??? 摘 要: 國內(nèi)多數(shù)加油站依靠手工或液位儀對儲油罐油品進(jìn)行管理，其測量準(zhǔn)確性、實時性、快捷性均難以滿足加油站信息化需求。在深入研究液位儀通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，將液位儀和計算機信息技術(shù)結(jié)合起來，設(shè)計出一種新的儲油罐監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了實時測量并自動記錄油罐內(nèi)的各類參數(shù)以及自動進(jìn)銷存管理、自動油罐校準(zhǔn)技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)測等功能。實踐證明，系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確性、高效性及實時性在加油站管理中發(fā)揮了重大的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。
??? 關(guān)鍵詞：儲油罐；測量；液位儀；信息技術(shù)
?
??? 加油站是油料收、發(fā)、儲藏等作業(yè)的基層單元，加油站信息化建設(shè)對于方便生產(chǎn)生活、加快石油產(chǎn)業(yè)建設(shè)步伐都有重要意義。在我國，由于受經(jīng)濟(jì)水平、技術(shù)條件等諸多因素的制約，加油站對儲油罐的監(jiān)測手段中靠手工檢尺、人工計量、人工巡檢還占有相當(dāng)大的比例[1]。人工計量不僅測量精度、效率、可靠性以及可維護(hù)性難以滿足油庫信息化建設(shè)的需求,而且對罐內(nèi)是否進(jìn)水更無從檢查。有些規(guī)模大、效益較好的加油站雖然采用了現(xiàn)代化液位儀器具，但僅靠液位儀同樣難以滿足加油站信息化管理的要求。其不足之處主要體現(xiàn)在以下：
??? （1）功能單一，管理和操作液位儀數(shù)據(jù)不便。普通液位儀提供了儲油罐各類數(shù)據(jù)的監(jiān)測功能,但往往需要人工在液位儀面板上多次按下對應(yīng)按鍵才能完成，而且有些品牌的液位儀控制器不具備液晶顯示、鍵盤等人機接口，這給管理和維護(hù)帶來不便；
??? （2）無法自動獲取加油機的銷售數(shù)據(jù)，進(jìn)而自動形成油罐的進(jìn)銷存數(shù)據(jù)；
??? （3）數(shù)據(jù)不能遠(yuǎn)程傳輸和共享，管理部門難以掌握庫存數(shù)據(jù)，油品配送不方便。
??? 鑒于此，本文設(shè)計了一種儲油罐監(jiān)測與管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)將信息技術(shù)與液位儀測量技術(shù)結(jié)合起來，不僅可以自動采集、存儲及管理油庫收、發(fā)、存信息及報警信息，而且還可以自動生成庫存記錄和自動進(jìn)油記錄，減少操作人員的數(shù)量，提高操作效率和油庫安全管理水平等，并可將各類存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，方便油品配送。
1 儲油罐監(jiān)測系統(tǒng)總體方案設(shè)計
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置
??? 加油站管理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，計算機、加油機通信控制器和液位儀控制器放置于營業(yè)房內(nèi)（如圖1中虛線框所示）。同時，計算機與加油機通信控制器通過RS232通信方式相連，采集加油機的銷售數(shù)據(jù)，而液位儀控制器與油罐內(nèi)的各個探棒相連接，實時測量油罐的庫存、進(jìn)油、溫度、液位等信息。采集到有效數(shù)據(jù)后將這些信息以RS232通信方式傳輸?shù)接嬎銠C中。計算機既可以通過液位儀控制器獲取庫存、進(jìn)油數(shù)據(jù)，又可以通過加油機通信控制器獲取加油機銷售數(shù)據(jù)，進(jìn)而可形成進(jìn)銷存數(shù)據(jù)。
?
??? 本系統(tǒng)中，現(xiàn)場探測設(shè)備選用美國維德路特公司的TLS系列數(shù)字式磁致伸縮液位儀和探棒，計算機采用普通工控機。
1.2 系統(tǒng)主要功能
??? 系統(tǒng)的主要功能如表1所示。
?
2 系統(tǒng)通信技術(shù)及實現(xiàn)方法
2.1系統(tǒng)通信的硬件連接
??? 通信方式采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行通信，硬件連接可采用標(biāo)準(zhǔn)9針或25針接口。以9針為例：第2針為液位儀發(fā)送數(shù)據(jù)，第3針為液位儀接收數(shù)據(jù)，第5針為公共接地。液位儀通信接口可以直接連在計算機上，也可通過Modem連在計算機上。
2.2 通信命令格式
??? （1）通信數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸格式
??? 液位儀接收和發(fā)送數(shù)據(jù)都是以ASCII碼的形式進(jìn)行的，字節(jié)數(shù)據(jù)格式為：
??? 
