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，全國加油站進行了防滲改造[1]。在防滲改造中，加油站普遍增加了雙層油罐測漏儀和雙層管線測漏儀。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)測設(shè)備[2]。加上加油站之前在油品進銷存方面已有的液位儀、加油機、潛油泵等設(shè)備，目前加油站設(shè)備越來越多。

這些自動化設(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，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)進而進行進一步的數(shù)據(jù)管理帶來不小的難度。

(4)在已經(jīng)實現(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。

(5)這些自動化設(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)備間互通互動來自動完成，將會降低石油公司的管理工作難度和對加油站人員的要求。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)?？傊ㄟ^增加物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以真正實現(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)成的一個應(yīng)用，實現(xiàn)加油站生產(chǎn)管理、安全及環(huán)保管理的設(shè)備間實時互聯(lián)互通互動。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)點設(shè)備、感知節(jié)點設(shè)備組成。網(wǎng)關(guān)節(jié)點設(shè)備包括加油機、液位儀、油氣回收監(jiān)測設(shè)備、尿素加注機、加氣機、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)點設(shè)備包括液位傳感器、測漏傳感器、可燃?xì)怏w探測類傳感器、油氣回收監(jiān)測類傳感器、靜電接地傳感器、電子價簽傳感器等[4]。

本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的不同層次設(shè)計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)議實現(xiàn)對接，也就是將設(shè)備數(shù)據(jù)匯總到一個顯示屏幕上。在這個層次上，原有設(shè)備不做任何改動。相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的狀態(tài)、預(yù)警和數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)展示統(tǒng)一，但操作和控制還是要分設(shè)備單獨進行。

第一層次的顯示集成實現(xiàn)相對容易，在少數(shù)一些區(qū)域已經(jīng)得到應(yīng)用。優(yōu)點是實現(xiàn)了匯總顯示、無需對設(shè)備進行改造，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，實現(xiàn)加油站的協(xié)議級別的初級物聯(lián)集成。

協(xié)議級別的物聯(lián)網(wǎng)，可以將加油站油品的進、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，同時兼管進油計量和存油計量環(huán)節(jié)的液位儀，加油環(huán)節(jié)潛油泵、加油機、環(huán)保設(shè)備雙層油罐測漏儀、雙層管線測漏儀、加油油氣回收在線監(jiān)測等能連盡連起來。針對目前有顯示器的設(shè)備，比如液位儀、雙層油罐測漏儀、雙層管線測漏儀、加油油氣回收在線監(jiān)測等設(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)用顯示程序來實現(xiàn)。

第二層次協(xié)議級別物聯(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)點類的設(shè)備需要智能網(wǎng)關(guān)來連接；③邊緣計算智能化。站端就地設(shè)置邊緣計算應(yīng)用，該應(yīng)用可以將設(shè)備間的數(shù)據(jù)進行互相校驗和比對，從而給出分級的判斷和結(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)備直接進行緊急處置、實施動作命令；④大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)的應(yīng)用。邊緣計算應(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，實現(xiàn)的過程包括4個標(biāo)準(zhǔn)化：統(tǒng)一協(xié)議規(guī)范、統(tǒng)一采購標(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：算法級別的物聯(lián)

在上述方案的第二層次協(xié)議級別的物聯(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)得到進一步發(fā)展之后，可以考慮實現(xiàn)更進一步算法界別的物聯(lián)。

算法級別的物聯(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)計為高度一體化。這個層次的物聯(lián)可以進一步優(yōu)化、去掉之前自動化設(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)傳感器的實時算法。

第三層次的算法級別的物聯(lián)，涉及到的設(shè)備改動較大，但實現(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)計的作用和意義

當(dāng)前，加油站自動化設(shè)備諸多，若能夠在當(dāng)前階段對加油站進行物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，將會為加油站和石油公司帶來諸多的價值。上述物聯(lián)網(wǎng)的三個層次中的第二個層次，協(xié)議級別的物聯(lián)，相比于第一個層次更有物聯(lián)實際的價值和意義；而第三個層次的實現(xiàn)和落地相對更復(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)計的作用和意義均針對第二層次的協(xié)議級別物聯(lián)而言。

