天然氣加氣站智能信息化系統(tǒng)開發(fā)

李寬　周衛(wèi)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(xiàn)狀和缺陷進行分析和重新設(shè)計，借助web app對整個運營數(shù)據(jù)進行采集和匯總、實時顯示動態(tài)數(shù)據(jù)、燃氣銷售信息查詢及相關(guān)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(yīng)用于一體，實現(xiàn)對加氣站的信息化管理。利用應(yīng)用服務(wù)器分析，對加氣站數(shù)據(jù)整理形成可視化圖表。增添手持移動端和網(wǎng)頁技術(shù)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(guān)鍵詞：天然氣；加氣站；信息化系統(tǒng)

我國在十一五和十二五期間天然氣行業(yè)發(fā)展迅速，天然氣在能源結(jié)構(gòu)中比例逐年增加，1999 年到2015 年，國內(nèi)城市加氣站的數(shù)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(shè)與加氣站建設(shè)快速發(fā)展不相適應(yīng)。很多加氣站急于項目投產(chǎn)，所以根本沒有信息化系統(tǒng)與之相配套，能源信息管理、統(tǒng)計和分析缺失給管理造成了很多麻煩，容易造成數(shù)據(jù)丟失，效率低下等問題。多數(shù)公司仍采用傳統(tǒng)手工錄入方式對數(shù)據(jù)進行匯總[2]，市場現(xiàn)有管理系統(tǒng)價格昂貴，生產(chǎn)成本大大增加，降低了利潤。

為了解決這一困擾行業(yè)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(tǒng)。該系統(tǒng)將實現(xiàn)加氣站數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)訪問等功能。

1 研究現(xiàn)狀

目前大部分公司主要采用AppRMS（基于物聯(lián)網(wǎng)的智能裝置遠程監(jiān)控與服務(wù)系統(tǒng)）[3]實現(xiàn)對加氣站設(shè)備遠程狀態(tài)監(jiān)測，該系統(tǒng)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(shù)據(jù)監(jiān)測功能，如果在現(xiàn)有公司所研發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上拓展其功能，實現(xiàn)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(tǒng)，這樣可更方便地為用戶提供實時可靠數(shù)據(jù)；基于HTML5構(gòu)建，有效避免了多平臺重復(fù)操作，易于維護，實現(xiàn)加氣站信息化系統(tǒng)建設(shè)，固有很好的推廣和應(yīng)用前景。

2 系統(tǒng)原理

2.1 系統(tǒng)要求

1）天然氣加氣站管理依據(jù)自身特有性質(zhì)，要求不同層次管理人員對加氣站信息有不同訪問權(quán)限，如加氣站總經(jīng)理與技術(shù)人員訪問界面不同，用戶與管理者訪問權(quán)限不同等；2）考慮到加氣站數(shù)據(jù)的時效性，要求實現(xiàn)加氣站數(shù)據(jù)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(tǒng)一管理要求實現(xiàn)多地區(qū)遠距離數(shù)據(jù)匯總；4）為方便管理人員與用戶不受地域和環(huán)境限制進行實時操作，要求實現(xiàn)用戶界面可跨平臺操作，包括PC端與手機端。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

整個系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)手段對加氣機上的數(shù)據(jù)進行匯總與傳輸，使用了基于WEB的B/S結(jié)構(gòu)和基于桌面端的C/S結(jié)構(gòu)[4]，更符合實際的實時網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。其拓撲圖如圖1：

2.3 系統(tǒng)開發(fā)

2.3.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要分為兩個大的模塊：數(shù)據(jù)采集模塊和預(yù)處理模塊。數(shù)據(jù)采集模塊利用RS232協(xié)議與加氣機進行串口通信，數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖如圖2；采集加氣量等數(shù)據(jù)進行封裝交至FPGA器件預(yù)處理。預(yù)處理模塊對發(fā)來的數(shù)據(jù)進行校驗，加工成為有效的原始數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)圖如圖3。

2.3.2 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)主要負責(zé)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，它包含支持TCP/IP協(xié)議簇的以太網(wǎng)傳輸模塊。

