CN102254408A

CN102254408A - 油罐车油口卸放阀无线监控系统(tms系统)

Info

Publication number: CN102254408A
Application number: CN2011100580766A
Authority: CN
Inventors: 陈东超; 胡志鸣; 陈学琛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2011-11-23

Abstract

一种能够对油罐车油口卸放阀实行无人为干预的全自动无线监控系统(TMS系统)。它应用传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术开发而成的无线监控系统。该系统的监控元件通过联轴器与阀杆直接刚性连接在被监控阀门上。监控元件通过测量阀杆角度位移，其数据由TMS系统进行采集、记录、储存、无线发送、上传数据、报告形成并最终通过TMS管理软件报警提示。避免了目前使用的机械铅封易仿冒、易替代和电子铅封的人为干预，信息采集点的不可靠性及车载电源供电的依赖性等问题。实现全程监控无人为干预，确保被记录数据的真实性、可靠性和完整性(数据不丢失)，从而有效防止油罐车非法盗油行为的发生。构成TMS系统的所有硬件均通过ATEX的防爆认证确保系统能在危险区域安全使用。

Description

油罐车油口卸放阀无线监控系统(TMS系统)

所属技术领域

本发明专利涉及无线传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等设计组成的油罐车油口卸放阀无线监控系统。尤其能有效防止油罐车非法盗油。

背景技术

目前公知的油罐车监控手段主要有2类：机械铅封和电子铅封。

机械铅封因其结构及施封标识简单，亦容易复制，所以防伪性能很差。无法从本质上解决被仿冒或被同样品种签封替换的问题，同样品种的封签易从内部管理人员、生产厂家或市场上获得，也比较容易采用一般工艺手段仿制。

电子铅封基于RFID技术研制的电子锁及电子铅封。根据阀门结构，配合阀门开启/关闭动作，形成上下组件探头非接触式的离合感应，通过主机把阀门的编号及其工作状态信息记录下来并进行数据存储、数据处理和数据上载。电子铅封探头安装在油罐车的油口部位，有效配合油口的开关操作，触发信息，并把该信息通过数据线有线传送给驾驶室内的数据采集器，数据集内经过处理的开关数据，通过车载GPS系统实时上传给监控中心。但它最终监测的都是它所锁住的部位是否有位移而非所监测的阀门是否真正被动作过，所以只要监测部位没有位移，它对阀门的开关动作是没有监测作用的。同样其关闭及解锁动作还是需要人员去操作，这就增加了很多因为人为干预所带来的不确定因素。另外，由于该系统需要油罐车上的电源供电，一旦失电会造成系统的瘫痪而无法监控。

发明内容

为了克服以上两种监控手段所带来的不足即机械铅封“易仿冒、易替代”。电子铅封的“人为干预，信息采集点的不可靠性及车载电源供电的依赖性”。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

从对被监控设备的“数据采集、记录、储存、无线发送、上传数据、报告形成并最终通过管理软件提供“报警”等提示，均没有人为干预。所有数据和报告均由系统自动生成，无法被修改从而保证数据及报告的真实性。我们的“监控元件”被直接安装于被监控阀门的顶端，由一个联轴器将阀门的阀杆转动轴连接在一起。监控元件中包含有相关的测量元器件和传感器，可以通过检测到阀杆角度出现偏差(通过测量阀杆角度位移)来测量和报告阀门在不同打开程度对应的角度(可以用角度或开度比例来显示)。其设定的测量精度为±1度的角度位移。(实际“分辨率”为0.1度角度位移。)最终从根本上对“车上的油口阀门”进行直接的监控而且24小时365天全年全天候进行即时监控。当“油口阀门”被动作，监控元件开始记录并储存数据在内置存储器直到“该记录数据”被“完整无误”地上传至远程服务器。(数据不可丢失性)从而保证了“被记录数据的完整性和可靠性”。我们的“监控元件”可直接被安装在0、1类区域即本安区、防爆区。监控元件已通过ATEX本安认证，中/终继无线路器由均获得防爆认证。

TMS系统组成部件的使用寿命至少10年及系统带自诊断功能，在10年期间免维护。只需更换监控元件的电池(每3至5年更换一次，根据实际接入网络的情况而定。)

无需支付额外的无线网络接入/传输的费用，例如：GPRS、3G等

附图说明

图1TMS系统监控业务的实施流程及基本原理：

目标任务是对油库、加油站和第三方物流停车场各个油品物流业务节点间的运输进行全过程监控。

①油罐车从车库(停车场)至油库

停车场业务节点输入命令：出场

油库业务节点输入命令：进库

②油罐车从油库至加油站

油库业务节点输入命令：出库

加油站业务节点输入命令：进站

③油罐车从加油站至车库(停车场)

加油站业务节点输入命令：出站

停车场业务节点输入命令：进场

监控基本原则：业务节点是指油库、加油站和第三方物流停车场。

每次业务节点的命令产生对监控元件所记录的历史数据(阀门动作次数)所对应的时间节点进行再定义。每个业务节点的命令将对上个(前一个)业务节点监控元件所记录的历史记录(阀门动作次数)进行比较。核对结果后，判断是否在本节点业务处理以前是否存在阀门动作次数是否发生变化。

