饒 磆,戎 成,楊志平

(浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息學(xué)院,杭州 311112)

油罐進(jìn)出油平衡算法的研究與實(shí)現(xiàn)

饒 磆,戎 成,楊志平

(浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息學(xué)院,杭州 311112)

當(dāng)前加油站對(duì)油罐進(jìn)出油的監(jiān)控往往采用人工監(jiān)控的方式，不但效率低，而且監(jiān)控誤差大，對(duì)油罐內(nèi)油品的泄漏發(fā)現(xiàn)不及時(shí)。提出的加油站進(jìn)出油平衡算法通過動(dòng)態(tài)讀取油罐內(nèi)油品的液面數(shù)據(jù)，然后采用三次多項(xiàng)式插值的方法進(jìn)行平滑；對(duì)平滑后的數(shù)據(jù)檢查波峰和波谷，進(jìn)而判斷出油罐進(jìn)油和出油過程。通過分析比較進(jìn)油和出油的油品體積，得到油罐進(jìn)出油是否平衡的依據(jù)，并據(jù)此計(jì)算出油品的損耗率。算法在加油站的廣泛應(yīng)用，不但能推動(dòng)石油公司的信息化進(jìn)程，對(duì)于加油站對(duì)油罐的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控也具有現(xiàn)實(shí)意義。

加油站；自動(dòng)控制；進(jìn)出油

0 引 言

隨著私家車的日益增多和普及，加油站作為與車主經(jīng)常交流的服務(wù)窗口，已成為連接政府和百姓之間的橋梁，其服務(wù)質(zhì)量將直接影響著人們對(duì)國(guó)有企業(yè)和政府的評(píng)價(jià)。當(dāng)前一些加油站由于機(jī)器故障或者為了利益等種種原因，致使加油數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，這不但導(dǎo)致加油站進(jìn)銷存數(shù)據(jù)不能平衡，更會(huì)導(dǎo)致車主不滿，甚至遷延至企業(yè)和政府的信譽(yù)，引發(fā)群體性事件發(fā)生，如2008年5月在湖北省巴東縣溪丘灣鄉(xiāng)馬家埡加油站，就曾因加油數(shù)量問題導(dǎo)致沖突，進(jìn)而引發(fā)200多名司機(jī)打砸加油站的群體性事件。因此，有必要對(duì)加油機(jī)的加油數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)加油機(jī)的加油誤差，并上報(bào)信息中心備案。

此外，為了加強(qiáng)對(duì)加油站的經(jīng)營(yíng)管理，石油公司都會(huì)要求各個(gè)加油站定期上報(bào)油料的補(bǔ)給、庫(kù)存及加油量數(shù)據(jù)，從而獲得加油站的進(jìn)銷存平衡情況。當(dāng)前的做法是由各個(gè)加油站的員工人工讀取油罐車的加油數(shù)據(jù)及各個(gè)油罐的庫(kù)存及加油機(jī)的加油數(shù)據(jù)，然后手工登記在冊(cè)，并上報(bào)總公司。由于存在油罐車容積表不準(zhǔn)、加油站地形不平及人工讀取數(shù)據(jù)不精確等情況，往往導(dǎo)致加油站的進(jìn)銷存誤差較大，給企業(yè)和國(guó)家造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，有必要引入信息化管理，對(duì)加油站的進(jìn)油、出油數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)讀取和顯示，實(shí)現(xiàn)加油站的自動(dòng)化監(jiān)控，減少加油站的進(jìn)銷存誤差，提高監(jiān)管效率。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)加油站的信息化管理也進(jìn)行了一些研究，如馬軍強(qiáng)等提出一種加油站綜合信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)的研究方案[1]，王軼鋒提出一種加油站自動(dòng)化庫(kù)存監(jiān)控系統(tǒng)的研究方案[2]，王路陽對(duì)油庫(kù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行一定的研究[3]等。此外，國(guó)外對(duì)加油站信息化也進(jìn)行了一些研究，如Riny Sulityowati等采用基于Android的移動(dòng)設(shè)備對(duì)加油站燃料箱進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[4]，取得了較好的監(jiān)控效果。雖然上述研究對(duì)加油站的信息化建設(shè)起到了一定的推動(dòng)作用，但大多數(shù)研究都是基于信息化建設(shè)的整體方案，缺乏具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；且針對(duì)加油站進(jìn)出油的誤差研究更是一片空白。而事實(shí)上，由于進(jìn)出油對(duì)油罐液面的沖擊，導(dǎo)致獲取油罐液面高度變地困難，因此，針對(duì)油罐液面波動(dòng)時(shí)的進(jìn)出油算法研究就顯得非常必要。本文對(duì)油罐進(jìn)出油時(shí)液面高度獲取算法進(jìn)行了研究，并給出了進(jìn)油和出油的統(tǒng)計(jì)方法。

