基于5G/4G/3G DTU加油站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

摘要：本文提出了一種基于5G/4G/3G的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計原理和實現(xiàn)方案，簡要介紹了5G/4G/3G技術的基本知識，描述了5G/4G/3G無線傳輸應用于石化數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法。通過實際應用，獲得了理想的效果。
關鍵詞：5G/4G/3G；DDN；石油；化工；無線數(shù)傳；加油站；數(shù)據(jù)采集；

一、背景介紹

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對成品油的需求迅速增長。中國成品油零售市場對外開放已近兩年。審視國內(nèi)成品油市場環(huán)境，一個微妙的變化日益清晰，那就是作為成品油銷售最前端的加油站被推到了市場最前沿。作為石油工業(yè)鏈條中的重要一環(huán)，加油站行業(yè)同樣維系著國民經(jīng)濟命脈。如何在市場日益開放的大環(huán)境下守住或爭奪這塊陣地，無疑是要有專業(yè)的先進管理水平和快速的優(yōu)質(zhì)服務。

原有加油站信息系統(tǒng)地面網(wǎng)絡建設較早，設備性能低，線路速度低，時延長，已很難滿足各子站各種安全數(shù)據(jù)，庫存數(shù)據(jù)等資料傳輸?shù)囊?，很難滿足進行數(shù)據(jù)綜合傳輸?shù)男枨?；衛(wèi)星網(wǎng)覆蓋面小，速度低，且加油站之間無法直接通信，限制了網(wǎng)絡功能。因此，構建一個更完善，更快捷，更安全的氣象廣域網(wǎng)絡平臺迫在眉睫。廣域網(wǎng)不僅要在速度，容量上完全滿足需求；而且需要將原本松散的網(wǎng)絡從規(guī)格，管理軟件，安全防護等方面進行整合和統(tǒng)一。并且還需要具有可擴展性，未來可以方便地進行升級。而以上的這些不足都可以通過2G/3G/4G無線網(wǎng)絡來實現(xiàn)。

二、傳統(tǒng)方式對比

1、電話撥號方式：當用戶刷卡后，POS機通過撥號接入公司數(shù)據(jù)中心，接通后傳送交易數(shù)據(jù)。這種方式的最大問題是在安全上存在很大隱患，由于電話撥號保密性較差，電話撥號音可能會泄露用戶的密碼。另外，在使用電話撥號方式時，顧客每刷卡一次，POS機就撥號一次，需要10-20秒時間建立連接，因此每筆交易時間較長。同時，由于POS機使用普通業(yè)務電話，容易發(fā)生掉線，安全性也較差，撥外線容易占線，對場所依賴性很強，移動性差，從而影響交易的實時性。 
2、專線方式： POS機往往采用RS-232接口聯(lián)網(wǎng)后通過一條專線連接到銀行數(shù)據(jù)中心。專線方式的優(yōu)點是線路傳輸質(zhì)量較高，但其缺點是DDN專線月租費較貴，DDN專線初裝費約為5000～10000元，每月的線路使用費約為800～1200元左右。

三、本方案優(yōu)勢

在以上的分析中我們可以明顯看到傳統(tǒng)的方式和網(wǎng)絡連接方式已經(jīng)不能滿足加油站低投入高效益的需求。網(wǎng)絡改造迫在眉睫，但是如果采用2G/3G/4G無線方式傳輸數(shù)據(jù)則有情況就大不一樣了，具有以下優(yōu)勢：

