加油站設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、引言隨著能源零售行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型加速，加油站作為油品銷(xiāo)售核心終端，其設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、管理效率及安全水平直接影響運(yùn)營(yíng)效益與社會(huì)公共安全。傳統(tǒng)加油站依賴(lài)人工巡檢、手動(dòng)操作的管理模式，已難以滿(mǎn)足“無(wú)人值守”“智慧運(yùn)維”發(fā)展需求。構(gòu)建集成設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、安全預(yù)警于一體的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，成為提升加油站核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵路徑。本文結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從系統(tǒng)需求出發(fā)，探討自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與實(shí)施要點(diǎn)，為行業(yè)技術(shù)升級(jí)提供參考。二、系統(tǒng)需求分析加油站業(yè)務(wù)流程涵蓋油品進(jìn)銷(xiāo)存管理、加油作業(yè)服務(wù)、設(shè)備運(yùn)維及安全管控，自動(dòng)化控制系統(tǒng)需圍繞核心場(chǎng)景滿(mǎn)足以下需求：（一）設(shè)備監(jiān)控需求1.加油設(shè)備：實(shí)時(shí)采集加油機(jī)流量、金額、槍位狀態(tài)，監(jiān)測(cè)油泵、電磁閥運(yùn)行參數(shù)，保障加油作業(yè)精準(zhǔn)高效。2.儲(chǔ)油設(shè)備：通過(guò)液位計(jì)、壓力傳感器監(jiān)測(cè)油罐液位、溫度、壓力，防止超裝、泄漏，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存動(dòng)態(tài)管理。3.輔助設(shè)備：監(jiān)控油氣回收裝置、潛油泵、消防設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保障環(huán)保與安全合規(guī)。（二）安全監(jiān)測(cè)需求1.環(huán)境安全：監(jiān)測(cè)油氣濃度、煙霧、火焰等參數(shù)，觸發(fā)防爆、消防聯(lián)動(dòng)；2.操作安全：對(duì)違規(guī)操作（如未熄火加油、超時(shí)作業(yè)）預(yù)警，記錄操作日志。（三）數(shù)據(jù)管理與遠(yuǎn)程監(jiān)控需求1.存儲(chǔ)加油交易、設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警事件等數(shù)據(jù)，支持歷史查詢(xún)與統(tǒng)計(jì)分析；2.支持云端或遠(yuǎn)程終端訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)集中管理與應(yīng)急處置。三、設(shè)計(jì)原則（一）可靠性?xún)?yōu)先系統(tǒng)需適應(yīng)加油站復(fù)雜工業(yè)環(huán)境（高溫、潮濕、易燃易爆），硬件選型遵循防爆、防塵、抗電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)，軟件采用冗余設(shè)計(jì)（如雙機(jī)熱備、數(shù)據(jù)備份），確保7×24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。（二）安全合規(guī)性嚴(yán)格遵循GB____《汽車(chē)加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范，設(shè)備需通過(guò)防爆認(rèn)證（如ExdⅡCT6），通信協(xié)議加密傳輸，操作權(quán)限分級(jí)管理，從物理層到應(yīng)用層構(gòu)建全鏈路安全體系。（三）可擴(kuò)展性采用模塊化架構(gòu)，預(yù)留硬件接口（如IO擴(kuò)展、通信端口）與軟件接口（API、SDK），支持未來(lái)新增設(shè)備（如充電樁、非油業(yè)務(wù)終端）快速接入。（四）易用性與經(jīng)濟(jì)性人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔直觀，支持觸摸操作與語(yǔ)音交互；在滿(mǎn)足功能需求的前提下，優(yōu)先選用高性?xún)r(jià)比國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)設(shè)備，降低初期投入與運(yùn)維成本。