储油罐实时监测与管理系统的设计与实现

摘 要: 国内多数加油站依靠手工或液位仪对储油罐油品进行管理，其测量准确性、实时性、快捷性均难以满足加油站信息化需求。在深入研究液位仪通信技术的基础上，将液位仪和计算机信息技术结合起来，设计出一种新的储油罐监测系统，实现了实时测量并自动记录油罐内的各类参数以及自动进销存管理、自动油罐校准技术、远程监测等功能。实践证明，系统的测量准确性、高效性及实时性在加油站管理中发挥了重大的作用，具有广阔的应用前景。
关键词：储油罐；测量；液位仪；信息技术

加油站是油料收、发、储藏等作业的基层单元，加油站信息化建设对于方便生产生活、加快石油产业建设步伐都有重要意义。在我国，由于受经济水平、技术条件等诸多因素的制约，加油站对储油罐的监测手段中靠手工检尺、人工计量、人工巡检还占有相当大的比例^[1]。人工计量不仅测量精度、效率、可靠性以及可维护性难以满足油库信息化建设的需求,而且对罐内是否进水更无从检查。有些规模大、效益较好的加油站虽然采用了现代化液位仪器具，但仅靠液位仪同样难以满足加油站信息化管理的要求。其不足之处主要体现在以下：
（1）功能单一，管理和操作液位仪数据不便。普通液位仪提供了储油罐各类数据的监测功能,但往往需要人工在液位仪面板上多次按下对应按键才能完成，而且有些品牌的液位仪控制器不具备液晶显示、键盘等人机接口，这给管理和维护带来不便；
（2）无法自动获取加油机的销售数据，进而自动形成油罐的进销存数据；
（3）数据不能远程传输和共享，管理部门难以掌握库存数据，油品配送不方便。
鉴于此，本文设计了一种储油罐监测与管理系统。该管理系统将信息技术与液位仪测量技术结合起来，不仅可以自动采集、存储及管理油库收、发、存信息及报警信息，而且还可以自动生成库存记录和自动进油记录，减少操作人员的数量，提高操作效率和油库安全管理水平等，并可将各类存储数据进行远程传输，方便油品配送。
1 储油罐监测系统总体方案设计
1.1 系统结构和配置
加油站管理系统的拓扑结构如图1所示。其中，计算机、加油机通信控制器和液位仪控制器放置于营业房内（如图1中虚线框所示）。同时，计算机与加油机通信控制器通过RS232通信方式相连，采集加油机的销售数据，而液位仪控制器与油罐内的各个探棒相连接，实时测量油罐的库存、进油、温度、液位等信息。采集到有效数据后将这些信息以RS232通信方式传输到计算机中。计算机既可以通过液位仪控制器获取库存、进油数据，又可以通过加油机通信控制器获取加油机销售数据，进而可形成进销存数据。

本系统中，现场探测设备选用美国维德路特公司的TLS系列数字式磁致伸缩液位仪和探棒，计算机采用普通工控机。
1.2 系统主要功能
系统的主要功能如表1所示。

2 系统通信技术及实现方法
2.1系统通信的硬件连接
通信方式采用RS-232标准串行通信，硬件连接可采用标准9针或25针接口。以9针为例：第2针为液位仪发送数据，第3针为液位仪接收数据，第5针为公共接地。液位仪通信接口可以直接连在计算机上，也可通过Modem连在计算机上。
2.2 通信命令格式
（1）通信数据字节传输格式
液位仪接收和发送数据都是以ASCII码的形式进行的，字节数据格式为：

主机和液位仪的通信数据格式必须一致，否则通信不能进行。液位仪通信数据格式选择可以通过面板上的键盘进行设置。波特率可以选择为以下几个中的一个：300 b/s、1200 b/s、2400 b/s、4800 b/s、9600 b/s；同样地，主机波特率的设置也必须和液位仪一致才能进行通信。
（2）通信命令格式^[2]
① PC向液位仪发送的所有命令都要遵循如下通信格式：

其中，SOH：控制字符，ASCII值为01，命令起始标志。
Security Code：命令安全码，由6个数字密码或一些字母组成，它可以用面板上的开关设定，也可以配置命令设定，也可以是通过接口通信传递过来的配置命令设定。此项出于安全考虑而设的，为可选项。
Function Code：功能代码，由6个字符组成。功能代码是液位仪用来向主机作出响应或者接收主机命令的，不同的密码代表不同的具体含义。如代码“I201”是灌内油品存量报告，代码“I202”是油品销售报告等。
Data Field：数据域，包含完成选定功能的必要信息，比如配置信息等。
②液位仪作出的响应则遵循下列格式：

其中，SOH：控制字符。
Function Code：功能代码，和液位仪收到的功能代码应该一致。
Data Field：通常是选定功能的必要信息，如日期、时间和状态等。
&&：表示数据位停止，后面的是校验位。
Checksum:校验位，对此位以前的数据进行校验（包括控制字符），由4个表示十六进制的ASCII字符构成（即2B）。校验码是从此位以前所有数据的二进制下累加和的补码形式。
ETX：ASCII值为03的命令结束控制字符。下面以读取库存数据的I201命令为例来说明液位仪通信命令格式。
主机命令格式：
i201TT
典型的液位仪回答：
i201TTYYMMDDHHmm-TTpssssNNFFFFFFFF...TTpssssNNFFFFFFFF...&&CCCC
其字段具体含义如表2所示。