特点：判断逻辑简单，可靠。业务流程易于和已有的信息系统集成。

图2TMS系统构成

·在各业务节点(油库、油站和物流停车场)建立油品物流监测网络。

·监控元件安装在油罐车的油口阀门上记录和保存所有阀门位置状态。

·监控软件服务器端及数据库安装在用户监管部门。

·客户端软件安装在各业务节点用以采集油口阀状态信息、显示和报警。

·分布在各个节点的客户端软件通过VPN或专网与用户监管部门的监控软件服务器端联网。

·软件系统架构为BS

过去的客户服务器体系为两层结构，即客户端程序+数据库服务器。客户端直接与数据库系统连接，它们可分为两种模式：胖客户型和胖服务器型。胖客户型的特点是数据计算和数据处理集中在客户端。这种系统的网络负荷大，直接影响业务处理的速度，当用户连接多时容易在数据库端发生访问冲突。胖服务器型的特点是数据计算和数据处理集中在数据库服务器。数据库服务器端是这种系统的瓶颈，当用户连接多时，系统就会发生堵塞，性能急剧下降，根本无法适应多用户的需要。而在三层结构客户服务器系统中，数据计算和数据处理集中在中间层部件，且能够实现分布计算功能。具体地说，就是可以根据需要把各个部件分别或重复地分布在不同的计算机上，使整个系统的工作量平衡分配到网络中。

传统的C/S结构，客户端直接与数据库连接，数据库完全暴露于外部，在安全性方面存在很大的隐患。而在三层结构中，客户端只负责发送请求，并不与数据库直接连接，而由应用软件服务器(Application Server)与数据库连接，在外界应用与数据库之间有天然的屏障，同时也最大限度保证数据的安全性，完整性。

在传统的C/S结构中，每个用户都需要与数据库服务器建立连接，而在三层结构中用户可以共享数据库连接，这样减少了数据库的负担，同时也提高了系统的性能。

在C/S结构中，升级和维护系统必须在客户端和服务器端同时进行，众多的客户端维护困难，也增加了维护的开销。如果程序发生改动，必须每一个客户端都要进行升级，这样也增加了系统的升级风险。在B/S结构下，系统维护或升级只在服务器端(包括AppServer和DBServer)，对于客户端无须进行改动，这样就减少了系统的维护费用、降低了升级风险，同时升级的进行也不影响的日常工作与业务。

图3各业务节点的网络结构

在油罐车(2)到达业务节点如加油站(无线网络覆盖区域)，无线数据网络便会与监控元件(1)进行通信要求上传检测数据，所有被记录及保存的数据都将通过中继无线路由器(3)和终继无线路由网关网关(4)传给远程的埃内杰TMS服务器端软件及其中央数据库。

无线网络结构及特点：

ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络，ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75米到几百米、几公里，并且支持无线扩展。

特点：低功耗低数据量低成本使用免费频段2.4G高抗干扰高保密性自动动态组网，采用高的抗干扰性能的直序扩频通信方式(DSSS)，64位出厂编号和支持AES-128加密。

Zigbee Mesh具有独特的自组织网状网络，在信号受阻时，可以动态地重新选择传输路径，大大提高了数据传递的可靠性。油罐区/加油站层面上常常会出现通讯故障，这种“绕行工作”的能力可以使其不受影响。在遇到临时停靠的卡车等障碍物等挡住了已经建立的信号路径时，无线网状网络的自组织能力便体现出其价值。网络只要寻找传送信号的新路径并使其到达网关。因此网状网络显得更为可靠和耐用。

图4服务器端监控软件界面及功能介绍

·设置和保存所有系统配置信息，包括油罐车配置、加油站配置和物流车队配置信息。

·油罐车信息添加、删除、修改，

·业务节点的信息添加、删除、修改

·记录和保存所有油罐车阀门的状态变化信息

·记录和保存所有业务节点的业务流程命令信息

·监测所有系统单元(监控元件，中继无线路由器，终继无线路由网关等的运行状况

·完成和目前各业务节点已有的信息系统信息交流的功能

图5客户端查询软件描述

·提供对监控流程业务的人机交互，即输入查询命令，显示和打印查询的结果

·油罐车信息显示：车牌号、所属车队和油口阀的编号。

·油口阀的状态显示：开关次数、开关时间、开启状态(全开、全关、半开及开启角度)、阀门编号及具体哪个阀被操作过。

·加油站、油库和各物流停车场信息显示。

·油罐车进出各节点的时间记录及显示。

图6监控元件的性能介绍

·角度位移的分辨率：0.1度

·扫描设定精度：+/-0.5度或+/-1度

·电池组：锂电池，3至5年更换一次电池

·最大发射功率：+3dBm

·内置天线或外置天线：定向天线选项

·无线通信距离：＜50米

·传感器额外感测信息：温度、电池电量

·防爆等级：本安型

·防护等级：IP65

图7无线中/终继无线路由器性能介绍

·电源：7～36VDC

·蓄电能力为8至24小时

·天线为单级+5dBi，14dBi为选项外接天线

·最大发射功率：+18dBm

·无线通信距离：＜100米

·防护等级：IP66

·防爆等级：隔爆型

图8监控元件和阀的连接部分介绍

·阀门的顶法兰标准

-ISO/DIS 5211.2F03至F12

·转动轴的标准为NAMUR

·连接方式为通过联轴器进行刚性连接

图9一次性保护罩

·将该连接部分全部罩起来并保护监控装置

·一旦破坏，不可复原，易识别

·阀门位置的固定装置：确保阀门在关闭位置时不会受任何由于颠簸、振动而引起的位置改变。

具体实施方式

如图1所示，目标任务是对油库、加油站和第三方物流停车场各个油品物流业务节点间的运输进行全过程监控。