1 油罐進(jìn)出油流程

加油站的燃油都是由油罐車從油庫(kù)運(yùn)送而來。油罐車到達(dá)加油站后，需要將燃油注入加油站的油罐內(nèi)，這部分過程叫做油罐的進(jìn)油過程；加油站里每個(gè)油罐都與多個(gè)加油機(jī)相連，而每個(gè)加油機(jī)又連接有一把或多把加油槍。每輛汽車加油時(shí)，將加油槍讓入油箱，然后加油機(jī)會(huì)抽取油罐內(nèi)的燃油，通過加油槍注入客戶汽車的油箱內(nèi)，完成一次加油過程，這部分過程叫做油罐的出油過程。整個(gè)流程如圖1所示。

圖1 加油站進(jìn)出油流程圖

2 獲取油罐液面數(shù)據(jù)

當(dāng)前測(cè)量油罐內(nèi)的燃油剩余量主要是采用液位儀測(cè)量方法。液位儀是采用電子或其他技術(shù)來測(cè)量容器中液面高度的儀器，包含一個(gè)深入油罐內(nèi)的探棒和接收探棒信號(hào)的液位儀組成，如圖2所示。液位儀提供有軟件開發(fā)接口(API，Application Programming Interface)，可以通過編程來自動(dòng)獲得油罐液位數(shù)據(jù)，用于對(duì)油罐內(nèi)燃油剩余量的控制。

圖2 維德路特(Veeder-Root)液位儀和探棒

3 油罐進(jìn)出油數(shù)據(jù)平衡算法及誤差分析

為了防范加油機(jī)或油罐漏油事故風(fēng)險(xiǎn)，本文設(shè)計(jì)了一套專門的油罐進(jìn)出油數(shù)據(jù)平衡與損耗分析程序，對(duì)加油站內(nèi)是否發(fā)生漏油事故進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)程序的數(shù)據(jù)來源于對(duì)油罐液面及加油機(jī)出油體積的動(dòng)態(tài)采集。

由于油罐的進(jìn)油會(huì)導(dǎo)致油面升高，油罐的出油會(huì)導(dǎo)致油面的降低，而這些數(shù)據(jù)可以通過油罐液位儀來自動(dòng)檢測(cè)并采集數(shù)據(jù)，因此，我們采用液位儀來動(dòng)態(tài)獲取油罐的油面變化(如圖2所示)；此外，油槍的出油體積可以從加油機(jī)采集的數(shù)據(jù)獲得，而加油機(jī)通過串口將數(shù)據(jù)定時(shí)傳到管理系統(tǒng)中來，實(shí)現(xiàn)油罐出油體積的動(dòng)態(tài)采集。

3.2 進(jìn)出油數(shù)據(jù)平衡算法

為了監(jiān)測(cè)油罐進(jìn)出油數(shù)據(jù)是否平衡，本程序需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。假設(shè)油罐在一個(gè)班次內(nèi)的油面體積變化曲線中的第一個(gè)最低點(diǎn)為起始低點(diǎn)Min(0)，隨后的第一個(gè)最高點(diǎn)為Max(0)，如果隨后還會(huì)產(chǎn)生低點(diǎn)，則為Min(1)，其后高點(diǎn)為Max(1)，該油罐對(duì)應(yīng)加油機(jī)的出油體積為GunSales，n為該班次內(nèi)該油罐體積變化存在高度差的區(qū)間個(gè)數(shù)(為避免油面波動(dòng)造成的高度差計(jì)算錯(cuò)誤，高度差須大于某一閾值作為判斷是否存在高度變化的依據(jù)，閾值由實(shí)驗(yàn)確定)，以此類推，則這個(gè)班次內(nèi)油罐進(jìn)油體積見式(1)～式(4)：

(1)

出油體積

CanSales=Min(0)+CanEntry-Min(n)

(2)

油品損耗

②規(guī)劃設(shè)計(jì)方案一旦審批后，要對(duì)輸水線路占地作出公告，做好宣傳，禁止在已規(guī)劃的輸水線路占地范圍內(nèi)建設(shè)永久建筑或各種設(shè)施，避免給征地拆遷帶來新的困難。

OilLoss=CanSales-GunSales

(3)

則油品損耗比率

OilLossRate=OilLoss/OilSales*100%

(4)

本文程序通過液位儀的API接口函數(shù)可以直接讀取到液位儀的油品體積數(shù)據(jù)。

3.3 誤差分析及改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于在油罐進(jìn)油和出油的過程中，液面會(huì)發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致液位儀的讀數(shù)也產(chǎn)生波動(dòng)，給數(shù)據(jù)分析造成誤差。為減小油面波動(dòng)造成的計(jì)算誤差，在油罐液位數(shù)據(jù)分析程序中，我們引入三次多項(xiàng)式插值方法[5]來對(duì)液面數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑，在仿真實(shí)驗(yàn)中取得了很好的效果，其原理如下見式(5)～式(8)：