子服務(wù)器子系統(tǒng)對經(jīng)由串口發(fā)來的數(shù)據(jù)進行校驗和糾錯，并對有效的原始數(shù)據(jù)進行更深一步的處理，并用AES、RC4等算法[5]加密。在與總服務(wù)器通信時，子服務(wù)器會對總服務(wù)器鑒權(quán)如圖4。

2.3.3 用戶交互子系統(tǒng)

用戶交互子系統(tǒng)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(shù)據(jù)比對。在計算機端，交互系統(tǒng)可以查詢詳細信息和打印報表。在移動端，用戶交互系統(tǒng)依然能方便自如的在各種移動設(shè)備上實時監(jiān)控管理者想監(jiān)控的加氣站，結(jié)構(gòu)圖見圖5。

2.3.4 總服務(wù)器

總服務(wù)器系統(tǒng)能分析深度處理的各個子服務(wù)器傳來的數(shù)據(jù)以監(jiān)測儲量，清算數(shù)據(jù)，生成報表，并能用數(shù)據(jù)來分析公司未來的發(fā)展。在用戶訪問主服務(wù)器時主服務(wù)器能對不同權(quán)限的訪問者進行權(quán)限的分配。在與子服務(wù)器通信時，主服務(wù)器能對子服務(wù)器鑒權(quán)，結(jié)構(gòu)圖見圖6。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)的模擬與采集

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

3.2 數(shù)據(jù)安全傳輸

加氣機數(shù)據(jù)傳輸過程中最需要注意的是數(shù)據(jù)的保密性，否則會對公司造成不必要的危害，子服務(wù)器子系統(tǒng)用AES、RC4等加密算法對經(jīng)由串口發(fā)來的數(shù)據(jù)進行校驗和加密；采用日志輔助手段，記錄數(shù)據(jù)出錯情況，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

3.3 不同權(quán)限用戶登陸、訪問

本階段基于JavaScript+Html5+CSS腳本語言[6]，WebSocket通信協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)頁與服務(wù)器的通信；基于Socket通信協(xié)議[7]實現(xiàn)子服務(wù)器與總服務(wù)器的通信；基于Socket通信協(xié)議實現(xiàn)加氣機與子服務(wù)器的通信。

3.4 不同地區(qū)的數(shù)據(jù)集總

本系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境構(gòu)建，可實現(xiàn)管理者對全國各地區(qū)加氣站及時了解企業(yè)經(jīng)營狀況、經(jīng)營數(shù)據(jù)。

3.5 數(shù)據(jù)的訪問

實現(xiàn)了不同權(quán)限用戶對加氣站數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)等。

4 結(jié)語

本項目對通信技術(shù)在天然氣加氣站管理方面的原理與方法進行了研究，實現(xiàn)了管理平臺的權(quán)限分級訪問、不同地域數(shù)據(jù)匯總、跨平臺操作等成果，運行科學(xué)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(rèn)可。本研究實現(xiàn)了多學(xué)科交叉，對通信技術(shù)在天然氣行業(yè)的發(fā)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(lǐng)域發(fā)展新動向與前景[J].中國石油和化工經(jīng)濟分析， 2013（6）：4850.

[2]雷勵. LNG加氣機網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2014.

[3]周潔.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的輸電線路智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)，CN104581087A[P].2015.

[4]朱艷輝，向?qū)殘?，劉日?基于Web的B/S與基于Midas的多層C/S混合架構(gòu)的電力企業(yè)綜合查詢信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微型電腦應(yīng)用，2002，18（7）：1518.

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[6]董長富，郭超平，宋渝.基于FPGA的多串口模塊的設(shè)計和實現(xiàn)[J].電子元器件應(yīng)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(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目“天然氣加氣站智能信息化系統(tǒng)開發(fā)”（201610146017）

作者簡介：李寬（1996），男，從事燃氣技術(shù)開發(fā)。

通訊作者：周衛(wèi)紅（1979），男，副教授，從事燃氣場站信息化項目研究。