3软件设计
3.1 串口通信设计
串口通信利用VC++6.0开发环境里封装的MSComm控件来完成主机与液位仪之间的通信。MSComm控件在串口编程时非常方便，其使用步骤可概括如下^[3]：
（1）定义一个串口对象
如 CMSComm m_MSComm
（2） 串口初始化
//选择COM1
m_MSComm.SetCommPort(1)
//设置接收缓冲区
m_MSComm.SetInBufferSize(1024)
//设置发送缓冲区
m_MSComm.SetOutBufferSize(1024)
//全部接收数据
m_MSComm.SetInputLen(0)
//二进制方式读写数据
m_MSComm.SetInputMode(1)
//一接收就引发OnComm事件
m_MSComm.SetRThreshold(1)
//设置波特率校验位等。
m_MSComm.SetSettings('9600,n,8,1')
//打开串口
m_MSComm.SetPortOpen(TRUE)
（3）串口数据发送
CByteArray arr;
arr.RemoveAll();
arr.SetSize(nSize);
for(i=0;i {//pData指向发送缓冲区
arr.SetAt(i,pData[i]);
}
if(m_commctrl.GetPortOpen())
{//向串口发送数据 m_commctrl.SetOutput(Cole
Variant(arr));
}
（4）接收数据：
当串口接收到数据时，会产生串口事件中断，在相应中断函数中：
VARIANT vaRecData;
int k; short nCommValue;
nCommValue= m_commctrl.GetCommEvent();
unsigned char pRecDataBuffer[1000];
if(nCommValue == 2)
{//接收数据中断
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 {//读取数据到接收缓冲区 pRecDataBuffer[i]= pData[i];
}
…
}
通过以上步骤，就可以进行串口数据通信。
3.2管理系统软件流程
液位仪主机开始实现管理系统软件后，管理软件首先会根据各项设置生成一个主界面，如图2所示。用来模拟加油站各个油罐的液位、水位、余空的高度，并以不同的颜色显示，便于用户直观观察。而界面的下方列表中则详细显示了油位、油量、水位、水量、余空、温度等重要数据的具体值。所用命令的种类和功能如表3所示，液位仪管理软件依次向每个油罐发送命令，每个命令处理完所有油罐后才会转入下一命令继续执行，命令循环往复进行。这样液位仪管理软件就可以获取各个油罐的库存信息、进油信息、状态及报警记录，并保存在数据库中供用户查询。液位仪管理系统能结合加油机管理软件获得的加油数据（销售数据），生成进销存报表，并可通过通信软件把报表发送到远程服务器，方便职能部门进行分析、统计，达到远程可了解油罐库存状态，方便油品配送的目的。

4自动油罐校准技术的实现方法
自动油罐校准技术是对油罐容积表动态地进行校准。普通油罐由于长期深埋于地下，在运行过程中受压力、土石层变化、地下水位等储多因素的影响，不可避免地产生变形、倾斜，因此会导致预先设置在液位仪控制器中的容积表不准确。本管理系统基于VEEDER ROOT公司AccuChart技术的基础上，由程序自动向液位仪控制器发送数据，实现自动油罐校正，从而保证了油品的进、销、存管理的准确性。下面就本系统中采用的自动油罐校准技术作一阐述。
实现自动油罐校准可分为以下3个步骤：
（1）实现自动校准需要获取加油机的提枪、挂枪信号及本次加油量及加油机的累计泵码数，这些数据可通过加油机管理软件获得。加油机管理软件和液位仪管理软件运行在同一计算机上，两者可通过进程通信来完成数据交互。而进程间通信程可通过以下步骤实现（在加油机管理软件系统中）：
①首先得到液位仪系统管理进程的句柄。用 FindWinTitle函数得到。
②用COPYDATASTRUCT结构体装载要发送的数据。
③把装载的数据通过WM_COPYDATA消息发送至液位仪管理软件。
（2）液位仪管理软件响应WM_COPYDATA消息，获取相应数据并发送到液位仪控制器，液位仪控制器接收到命令后就会把此次交易所产生的数据进行保存。发送的数据即是从加油枪加油时传递过来的数据。液位仪控制器接收到此数据后就和油罐内液位量的变化作对比，进而计算出由于油罐倾斜、温度变化、油罐不规则等因素所产生的误差。
（3）当液位仪控制器接收到了足够有效的数据时，就会为每个油罐建立一个最佳的容积表，最佳容积表一旦建立就完成了校准过程。因此、自动油罐校准流程如图3所示。

油罐的校准过程在加油站正常售油时即可进行，而且不需要任何人工干预。在油罐容积表校准期间，油位的浮动范围应该覆盖整个油罐的运营范围。一旦采集了足够的数据后，控制器就会自动生成新的油罐容积表，从而完成整个校准过程。通常，校准过程一般需要1个多月，加油站内的所有油罐可以同时进行校准。
基于数字式磁致伸缩液位仪的储油罐实时监测与计量管理系统，与单纯用液位仪相比，具有可靠性高、性能稳定、效率高、管理方便等显著优点。结合了VEEDER ROOT的高精度液位仪控制器和信息技术，本系统不仅实现了精确测量各类参数、方便销存管理和自动生成各类报告记录的功能，而且实现了远程管理和配送油品、自动油罐校准等高级功能。为加油站自动化监测和管理提供了完善的解决方案。目前该系统已经在上海、辽宁、安徽等多家加油站内获得成功运行，获得较好评价。
参考文献
[1] 王鹏飞，李著信，方雪.几种常见油罐液位计的性能特点及选用[J].重庆工业高等专科学校学报,2004,19(1):31.
[2] VEEDRE. Veedee root serial inteface manual for TLS-300 and TLS-350 UST monitoring systems[R].2006,Manual Number 576013-635 Revision L.
[3] 张筠莉，刘书智.Visual C++实践与提高串口通信与工程应用篇 [M]. 北京：中国铁道出版社，2006.