1、安全保密性高。一方面與傳統(tǒng)有線傳輸方式相比較，無線傳輸僅僅指的是從用戶端到2G/3G/4G基站，而從基站到用戶數(shù)據(jù)中心都是通過有線網(wǎng)絡進行傳輸。另一方面，由于5G/4G/3G所采用的無線通信技術也決定了較其他無線通信方式具有更大的安全保障。
2、資費便宜，計費合理。5G/4G/3G資費包月資費很便宜，由于沒有大數(shù)據(jù)量的傳輸，所以沒有必要采用資費很高的專線（DDN等）。而5G/4G/3G可以根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量進行計費。在2G/3G/4G網(wǎng)中，沒有數(shù)據(jù)傳輸時是不被計費的。所以營業(yè)網(wǎng)點不需要頻繁建立連接，當然也不必支付傳輸空閑時的專線費用，而客戶再也不用不耐煩地等待電話撥號登錄的過程。
3、設備投資低。傳統(tǒng)的DDN等專線，專線Modem，撥號方式則需要購買Modem Pool ，普通Modem，ISDN Modem等設備。而采用5G/4G/3G無線方式只需要購買無線數(shù)傳即可，投資要小得多。
4、新增和改變網(wǎng)點方便。如果采用了5G/4G/3G方式，用戶可隨意改變自己的營業(yè)網(wǎng)點，而無須擔心線路的維護或在移動時導致的通訊中斷。新增營業(yè)點時也無需進行布線，埋線等牽涉多方的工作。
5、線路穩(wěn)定，永不掉線。5G/4G/3G采用的分組技術，所以能夠最好地支持頻繁的或少量突發(fā)型的數(shù)據(jù)業(yè)務。
6、網(wǎng)絡接入速度快。5G/4G/3G登錄網(wǎng)絡的時間時很短暫，相對撥號方式的1、2分鐘，它只需要5-6秒，而且一旦連接，則時刻在線，因此可以提供與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。
7、傳輸速率高。提供高達153.6Kbps的分組數(shù)據(jù)業(yè)務，可以開展無線INTERNET，無線多媒體，無線電子商務，視頻點播等業(yè)務。
8、網(wǎng)絡覆蓋好。由于5G/4G/3G使用是800M的頻段，它的覆蓋廣度和深度好，從2001年開始建設5G/4G/3G網(wǎng)絡，經(jīng)過三年共三期的建設，到2003年，5G/4G/3G網(wǎng)絡總容量達到5000萬戶以上，網(wǎng)絡覆蓋包括西藏在內(nèi)的全國31個省、自治區(qū)、直轄市的300個以上地級市，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)覆蓋到鄉(xiāng)，中等發(fā)達地區(qū)覆蓋到縣。與此同時5G/4G/3G提供覆蓋全國99%地域范圍的可漫游、移動無線數(shù)據(jù)服務。5G/4G/3G網(wǎng)絡覆蓋已經(jīng)非常完善，而且具備PDSN服務節(jié)點，保證無線分組數(shù)據(jù)接入的可行性。
9、5G/4G/3G技術采用800兆頻段，具備綠色環(huán)保，輻射小等優(yōu)于GSM無線傳輸?shù)膬?yōu)勢。在射頻火花能量大于6瓦時，極短時間即可引燃可燃氣體，引發(fā)加油站安全生產(chǎn)事故，而5G/4G/3G系統(tǒng)發(fā)射功率最高只有200毫瓦，普通通話功率可控制在零點幾毫瓦，其輻射作用可以忽略不計。

四、系統(tǒng)構成

 （圖）加油站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖

1、加油站數(shù)據(jù)采集終端
加油站數(shù)據(jù)采集終端負責主要分為下面三類：
1）加油站油罐實時監(jiān)測數(shù)據(jù)：通過液位儀，流量計，空氣甲醇含量探測器，煙感，溫度，濕度等監(jiān)測設備對油罐的油料進出管道泄漏情況和油庫環(huán)境進行實時監(jiān)測。
2）加油交易數(shù)據(jù)：直接獲取加油機加油記錄，加油站進行每一筆加油的收款，打票處理，其明細的商流數(shù)據(jù)能對營銷分析提供強大的支持。
3）IC卡油積分系統(tǒng)數(shù)據(jù)：通過成品油零售的電子化，以IC卡取代傳統(tǒng)的現(xiàn)金，油票等結算方式，實現(xiàn)加油款的電子支付和交易數(shù)據(jù)的自動采集。
2、無線傳輸設備
鑒于對通訊模塊的要求，選擇廈門才茂通信無線數(shù)傳。它具有體積小，功耗低，配置使用簡單，即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道，并行多數(shù)據(jù)通道，實時在線和按需撥號多種工作方式，并且支持APN網(wǎng)絡接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費。
3、數(shù)據(jù)管理中心
油庫業(yè)務管理（對接收到的業(yè)務數(shù)據(jù)源進行和管理）；油庫安全管理（管理接收到的油庫安全信息并設置安全閥值報警）；數(shù)據(jù)管理（數(shù)據(jù)庫備份、恢復等功能）；
加油站采集終端通過RS232/485通訊接口與無線數(shù)傳串口連接，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網(wǎng)絡，例如固定IP，APN，ADSL等。
無線傳輸設備通過GPRS網(wǎng)絡連接到遠程數(shù)據(jù)中心服務器主機，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當采集終端需要上報數(shù)據(jù)的時候將數(shù)據(jù)直接送往串口，此時無線數(shù)傳就會把收到的數(shù)據(jù)原封不動地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務器主機。當數(shù)據(jù)中心下發(fā)的命令或數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線數(shù)傳后，無線數(shù)傳通過串口送到采集終端，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。