2.1 加油站物聯(lián)網(wǎng)的作用

(1)實現(xiàn)站端設(shè)備高度集成與綜合展示。在加油站的站級，對自動化設(shè)備進行高度集成顯示，一屏綜合展示設(shè)備運行、環(huán)境監(jiān)測等綜合情況，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)實現(xiàn)站端設(shè)備互聯(lián)互通。實現(xiàn)加油站節(jié)點類的信號互聯(lián)，對非節(jié)點類設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)的方式來實現(xiàn)信號互聯(lián)。加油站自動化設(shè)備的信號互聯(lián)互通，意味著對所有相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用有了支撐。也使得站級設(shè)備間的數(shù)據(jù)互相比對和校驗成為了可能。

(3)實現(xiàn)站端設(shè)備間聯(lián)動。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間數(shù)據(jù)互通后，通過邊緣計算進行設(shè)備間數(shù)據(jù)互相校驗，實現(xiàn)聯(lián)動控制。聯(lián)動控制是指設(shè)備間自動采取相應(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)管理端實現(xiàn)對各站設(shè)備的綜合監(jiān)控。加油站物聯(lián)網(wǎng)可以對所連接的設(shè)備進行綜合管控。包括：主動設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控和報警提示；對設(shè)備定期檢測或保養(yǎng)的需求進行主動提示；建立設(shè)備臺賬和檔案；對產(chǎn)品型號做報警、故障次數(shù)統(tǒng)計、平均在線時間，形成故障率統(tǒng)計分析，實現(xiàn)對設(shè)備質(zhì)量的評價；設(shè)備維護的流程提示、報修審核、維護聯(lián)絡(luò)和維護狀態(tài)跟蹤；設(shè)備運維服務(wù)的評價(響應(yīng)速度、服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)能力)。

(5)管理端實現(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，還可以針對物聯(lián)的設(shè)備進行遠(yuǎn)程管理，打破以往信號和數(shù)據(jù)只能向上進行傳輸，而設(shè)置和配置的管理則更多需要本地本機操作的模式。物聯(lián)網(wǎng)的管理端可以對所連設(shè)備的信號和數(shù)據(jù)進行下發(fā)。包括參數(shù)的遠(yuǎn)程下發(fā)設(shè)置以及設(shè)備的遠(yuǎn)程升級等。

(6)打通設(shè)備數(shù)據(jù)接口。打通站級設(shè)備數(shù)據(jù)接口，管理端可進一步與其他系統(tǒng)實現(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)備報警代表意義，并且要及時處理。對加油站的實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)進行統(tǒng)一的整體展示，加油站人員可在一個終端查看原來分布與各個設(shè)備的數(shù)據(jù)，方便快捷。物聯(lián)網(wǎng)將設(shè)備連通后進一步邊緣計算分析，將加油站的一些異常情況可直接自動處理，一定程度減少對加油站人員能力的要求和投入精力的依賴。同時，因為物聯(lián)網(wǎng)將設(shè)備數(shù)據(jù)打通，對石油公司其他系統(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現(xiàn)。

智慧型的綜合服務(wù)站需要以智能的運營及管理作為支撐，需要可靠先進的基礎(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)互通互動來使得運營和管理真正智能化，為智慧加油站建設(shè)的其他模塊的實現(xiàn)提供基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

加油站物聯(lián)網(wǎng)可以實現(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，通過邊緣計算進行智能分析、給出判斷并促發(fā)聯(lián)動。降低安全環(huán)保風(fēng)險，同時提升管理效率，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)、危化品運輸、油庫倉儲的物聯(lián)互通。建議對計劃改造或新建的加油站在設(shè)計之初進行規(guī)劃考慮。