油罐进出油平衡算法的研究与实现

饶 磆,戎 成,杨志平

(浙江交通职业技术学院信息学院,杭州 311112)

油罐进出油平衡算法的研究与实现

饶 磆,戎 成,杨志平

(浙江交通职业技术学院信息学院,杭州 311112)

当前加油站对油罐进出油的监控往往采用人工监控的方式，不但效率低，而且监控误差大，对油罐内油品的泄漏发现不及时。提出的加油站进出油平衡算法通过动态读取油罐内油品的液面数据，然后采用三次多项式插值的方法进行平滑；对平滑后的数据检查波峰和波谷，进而判断出油罐进油和出油过程。通过分析比较进油和出油的油品体积，得到油罐进出油是否平衡的依据，并据此计算出油品的损耗率。算法在加油站的广泛应用，不但能推动石油公司的信息化进程，对于加油站对油罐的动态实时监控也具有现实意义。

加油站；自动控制；进出油

0 引 言

随着私家车的日益增多和普及，加油站作为与车主经常交流的服务窗口，已成为连接政府和百姓之间的桥梁，其服务质量将直接影响着人们对国有企业和政府的评价。当前一些加油站由于机器故障或者为了利益等种种原因，致使加油数据不准，这不但导致加油站进销存数据不能平衡，更会导致车主不满，甚至迁延至企业和政府的信誉，引发群体性事件发生，如2008年5月在湖北省巴东县溪丘湾乡马家垭加油站，就曾因加油数量问题导致冲突，进而引发200多名司机打砸加油站的群体性事件。因此，有必要对加油机的加油数据进行自动监测，及时发现加油机的加油误差，并上报信息中心备案。

此外，为了加强对加油站的经营管理，石油公司都会要求各个加油站定期上报油料的补给、库存及加油量数据，从而获得加油站的进销存平衡情况。当前的做法是由各个加油站的员工人工读取油罐车的加油数据及各个油罐的库存及加油机的加油数据，然后手工登记在册，并上报总公司。由于存在油罐车容积表不准、加油站地形不平及人工读取数据不精确等情况，往往导致加油站的进销存误差较大，给企业和国家造成很大的经济损失。为此，有必要引入信息化管理，对加油站的进油、出油数据进行自动读取和显示，实现加油站的自动化监控，减少加油站的进销存误差，提高监管效率。

当前国内外对加油站的信息化管理也进行了一些研究，如马军强等提出一种加油站综合信息采集和监控系统的研究方案[1]，王轶锋提出一种加油站自动化库存监控系统的研究方案[2]，王路阳对油库自动化控制系统进行一定的研究[3]等。此外，国外对加油站信息化也进行了一些研究，如Riny Sulityowati等采用基于Android的移动设备对加油站燃料箱进行实时监控[4]，取得了较好的监控效果。虽然上述研究对加油站的信息化建设起到了一定的推动作用，但大多数研究都是基于信息化建设的整体方案，缺乏具体的实现细节；且针对加油站进出油的误差研究更是一片空白。而事实上，由于进出油对油罐液面的冲击，导致获取油罐液面高度变地困难，因此，针对油罐液面波动时的进出油算法研究就显得非常必要。本文对油罐进出油时液面高度获取算法进行了研究，并给出了进油和出油的统计方法。

1 油罐进出油流程

加油站的燃油都是由油罐车从油库运送而来。油罐车到达加油站后，需要将燃油注入加油站的油罐内，这部分过程叫做油罐的进油过程；加油站里每个油罐都与多个加油机相连，而每个加油机又连接有一把或多把加油枪。每辆汽车加油时，将加油枪让入油箱，然后加油机会抽取油罐内的燃油，通过加油枪注入客户汽车的油箱内，完成一次加油过程，这部分过程叫做油罐的出油过程。整个流程如图1所示。

图1 加油站进出油流程图

2 获取油罐液面数据

当前测量油罐内的燃油剩余量主要是采用液位仪测量方法。液位仪是采用电子或其他技术来测量容器中液面高度的仪器，包含一个深入油罐内的探棒和接收探棒信号的液位仪组成，如图2所示。液位仪提供有软件开发接口(API，Application Programming Interface)，可以通过编程来自动获得油罐液位数据，用于对油罐内燃油剩余量的控制。

图2 维德路特(Veeder-Root)液位仪和探棒

3 油罐进出油数据平衡算法及误差分析

为了防范加油机或油罐漏油事故风险，本文设计了一套专门的油罐进出油数据平衡与损耗分析程序，对加油站内是否发生漏油事故进行监测。监测程序的数据来源于对油罐液面及加油机出油体积的动态采集。