??? 主機和液位儀的通信數(shù)據(jù)格式必須一致，否則通信不能進(jìn)行。液位儀通信數(shù)據(jù)格式選擇可以通過面板上的鍵盤進(jìn)行設(shè)置。波特率可以選擇為以下幾個中的一個：300 b/s、1200 b/s、2400 b/s、4800 b/s、9600 b/s；同樣地，主機波特率的設(shè)置也必須和液位儀一致才能進(jìn)行通信。
??? （2）通信命令格式[2]
??? ① PC向液位儀發(fā)送的所有命令都要遵循如下通信格式：
??? 
??? 其中，SOH：控制字符，ASCII值為01，命令起始標(biāo)志。
??? Security Code：命令安全碼，由6個數(shù)字密碼或一些字母組成，它可以用面板上的開關(guān)設(shè)定，也可以配置命令設(shè)定，也可以是通過接口通信傳遞過來的配置命令設(shè)定。此項出于安全考慮而設(shè)的，為可選項。
??? Function Code：功能代碼，由6個字符組成。功能代碼是液位儀用來向主機作出響應(yīng)或者接收主機命令的，不同的密碼代表不同的具體含義。如代碼“I201”是灌內(nèi)油品存量報告，代碼“I202”是油品銷售報告等。
??? Data Field：數(shù)據(jù)域，包含完成選定功能的必要信息，比如配置信息等。
??? ②液位儀作出的響應(yīng)則遵循下列格式：
??? 
??? 其中，SOH：控制字符。
??? Function Code：功能代碼，和液位儀收到的功能代碼應(yīng)該一致。
??? Data Field：通常是選定功能的必要信息，如日期、時間和狀態(tài)等。
??? &&：表示數(shù)據(jù)位停止，后面的是校驗位。
??? Checksum:校驗位，對此位以前的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗（包括控制字符），由4個表示十六進(jìn)制的ASCII字符構(gòu)成（即2B）。校驗碼是從此位以前所有數(shù)據(jù)的二進(jìn)制下累加和的補碼形式。
??? ETX：ASCII值為03的命令結(jié)束控制字符。下面以讀取庫存數(shù)據(jù)的I201命令為例來說明液位儀通信命令格式。
??? 主機命令格式：
???
??? 典型的液位儀回答：
???
??? 其字段具體含義如表2所示。
?
3軟件設(shè)計
3.1 串口通信設(shè)計
??? 串口通信利用VC++6.0開發(fā)環(huán)境里封裝的MSComm控件來完成主機與液位儀之間的通信。MSComm控件在串口編程時非常方便，其使用步驟可概括如下[3]：
??? （1）定義一個串口對象
? ? 如? CMSComm?m_MSComm
??? （2） 串口初始化
? ? //選擇COM1
??? m_MSComm.SetCommPort(1)?
??? //設(shè)置接收緩沖區(qū)
??? m_MSComm.SetInBufferSize(1024)?
????//設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)
?? ?m_MSComm.SetOutBufferSize(1024)
? ? //全部接收數(shù)據(jù)
??? m_MSComm.SetInputLen(0)
? ? //二進(jìn)制方式讀寫數(shù)據(jù)
??? m_MSComm.SetInputMode(1)
?? ?//一接收就引發(fā)OnComm事件???
??? m_MSComm.SetRThreshold(1)???
? ? //設(shè)置波特率校驗位等。
??? m_MSComm.SetSettings('9600,n,8,1')
? ? //打開串口
??? m_MSComm.SetPortOpen(TRUE)
??? （3）串口數(shù)據(jù)發(fā)送
??? CByteArray arr;
??? arr.RemoveAll();
??? arr.SetSize(nSize);
??? for(i=0;i
??? arr.SetAt(i,pData[i]);
??? }
??? if(m_commctrl.GetPortOpen())
??? ? {//向串口發(fā)送數(shù)據(jù)??? m_commctrl.SetOutput(Cole
??? Variant(arr));
????}
??? （4）接收數(shù)據(jù)：
??? 當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù)時，會產(chǎn)生串口事件中斷，在相應(yīng)中斷函數(shù)中：
??? VARIANT vaRecData;
??? int k; short nCommValue;
??? nCommValue= m_commctrl.GetCommEvent();
??? unsigned char pRecDataBuffer[1000];
??? if(nCommValue == 2)
??? {//接收數(shù)據(jù)中斷
??? k=m_commctrl.GetInBufferCount();
??? if(k>0)
??? m_commctrl.SetInputLen(k);
??? vaRecData = m_commctrl.GetInput();
??? unsigned char * pData;
??? pData =(unsigned char*)vaRecData.parray->pvData;
??? for(int i=0;i
??? }
??? …
??? }
??? 通過以上步驟，就可以進(jìn)行串口數(shù)據(jù)通信。
