1.加油站物联网设计的必要性
由于“水十条”环保要求,全国加油站进行了防渗改造【1】,在防渗改造中油站普遍增加了双层油罐测漏仪和双层管线测漏仪。2017年开始受大气污染防治方面的要求,也有一些地区陆续安装加油油气回收在线监测设备【2】。加上加油站之前在油品进销存方面已有的液位仪、加油机、潜油泵等设备,目前加油站在油品方面的设备越来越多。
图1:越来越多的设备
这些自动化设备的使用在设备自身功能方面代替了相应的人工操作,起到了自动化的作用,但随着设备的增多,随之也出现了一些问题:
(1)加油站在环保自动化设备方面,出现冗余,设备间的功能和作用有较大的重叠,这不仅是投资工程方面的浪费,也给加油站人员带来一定程度上的使用和操作的困扰。
(2)目前加油站的设备中,有一部分已经实现了联网和数据上传,但还有一部分设备的数据还仅仅存在单机设备中。尤其是近几年安装的环保类设备联网和数据上传的比较少,而油气回收在线监测设备在一些区域是要求直接发送到环保部门等现状,给安全环保方面的管理带来一定的风险隐患和不确定性。
(3)这些新增的设备在通讯接口方面配置不一,给其联网进而进行进一步的数据管理带来不小的难度。
(4)在已经实现了数据上传的设备类别当中,数据的流向基本是只向上,缺乏向下的数据下发与管理,更缺少不同数据来源间的相互校验。
(5)这些自动化设备在单一问题预警方面起到了一定的作用,但是在问题的判断和处置方面,还是完全依赖于加油站人工。
综上,若能设计一套加油站物联网,通过物联技术将加油站设备互联,通过边缘计算结合大数据和AI技术来将一些人工判断和操作的工作,由设备间互通互动来自动完成,将会降低石油公司的管理工作难度和对加油站人员的要求。一定程度可以释放加油站人员原来在设备管理方面的投入,进而更有条件去专注于营销和服务。而物联网打通的数据通道,也将为石油公司其他系统的建设提供服务。总之,通过增加物联网应用可以真正实现加油站的智能化,加油站物联网是综合服务型智慧站的重要构成部分。
2.SIOT加油站物联网设计方案
SIOT,Internet of Things in Service Station,加油站物联网是利用物联网技术,将加油站各类设备连接起来构成的一个应用,实现加油站生产管理、安全及环保管理的设备间实时互联互通互动。
加油站物联网系统架构应包含感知层、传输层和应用层【3】,如图2所示:
图2:加油站物联网系统架构
感知层为加油站物联网的最底层,由网关节点设备、感知节点设备组成:
网关节点设备包括加油机、液位仪、油气回收监测设备、尿素加注机、加气机、自助服务终端、视频设备、终端销售系统、IT服务器、网络设备、能耗监控设备、照明监控设备等;
感知节点设备包括液位传感器、测漏传感器、可燃气体探测类传感器、油气回收监测类传感器、静电接地传感器、电子价签传感器等【4】。
本文根据物联网不同层次设计三种物联方案。
2.1第一层次:显示集成
显示集成,是将当前诸多加油站的设备的数据向上与汇总统一的屏幕通过协议实现对接,也就是将设备数据汇总到一个显示屏幕上。在这个层次上,原有设备不做任何改动。相关联的设备的状态、预警和数据可以实现展示统一,但操作和控制还是要分设备单独进行。
第一层次的显示集成,实现相对容易,在少数一些区域已经得到应用。优点是实现了汇总显示、无需对设备进行改造,要做的工作是设备向上层面的协议调通。
2.2第二层次:协议级别的物联
在上述2.1方案的第一层次显示集成的基础之上,进一步打通并标准化协议,增加控制和配置部分的内容,结合一定程度的算法,可将当前诸多设备配置中的显示器部分去掉,实现加油站的协议级别的初级物联集成。
协议级别的物联网,可以将加油站油品的进、销、存、安全及环保相关的设备全部在协议层面物联起来,包括进油环节静电接地、人体静电释放、防溢油阀、卸油流程控制器,同时兼管进油计量和存油计量环节的液位仪,加油环节潜油泵、加油机,环保设备双层油罐测漏仪、双层管线测漏仪、加油油气回收在线监测等能连尽连起来。针对目前有显示器的设备,比如液位仪、双层油罐测漏仪、双层管线测漏仪、加油油气回收在线监测等设备可以取消其显示部分,仅保留其专有供电和基础数据处理部分即可。所有这些设备的显示均由标准统一的显示设备配合物联网应用显示程序来实现。
第二层次协议级别物联的关键技术包括四点:
(1)终端集成化。统一的标准化显示屏幕,实现统一展示、统一操作、统一控制。
(2)连接泛在化。加油站自动化设备中已有网络接口的就直接通过协议互联,而非网络节点类的设备需要智能网关来连接。
(3)边缘计算智能化。站端就地设置边缘计算应用,该应用可以将设备间的数据进行互相校验和比对,从而给出分级的判断和结果,一部分是基于更可靠的数据分析结论给与加油站人员更具体的预警和操作提示,另一部分是基于已经互联互通的设备直接进行紧急处置、实施动作命令。