四、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層1.加油設(shè)備控制：采用嵌入式加油機(jī)控制器（如定制化ARM架構(gòu)控制器），集成流量計(jì)量、金額結(jié)算、IC卡讀寫(xiě)功能，支持與上位機(jī)實(shí)時(shí)通信。2.儲(chǔ)罐監(jiān)測(cè)：選用雷達(dá)液位計(jì)（非接觸式，避免介質(zhì)腐蝕）監(jiān)測(cè)油罐液位，配合溫度、壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)“液位-溫度-密度”三維監(jiān)測(cè)，提升計(jì)量精度。3.安全傳感器：安裝可燃?xì)怏w探測(cè)器（如催化燃燒型）、火焰探測(cè)器、煙霧報(bào)警器，部署在油罐區(qū)、加油島等關(guān)鍵區(qū)域，傳感器需具備防爆外殼與故障自診斷功能。4.執(zhí)行器：配置防爆電磁閥、電動(dòng)閥，用于緊急切斷油路、氣路；消防設(shè)備（如自動(dòng)噴淋、滅火器）接入控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)觸發(fā)。（二）控制層采用可編程邏輯控制器（PLC）或遠(yuǎn)程終端單元（RTU）作為核心控制器，推薦選型：PLC：西門(mén)子S____（緊湊型，支持PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)）或匯川H5U（國(guó)產(chǎn)高性?xún)r(jià)比，兼容主流協(xié)議），負(fù)責(zé)邏輯運(yùn)算、設(shè)備聯(lián)動(dòng)與數(shù)據(jù)預(yù)處理。RTU：施耐德RTU560（適用于分布式站點(diǎn)，支持4G/5G無(wú)線(xiàn)通信），滿(mǎn)足偏遠(yuǎn)站點(diǎn)離線(xiàn)緩存與斷點(diǎn)續(xù)傳需求。（三）管理層1.本地服務(wù)器：部署工業(yè)級(jí)服務(wù)器（如戴爾PowerEdgeR750），運(yùn)行SCADA軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)（如MySQL、SQLServer），存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史記錄。2.工作站與終端：配置工業(yè)平板電腦（防爆型）作為現(xiàn)場(chǎng)操作終端，支持加油員作業(yè)與設(shè)備巡檢；管理人員通過(guò)PC端或移動(dòng)APP（如微信小程序）遠(yuǎn)程監(jiān)控。3.云平臺(tái)：對(duì)接第三方物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（如阿里云IoT、華為云），實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)數(shù)據(jù)聚合、大數(shù)據(jù)分析與AI預(yù)測(cè)（如設(shè)備故障預(yù)測(cè)）。五、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）監(jiān)控軟件（SCADA）基于Wonderware、力控ForceControl等平臺(tái)開(kāi)發(fā)，核心功能涵蓋：1.實(shí)時(shí)監(jiān)控：以拓?fù)鋱D形式展示設(shè)備狀態(tài)（如加油機(jī)運(yùn)行/故障、油罐液位趨勢(shì)），支持動(dòng)態(tài)刷新與多屏聯(lián)動(dòng)。2.數(shù)據(jù)采集：按1秒/次頻率采集設(shè)備參數(shù)，對(duì)異常數(shù)據(jù)（如液位突變、流量超限）標(biāo)記告警。3.控制邏輯：編寫(xiě)梯形圖（LAD）或功能塊（FBD）程序，實(shí)現(xiàn)“液位過(guò)高→關(guān)閉進(jìn)油閥”“油氣濃度超標(biāo)→啟動(dòng)排風(fēng)+切斷油路”等聯(lián)動(dòng)邏輯。（二）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如交易記錄、設(shè)備臺(tái)賬），非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如報(bào)警視頻、操作日志）存入MongoDB或文件服務(wù)器，數(shù)據(jù)模型包括：設(shè)備表：記錄設(shè)備編號(hào)、型號(hào)、安裝位置、維保周期；交易表：存儲(chǔ)加油時(shí)間、金額、油品類(lèi)型、槍號(hào)；報(bào)警表：記錄報(bào)警類(lèi)型、時(shí)間、位置、處置狀態(tài)。（三）算法模塊1.液位監(jiān)測(cè)算法：結(jié)合溫度補(bǔ)償、靜壓力修正，提升油罐計(jì)量精度（誤差≤0.5%）；2.流量計(jì)量補(bǔ)償：根據(jù)油品溫度、粘度動(dòng)態(tài)修正加油機(jī)流量，降低計(jì)量偏差；3.