設(shè)油罐內(nèi)油面在t0時(shí)刻的高度為h0，在tf時(shí)刻的高度為hf，且油面高度函數(shù)為

h(t)=c0+c1t+c2t2+c3t3

(5)

(6)

對(duì)式(5)求導(dǎo)得

(7)

將式(6)代入式(5)和式(7)中，聯(lián)立可求得方程中的四個(gè)未知數(shù)為：

(8)

將上式代入式(5)便可以得h(t)。

其仿真實(shí)驗(yàn)如圖3所示。由圖中可知，經(jīng)過三次多項(xiàng)式插值處理后，油面高度曲線較原始曲線平滑了很多，減少了油面波動(dòng)對(duì)于數(shù)據(jù)分析的影響。

(a) 油面高度波動(dòng)的原始曲線 (b)經(jīng)過三次多項(xiàng)式插值處理后的油面高度波動(dòng)曲線

4 應(yīng)用效果及結(jié)論

在采用本方案之前，石油公司一般將進(jìn)出油誤差約定在月3%以內(nèi)即認(rèn)為合格，而以中石油在2016年的成品油銷售量1.72×109t來計(jì)算，其3%將是5.16×107t，按每升6.3元計(jì)算，每年中石油的油品損耗將超過43億元人民幣，損失數(shù)量驚人。圖4是某加油站采用本文方案后，成功將進(jìn)出油誤差控制在1%以內(nèi)。如果中石油全部加油站均采用本方案進(jìn)行進(jìn)出油的智能監(jiān)控，同樣以2016年的成品油銷售數(shù)據(jù)為例，則每年至少為其減少誤差2%，即減少損耗3.44×107t，挽回經(jīng)濟(jì)損失近29億元人民幣。

圖4 某加油站某月內(nèi)的進(jìn)出油誤差

加油站管線漏油或加油損耗是石油公司油品泄漏的主要原因，其不但危害環(huán)境安全，而且影響石油公司的經(jīng)濟(jì)效益，如何實(shí)時(shí)監(jiān)控加油過程，掌握油品進(jìn)出油是否平衡是石油公司亟需解決的關(guān)鍵問題。本文給出了加油站油罐進(jìn)出油數(shù)據(jù)平衡算法及其誤差原因的分析。采用該算法，加油站可以及時(shí)了解油罐進(jìn)出油是否平衡，并得到油品損耗比率，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)油罐泄漏具有重要的警示作用。本算法在加油站的廣泛應(yīng)用，也必將推動(dòng)石油公司的信息化進(jìn)程，對(duì)于加油站油罐的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控也具有非常好的現(xiàn)實(shí)作用。

[1]馬軍強(qiáng), 許濤, 朱斌, 等.加油站綜合數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì), 2016,27(2):42-44.

[2]王軼鋒.加油站自動(dòng)化庫(kù)存監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國(guó)化工貿(mào)易,2015,(28):15.

[3]王路陽.油庫(kù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用與探索[J].石油庫(kù)與加油站, 2014,23(4):25-28.

[4]R Sulityowati,BBK Rafik.Prototype Design of a Realtime Monitoring System of a Fuel Tank at a Gas Station Using an Android-Based Mobile Application[J].Proceedings of Second International Conference on Electrical Systems,Technology and Information,2015,(365):685-692.

[5]唐彥,梁欣.分段三次多項(xiàng)式插值的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)研究[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2008,22(3):78-80.

Research and Implementation of Oil Tank Inlet and Outlet Balancing Algorithm

RAO Shen, RONG Cheng, YANG Zhi-ping

(Zhejiang Institute of Communications, Hangzhou 311112, China)

At present, the monitoring on inlet and outlet of oil tank is often in the manual manner.it is not only in low efficiency, but also with big monitoring error. In addition, it can not discovery the oil leakage timely.In this paper, we proposed an algorithm for oil tank inlet and outlet balancing, which firstly read the liquid level data in oil tanks dynamicly, and use three order polynomial interpolation method for smoothing. Then peaks and troughs will be checked out through all these smoothed data. Finally, theinlet and outlet process of oil tank can be well judged. By analyzing and comparing the oil volume of inlet and outlet , the basis for judging the balance of oil inlet and outlet can be obtained, and then the loss rate can be calculated accordingly. This algorithm is widely used in the gas station. It not only can promote the information process of oil companies, but also has a very good practical effect on the dynamic real-time monitoring of the oil tank.

gas station;automatic control;oil inlet

2017-02-26

浙江省教育廳2015年度高校國(guó)內(nèi)訪問工程師校企合作項(xiàng)目(9J93516081005)

饒 磆(1986-)，女，江西撫州人，講師，碩士，E-mail：raoshen@zjvtit.edu.cn。

TE972

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2017.01.011

1671-234X(2017)01-0048-04