能化。站端就地設(shè)置邊緣計(jì)算應(yīng)用，該應(yīng)用可以將設(shè)備間的數(shù)據(jù)進(jìn)行互相校驗(yàn)和比對(duì)，從而給出分級(jí)的判斷和結(jié)果，一部分是基于更可靠的數(shù)據(jù)分析結(jié)論給與加油站人員更具體的預(yù)警和操作提示，另一部分是基于已經(jīng)互聯(lián)互通的設(shè)備直接進(jìn)行緊急處置、實(shí)施動(dòng)作命令；④大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)的應(yīng)用。邊緣計(jì)算應(yīng)用基于加油站物聯(lián)設(shè)備的增多和加油站數(shù)量的增多，要逐步優(yōu)化和迭代。而采用大數(shù)據(jù)和人工智能結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，可以不斷優(yōu)化和迭代加油站物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

第二層次協(xié)議級(jí)別的物聯(lián)是一種即兼容當(dāng)前現(xiàn)狀，又可以優(yōu)化設(shè)備配置的方案。設(shè)備改造較少，實(shí)現(xiàn)的過程包括4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化：統(tǒng)一協(xié)議規(guī)范、統(tǒng)一采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一安裝標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一控制標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 第三層次：算法級(jí)別的物聯(lián)

在上述方案的第二層次協(xié)議級(jí)別的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上，待傳感器技術(shù)更為智能，同時(shí)加油站特殊防爆要求環(huán)境下的防爆供電技術(shù)和更安全的無線通訊技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展之后，可以考慮實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步算法界別的物聯(lián)。

算法級(jí)別的物聯(lián)是感知層的傳感器發(fā)展到智能階段，在應(yīng)用層面的接口轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)集成設(shè)計(jì)為高度一體化。這個(gè)層次的物聯(lián)可以進(jìn)一步優(yōu)化、去掉之前自動(dòng)化設(shè)備的底層數(shù)據(jù)處理。要求物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在智能分析、給出判斷和直接作用的應(yīng)用之下，具備物聯(lián)傳感器的實(shí)時(shí)算法。

第三層次的算法級(jí)別的物聯(lián)，涉及到的設(shè)備改動(dòng)較大，但實(shí)現(xiàn)了設(shè)備一體化、算法一體化，是加油站物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)和方向。

2 加油站物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的作用和意義

當(dāng)前，加油站自動(dòng)化設(shè)備諸多，若能夠在當(dāng)前階段對(duì)加油站進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，將會(huì)為加油站和石油公司帶來諸多的價(jià)值。上述物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次中的第二個(gè)層次，協(xié)議級(jí)別的物聯(lián)，相比于第一個(gè)層次更有物聯(lián)實(shí)際的價(jià)值和意義；而第三個(gè)層次的實(shí)現(xiàn)和落地相對(duì)更復(fù)雜、需要的周期且受技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約。因此，下述加油站物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的作用和意義均針對(duì)第二層次的協(xié)議級(jí)別物聯(lián)而言。

2.1 加油站物聯(lián)網(wǎng)的作用

(1)實(shí)現(xiàn)站端設(shè)備高度集成與綜合展示。在加油站的站級(jí)，對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行高度集成顯示，一屏綜合展示設(shè)備運(yùn)行、環(huán)境監(jiān)測(cè)等綜合情況，利于用戶清晰知曉加油站相關(guān)的設(shè)備、數(shù)據(jù)及環(huán)境情況。

(2)實(shí)現(xiàn)站端設(shè)備互聯(lián)互通。實(shí)現(xiàn)加油站節(jié)點(diǎn)類的信號(hào)互聯(lián)，對(duì)非節(jié)點(diǎn)類設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)的方式來實(shí)現(xiàn)信號(hào)互聯(lián)。加油站自動(dòng)化設(shè)備的信號(hào)互聯(lián)互通，意味著對(duì)所有相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用有了支撐。也使得站級(jí)設(shè)備間的數(shù)據(jù)互相比對(duì)和校驗(yàn)成為了可能。

(3)實(shí)現(xiàn)站端設(shè)備間聯(lián)動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間數(shù)據(jù)互通后，通過邊緣計(jì)算進(jìn)行設(shè)備間數(shù)據(jù)互相校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。聯(lián)動(dòng)控制是指設(shè)備間自動(dòng)采取相應(yīng)措施，消除安全隱患。該功能在目前加油站設(shè)備數(shù)量顯著增多的情況下，可顯著提升工作效率。