(4)大数据和AI技术的应用。边缘计算应用基于加油站物联设备的增多和油站数量等增多,要逐步优化和迭代。而采用大数据和人工智能结合机器学习,可以不断优化和迭代加油站物联网应用。
第二层次协议级别的物联是一种即兼容当前现状,又可以优化设备配置的方案。设备改造较少,实现的过程包括四个标准化:统一协议规范、统一采购标准、统一安装标准、统一控制标准。
2.3第三层次:算法级别的物联
在上述2.2方案的第二层次协议级别的物联网基础之上,待传感器技术更为智能,同时加油站特殊防爆要求环境下的防爆供电技术和更安全的无线通讯技术得到进一步发展之后,可以考虑实现更进一步算法界别的物联。
算法级别的物联,是感知层的传感器发展到智能阶段,在应用层面的接口转换、数据集成设计为高度一体化。这个层次的物联可以进一步优化、去掉之前自动化设备的底层数据处理。这要求物联网应用在智能分析、给出判断和直接作用的应用之下,具备物联传感器的实时算法。
第三层次的算法级别的物联,涉及到的设备改动较大,但实现了设备一体化、算法一体化,是加油站物联网发展的目标和方向。
3.加油站物联网设计的作用和意义
当前,加油站自动化设备诸多,如若能够在当前阶段对加油站进行物联网设计,将会为加油站和石油公司带来诸多的价值。因本文上述物联网的三个层次中的第二个层次,协议级别的物联,相比于第一个层次的但集成而言,更有物联实际的价值和意义。而第三个层次的实现和落地相对更复杂需要的周期且受技术及产业发展的制约,因此,本文下述加油站物联网设计的作用和意义均针对上述第二层次的协议级别物联而言。
3.1加油站物联网的作用
(1)实现站端设备高度集成与综合展示
在加油站的站级,对自动化设备进行高度集成显示,一屏综合展示设备运行、环境监测等综合情况,利于用户清晰知晓油站相关的设备、数据及环境情况。
(2)实现站端设备互联互通
实现加油站节点类的信号互联,对非节点类设备通过物联网智能网关的方式来实现信号互联。加油站自动化设备的信号互联互通,意味着对所有相关业务应用有了支撑。也使得站级设备间的数据互相比对和校验成为了可能。
(3)实现站端设备间联动
物联网设备间数据互通后,通过边缘计算进行设备间数据互相校验,进而实现联动控制。联动控制是指设备间自动采取相应措施,消除安全隐患。该功能在目前油站设备数量显著增多的情况下,可显著提升工作效率。
(4)管理端实现对各站设备的综合监控
加油站物联网可以对所连接的设备进行综合管控。包括:
主动设备的状态监控和报警提示;
对设备定期检测或保养的需求进行主动提示;
建立设备台账和档案;
对产品型号做报警、故障次数统计平均在线时间,形成故障率统计分析,实现对设备质量的评价;
设备维护的流程提示、报修审核、维护联络和维护状态跟踪;
设备运维服务的评价(响应速度、服务质量、服务能力)。
(5)管理端实现设备参数的远程管理和下发
智能的设备管理,除了上述的设备综合监控,还可以针对物联的设备进行远程管理,这打破以往信号和数据只能向上进行传输,而设置和配置的管理则更多需要本地本机操作的模式。物联网的管理端可以对所连设备的信号和数据进行下发。包括参数的远程下发设置以及设备的远程升级等。
(6)打通设备数据接口
打通了站级设备数据接口,管理端可进一步与其他系统实现数据通讯。物联网包括智能网关等将成为业务应用的实质性的通讯接口支撑。
3.2建设加油站物联网的意义
因防渗改造后大量环保类设备进入加油站,导致工作人员需要熟悉很多设备,及设备报警代表意义,并且要及时处理。对加油站的实际操作层面和石油公司的管理层面都带来了很大的挑战。建设加油站物联网的价值和意义体现在:
(1)站内物联网终端可高度集成各类设备的状态和数据进行统一的整体展示,加油站人员可在一个终端查看原来分布与各个设备的数据,方便快捷。
(2)物联网将设备连通后进一步边缘计算分析,将加油站的一些异常情况可直接自动处理掉,一定程度减少对加油站人员能力的要求和投入精力的依赖。
(3)同时因为物联网将设备数据打通,对石油公司其他系统的建设方面,可提供接口支持,让原来很复杂的单个设备联网管理或者无接口设备的管理变得更容易实现。
智慧型的综合服务站需要以智能的运营及管理作为支撑,那么如何实现这些呢?这就需要可靠先进的基础设施和智能化的设备,而物联网正是以物联的技术赋能加油站,物联网将通过物联后设备间的互联互通互动来使得运营和管理真正智能化,为智慧站建设的其他模块的实现提供基础。
4.结语
加油站物联网可以实现多种设备在显示和控制层面的高度集成,打通设备间数据屏障,通过边缘计算进行智能分析、给出判断并促发联动。降低安全环保风险,同时提升管理效率,为数字化转型赋能。减少面向未来,物联网横向可以支撑与智慧型的综合服务站的非油、加气、充电、加氢等自动化设备的物联互通;纵向可以支撑与车联网、危化品运输、油库仓储的物联互通。建议对计划改造或新建的加油站在设计之初进行规划考虑。