五、系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)主要是對加油站的所有管理數(shù)據(jù)的集成。并且通過網(wǎng)絡將各個油庫和他們所屬的銷售管理部門聯(lián)系起來，及時的反饋加油站各類信息，供銷售管理部門制訂計劃。通過數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享后成品油銷售管理系統(tǒng)將覆蓋成品油銷售系統(tǒng)的進、銷、存、管理的所有環(huán)節(jié)，使各個環(huán)節(jié)的管理更科學，更合理；同時也使所有的環(huán)節(jié)運轉更緊密，更高效，反應更迅速。具體在加油站管理業(yè)務中包含以下功能：油庫業(yè)務管理，罐存監(jiān)測管理，車隊業(yè)務管理等。

油庫業(yè)務管理：主要針對整個油庫的實際業(yè)務活動進行管理，包括入庫管理，出庫管理，實物庫存管理，出庫日報，保管庫存管理等。
油庫安全監(jiān)測：主要針對油庫的環(huán)境變化進行系統(tǒng)監(jiān)測，把險情發(fā)生的概率降到最低。
入庫管理：入庫數(shù)據(jù)，統(tǒng)計超耗及途損。
出庫管理：對銷售，代儲，移庫，配送等多種出庫業(yè)務類型進行管理。
實物庫存管理：提供油罐動態(tài)計量及庫存數(shù)據(jù)。
出庫日報：提供油庫每日出庫統(tǒng)計。 
保管庫存管理：提供日/月報保管帳制作。
油庫盤點：提供油庫商品盤點表，損溢統(tǒng)計，油品調(diào)整。
罐存監(jiān)測管理：系統(tǒng)定時接收加油站返回的數(shù)據(jù)，加油站定時巡檢油罐的各個測量點，回報各個測量點的溫度和壓力狀況，以及整個油罐的液位高度。所有油罐的溫度，壓力和液位高度數(shù)據(jù)通過2G/3G/4G返回系統(tǒng)，記錄在數(shù)據(jù)庫中。還可進行油罐安全監(jiān)測和存量歷史跟蹤。
車隊管理：能按照供油需求和供油安排，制定詳盡的車隊運油計劃，建立運輸安排。并按照內(nèi)部運輸?shù)囊筮M行車隊運輸?shù)慕y(tǒng)一安排和管理（此系統(tǒng)需要石油行業(yè)物流配送系統(tǒng)支持）。
通道建立成功后，無線數(shù)傳串口實時監(jiān)控采集器的數(shù)據(jù)，只要集線器串口有數(shù)據(jù)過來，無線數(shù)傳將全透明進行實時傳輸。如果數(shù)據(jù)量小，或需要定時傳輸數(shù)據(jù)的，無線數(shù)傳可設置數(shù)據(jù)觸發(fā)模式，或根據(jù)加油站的實際應用也可考慮修改軟件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。這樣就可靈活應用不同的數(shù)據(jù)傳輸需求來采取不同的傳輸方式，以減少及節(jié)約不必要的傳輸費用。

六、本方案優(yōu)點

1、利用才茂通信無線數(shù)傳可不用布線，且采用多點對一中心的組網(wǎng)方式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一中心統(tǒng)一管理。
2、無線數(shù)傳采用高性能工業(yè)級處理器以及看門狗等安全機制設計，保證無線數(shù)傳 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟，保證無線數(shù)傳永遠在線，通信鏈路永遠正常。
3、由于采集點是直接連入中心，對現(xiàn)有的網(wǎng)絡不會造成任何的中斷和影響。
4、無線數(shù)傳采用標準的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設計，體積小巧方便維護。
5、無線數(shù)傳完全采用國際標準的TCP/IP安全傳輸協(xié)議機制，保證數(shù)據(jù)的安全和及時，而且采用完全透明傳輸機制，保證數(shù)據(jù)的準確性。
6、多中心設計，可同時設置4個中心監(jiān)控采集現(xiàn)場，避免因某個中心網(wǎng)絡不穩(wěn)定或者關閉導致無法對加油站現(xiàn)場進行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。
7、無線數(shù)傳進行人性化工程設計，可是工程人員無需到現(xiàn)場就可以遠程直接對網(wǎng)絡參數(shù)進行相應的配置，達到時間和人力的合理利用。
8、高規(guī)格材料選配，可在 -40~+75oC， 相對濕度 95%(無凝結)環(huán)境下正常工作。

七、總結

加油站5G/4G/3G數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建立標志著石油化工行業(yè)的先進管理水平，能通過5G/4G/3G的準確、快速的數(shù)據(jù)傳輸，中心可進行對數(shù)據(jù)的存儲，歷史趨勢分析，報表打印等信息查詢，可不斷地對各個加油站的最新數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計及分析，了解加油站的最新情況，以方便控制中心對加油站做到更快，更好、準確的調(diào)度工作。