(4)管理端實(shí)現(xiàn)對(duì)各站設(shè)備的綜合監(jiān)控。加油站物聯(lián)網(wǎng)可以對(duì)所連接的設(shè)備進(jìn)行綜合管控。包括：主動(dòng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控和報(bào)警提示；對(duì)設(shè)備定期檢測(cè)或保養(yǎng)的需求進(jìn)行主動(dòng)提示；建立設(shè)備臺(tái)賬和檔案；對(duì)產(chǎn)品型號(hào)做報(bào)警、故障次數(shù)統(tǒng)計(jì)、平均在線時(shí)間，形成故障率統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備質(zhì)量的評(píng)價(jià)；設(shè)備維護(hù)的流程提示、報(bào)修審核、維護(hù)聯(lián)絡(luò)和維護(hù)狀態(tài)跟蹤；設(shè)備運(yùn)維服務(wù)的評(píng)價(jià)(響應(yīng)速度、服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)能力)。

(5)管理端實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)的遠(yuǎn)程管理和下發(fā)。智能的設(shè)備管理，除了上述的設(shè)備綜合監(jiān)控，還可以針對(duì)物聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，打破以往信號(hào)和數(shù)據(jù)只能向上進(jìn)行傳輸，而設(shè)置和配置的管理則更多需要本地本機(jī)操作的模式。物聯(lián)網(wǎng)的管理端可以對(duì)所連設(shè)備的信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行下發(fā)。包括參數(shù)的遠(yuǎn)程下發(fā)設(shè)置以及設(shè)備的遠(yuǎn)程升級(jí)等。

(6)打通設(shè)備數(shù)據(jù)接口。打通站級(jí)設(shè)備數(shù)據(jù)接口，管理端可進(jìn)一步與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。物聯(lián)網(wǎng)包括智能網(wǎng)關(guān)等將成為業(yè)務(wù)應(yīng)用的實(shí)質(zhì)性的通訊接口支撐。

2.2 建設(shè)加油站物聯(lián)網(wǎng)的意義

因防滲改造后大量環(huán)保類設(shè)備進(jìn)入加油站，導(dǎo)致工作人員需要熟悉很多設(shè)備，及設(shè)備報(bào)警代表意義，并且要及時(shí)處理。對(duì)加油站的實(shí)際操作層面和石油公司的管理層面都帶來了很大的挑戰(zhàn)。

站內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)終端可高度集成各類設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的整體展示，加油站人員可在一個(gè)終端查看原來分布與各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，方便快捷。物聯(lián)網(wǎng)將設(shè)備連通后進(jìn)一步邊緣計(jì)算分析，將加油站的一些異常情況可直接自動(dòng)處理，一定程度減少對(duì)加油站人員能力的要求和投入精力的依賴。同時(shí)，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)將設(shè)備數(shù)據(jù)打通，對(duì)石油公司其他系統(tǒng)的建設(shè)可提供接口支持，讓原來很復(fù)雜的單個(gè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)管理或者無接口設(shè)備的管理變得更容易實(shí)現(xiàn)。

智慧型的綜合服務(wù)站需要以智能的運(yùn)營(yíng)及管理作為支撐，需要可靠先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施和智能化的設(shè)備，而物聯(lián)網(wǎng)正是以物聯(lián)的技術(shù)賦能加油站，物聯(lián)網(wǎng)將通過物聯(lián)后設(shè)備間的互聯(lián)互通互動(dòng)來使得運(yùn)營(yíng)和管理真正智能化，為智慧加油站建設(shè)的其他模塊的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

加油站物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備在顯示和控制層面的高度集成，打通設(shè)備間數(shù)據(jù)屏障，通過邊緣計(jì)算進(jìn)行智能分析、給出判斷并促發(fā)聯(lián)動(dòng)。降低安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提升管理效率，為數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能。物聯(lián)網(wǎng)橫向可以支撐與智慧型的綜合服務(wù)站的非油、加氣、充電、加氫等自動(dòng)化設(shè)備的物聯(lián)互通；縱向可以支撐與車聯(lián)網(wǎng)、危化品運(yùn)輸、油庫倉(cāng)儲(chǔ)的物聯(lián)互通。建議對(duì)計(jì)劃改造或新建的加油站在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行規(guī)劃考慮。