能耗優(yōu)化算法：分析潛油泵、空調(diào)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，自動(dòng)調(diào)整啟停策略，降低運(yùn)營(yíng)能耗。（四）人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)“設(shè)備監(jiān)控-數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)-報(bào)警處置-運(yùn)維管理”四合一操作界面，具體功能如下：設(shè)備監(jiān)控：以3D模型還原加油站布局，設(shè)備狀態(tài)以顏色（綠/黃/紅）區(qū)分；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：生成日/月/年銷(xiāo)量、庫(kù)存、能耗報(bào)表，支持圖表可視化；報(bào)警處置：彈出報(bào)警窗口（含現(xiàn)場(chǎng)照片、處置指南），支持一鍵派單；運(yùn)維管理：記錄設(shè)備巡檢、維保記錄，自動(dòng)生成保養(yǎng)提醒。六、通信架構(gòu)設(shè)計(jì)（一）現(xiàn)場(chǎng)層通信采用Modbus-RTU（RS485總線(xiàn)）連接加油機(jī)、傳感器與PLC，通信速率9600bps，支持1對(duì)多從站通信；智能設(shè)備（如雷達(dá)液位計(jì)）采用HART協(xié)議（數(shù)字+模擬雙通信），確保數(shù)據(jù)可靠性。（二）控制層與管理層通信控制層（PLC/RTU）與本地服務(wù)器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)（PROFINET、EtherNet/IP）通信，傳輸速率100Mbps，采用環(huán)網(wǎng)拓?fù)涮岣呷哂嘈?；遠(yuǎn)程站點(diǎn)通過(guò)4G/5GVPN或光纖接入總部網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)加密（AES-256）傳輸。（三）云平臺(tái)通信本地服務(wù)器通過(guò)MQTT協(xié)議（輕量級(jí)、低帶寬）向云平臺(tái)上報(bào)數(shù)據(jù)，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳與離線(xiàn)緩存；云平臺(tái)向終端推送報(bào)警信息時(shí)，采用WebSocket實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通知。七、安全設(shè)計(jì)要點(diǎn)（一）防爆設(shè)計(jì)1.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選用防爆型（如ExdⅡCT6），安裝時(shí)保持安全間距（油罐區(qū)與電氣設(shè)備間距≥5m）；2.布線(xiàn)采用鎧裝防爆電纜，穿鍍鋅鋼管敷設(shè)，接頭處做防爆密封處理。（二）數(shù)據(jù)安全1.通信加密：采用SSL/TLS協(xié)議加密數(shù)據(jù)傳輸，防止中間人攻擊；2.權(quán)限管理：基于RBAC（角色權(quán)限控制），加油員僅可操作加油機(jī)，管理員可配置系統(tǒng)參數(shù)；3.數(shù)據(jù)備份：每日凌晨自動(dòng)備份數(shù)據(jù)庫(kù)至異地服務(wù)器，保留3個(gè)月歷史數(shù)據(jù)。（三）應(yīng)急處置1.故障自診斷：PLC實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備通信狀態(tài)，異常時(shí)切換至備用鏈路（如從以太網(wǎng)切換至4G）；2.自動(dòng)切換：油罐液位超限時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)油閥并啟動(dòng)聲光報(bào)警；3.應(yīng)急預(yù)案：預(yù)設(shè)“火災(zāi)”“泄漏”等場(chǎng)景處置流程，觸發(fā)時(shí)自動(dòng)推送指南至管理人員手機(jī)。八、應(yīng)用效果與優(yōu)化方向（一）應(yīng)用案例某省網(wǎng)加油站改造后，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：加油效率提升20%（減少人工操作環(huán)節(jié)）；設(shè)備故障率下降35%（提前預(yù)警與預(yù)防性維護(hù)）；管理成本降低40%（減少巡檢人員，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管控）。（二）優(yōu)化方向1.AI預(yù)測(cè)維護(hù)：基于設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，預(yù)測(cè)潛油泵、加油機(jī)故障概率，提前安排維保；2.物聯(lián)網(wǎng)集成：接入充電樁、洗車(chē)機(jī)等新設(shè)備，打造“能源+服務(wù)”綜合站；3.綠色節(jié)能：