3.2管理系統(tǒng)軟件流程
??? 液位儀主機開始實現(xiàn)管理系統(tǒng)軟件后，管理軟件首先會根據(jù)各項設(shè)置生成一個主界面，如圖2所示。用來模擬加油站各個油罐的液位、水位、余空的高度，并以不同的顏色顯示，便于用戶直觀觀察。而界面的下方列表中則詳細(xì)顯示了油位、油量、水位、水量、余空、溫度等重要數(shù)據(jù)的具體值。所用命令的種類和功能如表3所示，液位儀管理軟件依次向每個油罐發(fā)送命令，每個命令處理完所有油罐后才會轉(zhuǎn)入下一命令繼續(xù)執(zhí)行，命令循環(huán)往復(fù)進(jìn)行。這樣液位儀管理軟件就可以獲取各個油罐的庫存信息、進(jìn)油信息、狀態(tài)及報警記錄，并保存在數(shù)據(jù)庫中供用戶查詢。液位儀管理系統(tǒng)能結(jié)合加油機管理軟件獲得的加油數(shù)據(jù)（銷售數(shù)據(jù)），生成進(jìn)銷存報表，并可通過通信軟件把報表發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器，方便職能部門進(jìn)行分析、統(tǒng)計，達(dá)到遠(yuǎn)程可了解油罐庫存狀態(tài)，方便油品配送的目的。
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4自動油罐校準(zhǔn)技術(shù)的實現(xiàn)方法
??? 自動油罐校準(zhǔn)技術(shù)是對油罐容積表動態(tài)地進(jìn)行校準(zhǔn)。普通油罐由于長期深埋于地下，在運行過程中受壓力、土石層變化、地下水位等儲多因素的影響，不可避免地產(chǎn)生變形、傾斜，因此會導(dǎo)致預(yù)先設(shè)置在液位儀控制器中的容積表不準(zhǔn)確。本管理系統(tǒng)基于VEEDER ROOT公司AccuChart技術(shù)的基礎(chǔ)上，由程序自動向液位儀控制器發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動油罐校正，從而保證了油品的進(jìn)、銷、存管理的準(zhǔn)確性。下面就本系統(tǒng)中采用的自動油罐校準(zhǔn)技術(shù)作一闡述。
??? 實現(xiàn)自動油罐校準(zhǔn)可分為以下3個步驟：
??? （1）實現(xiàn)自動校準(zhǔn)需要獲取加油機的提槍、掛槍信號及本次加油量及加油機的累計泵碼數(shù)，這些數(shù)據(jù)可通過加油機管理軟件獲得。加油機管理軟件和液位儀管理軟件運行在同一計算機上，兩者可通過進(jìn)程通信來完成數(shù)據(jù)交互。而進(jìn)程間通信程可通過以下步驟實現(xiàn)（在加油機管理軟件系統(tǒng)中）：
??? ①首先得到液位儀系統(tǒng)管理進(jìn)程的句柄。用 FindWinTitle函數(shù)得到。
??? ②用COPYDATASTRUCT結(jié)構(gòu)體裝載要發(fā)送的數(shù)據(jù)。
??? ③把裝載的數(shù)據(jù)通過WM_COPYDATA消息發(fā)送至液位儀管理軟件。
??? （2）液位儀管理軟件響應(yīng)WM_COPYDATA消息，獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)并發(fā)送到液位儀控制器，液位儀控制器接收到命令后就會把此次交易所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。發(fā)送的數(shù)據(jù)即是從加油槍加油時傳遞過來的數(shù)據(jù)。液位儀控制器接收到此數(shù)據(jù)后就和油罐內(nèi)液位量的變化作對比，進(jìn)而計算出由于油罐傾斜、溫度變化、油罐不規(guī)則等因素所產(chǎn)生的誤差。
??? （3）當(dāng)液位儀控制器接收到了足夠有效的數(shù)據(jù)時，就會為每個油罐建立一個最佳的容積表，最佳容積表一旦建立就完成了校準(zhǔn)過程。因此、自動油罐校準(zhǔn)流程如圖3所示。
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??? 油罐的校準(zhǔn)過程在加油站正常售油時即可進(jìn)行，而且不需要任何人工干預(yù)。在油罐容積表校準(zhǔn)期間，油位的浮動范圍應(yīng)該覆蓋整個油罐的運營范圍。一旦采集了足夠的數(shù)據(jù)后，控制器就會自動生成新的油罐容積表，從而完成整個校準(zhǔn)過程。通常，校準(zhǔn)過程一般需要1個多月，加油站內(nèi)的所有油罐可以同時進(jìn)行校準(zhǔn)。
??? 基于數(shù)字式磁致伸縮液位儀的儲油罐實時監(jiān)測與計量管理系統(tǒng)，與單純用液位儀相比，具有可靠性高、性能穩(wěn)定、效率高、管理方便等顯著優(yōu)點。結(jié)合了VEEDER ROOT的高精度液位儀控制器和信息技術(shù)，本系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了精確測量各類參數(shù)、方便銷存管理和自動生成各類報告記錄的功能，而且實現(xiàn)了遠(yuǎn)程管理和配送油品、自動油罐校準(zhǔn)等高級功能。為加油站自動化監(jiān)測和管理提供了完善的解決方案。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在上海、遼寧、安徽等多家加油站內(nèi)獲得成功運行，獲得較好評價。
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