由于油罐的进油会导致油面升高，油罐的出油会导致油面的降低，而这些数据可以通过油罐液位仪来自动检测并采集数据，因此，我们采用液位仪来动态获取油罐的油面变化(如图2所示)；此外，油枪的出油体积可以从加油机采集的数据获得，而加油机通过串口将数据定时传到管理系统中来，实现油罐出油体积的动态采集。

3.2 进出油数据平衡算法

为了监测油罐进出油数据是否平衡，本程序需要对采集到的数据进行分析。假设油罐在一个班次内的油面体积变化曲线中的第一个最低点为起始低点Min(0)，随后的第一个最高点为Max(0)，如果随后还会产生低点，则为Min(1)，其后高点为Max(1)，该油罐对应加油机的出油体积为GunSales，n为该班次内该油罐体积变化存在高度差的区间个数(为避免油面波动造成的高度差计算错误，高度差须大于某一阈值作为判断是否存在高度变化的依据，阈值由实验确定)，以此类推，则这个班次内油罐进油体积见式(1)～式(4)：

(1)

出油体积

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

(2)

油品损耗

②规划设计方案一旦审批后，要对输水线路占地作出公告，做好宣传，禁止在已规划的输水线路占地范围内建设永久建筑或各种设施，避免给征地拆迁带来新的困难。

OilLoss=CanSales-GunSales

(3)

则油品损耗比率

OilLossRate=OilLoss/OilSales*100%

(4)

本文程序通过液位仪的API接口函数可以直接读取到液位仪的油品体积数据。

3.3 误差分析及改进

实验发现，由于在油罐进油和出油的过程中，液面会发生波动，导致液位仪的读数也产生波动，给数据分析造成误差。为减小油面波动造成的计算误差，在油罐液位数据分析程序中，我们引入三次多项式插值方法[5]来对液面数据进行平滑，在仿真实验中取得了很好的效果，其原理如下见式(5)～式(8)：

设油罐内油面在t0时刻的高度为h0，在tf时刻的高度为hf，且油面高度函数为

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

(5)

(6)

对式(5)求导得

(7)

将式(6)代入式(5)和式(7)中，联立可求得方程中的四个未知数为：

(8)

将上式代入式(5)便可以得h(t)。

其仿真实验如图3所示。由图中可知，经过三次多项式插值处理后，油面高度曲线较原始曲线平滑了很多，减少了油面波动对于数据分析的影响。

(a) 油面高度波动的原始曲线 (b)经过三次多项式插值处理后的油面高度波动曲线

4 应用效果及结论

在采用本方案之前，石油公司一般将进出油误差约定在月3%以内即认为合格，而以中石油在2016年的成品油销售量1.72×109t来计算，其3%将是5.16×107t，按每升6.3元计算，每年中石油的油品损耗将超过43亿元人民币，损失数量惊人。图4是某加油站采用本文方案后，成功将进出油误差控制在1%以内。如果中石油全部加油站均采用本方案进行进出油的智能监控，同样以2016年的成品油销售数据为例，则每年至少为其减少误差2%，即减少损耗3.44×107t，挽回经济损失近29亿元人民币。

图4 某加油站某月内的进出油误差

加油站管线漏油或加油损耗是石油公司油品泄漏的主要原因，其不但危害环境安全，而且影响石油公司的经济效益，如何实时监控加油过程，掌握油品进出油是否平衡是石油公司亟需解决的关键问题。本文给出了加油站油罐进出油数据平衡算法及其误差原因的分析。采用该算法，加油站可以及时了解油罐进出油是否平衡，并得到油品损耗比率，对于及时发现油罐泄漏具有重要的警示作用。本算法在加油站的广泛应用，也必将推动石油公司的信息化进程，对于加油站油罐的动态实时监控也具有非常好的现实作用。

[1]马军强, 许涛, 朱斌, 等.加油站综合数据采集与监控系统的研究与应用[J].石油规划设计, 2016,27(2):42-44.

[2]王轶锋.加油站自动化库存监控系统[J].中国化工贸易,2015,(28):15.

[3]王路阳.油库自动化控制系统的应用与探索[J].石油库与加油站, 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]唐彦,梁欣.分段三次多项式插值的节点导数研究[J].黑龙江工程学院学报, 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

浙江省教育厅2015年度高校国内访问工程师校企合作项目(9J93516081005)

饶 磆(1986-)，女，江西抚州人，讲师，硕士，E-mail：raoshen@zjvtit.edu.cn。

TE972

A

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

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