摘   要: 針對油庫業(yè)務(wù)特點以及油庫安全事故致因的分析,引入防爆PDA、3G通信、RFID等物聯(lián)網(wǎng)和移動計算最新信息技術(shù),構(gòu)建了一個油庫安全管理信息系統(tǒng),實現(xiàn)了對油庫相關(guān)業(yè)務(wù)開展過程的監(jiān)控與跟蹤。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在兩家油庫運行了8個月,對油庫安全管理提供了良好的支撐。
關(guān)鍵詞: 油庫; 安全管理; 物聯(lián)網(wǎng); 信息系統(tǒng)

    油庫是用來存儲油料的工業(yè)設(shè)施,由于石油易燃、易爆、易揮發(fā)的特點,油庫很容易發(fā)生火災(zāi)爆炸等安全事故,從而給人民生活、社會財產(chǎn)造成巨大損失。據(jù)統(tǒng)計,近20年間,我國銷售系統(tǒng)成品油庫共發(fā)生較大事故600次,致使310人死亡、630人傷殘,損失油品近5萬噸,直接經(jīng)濟損失達2 500萬元[1]。
    大量統(tǒng)計資料表明,在各行業(yè)安全事故中，由于人的行為失誤而導(dǎo)致的事故占主導(dǎo)地位（94%）,而物的不安全條件占次要地位（6%）[2]。經(jīng)過對大量油庫事故的研究發(fā)現(xiàn),影響油庫安全的因素有人的行為、物的狀態(tài)、環(huán)境、管理狀況等4大因素,其中人的行為占支配地位[3]。研究表明,在油庫的各項業(yè)務(wù)活動中都存在人的不安全行為,例如：員工在收發(fā)油過程中不遵循操作卡要求執(zhí)行作業(yè),管理人員在作業(yè)許可的現(xiàn)場審批環(huán)節(jié)不到施工現(xiàn)場審核,基層員工不到現(xiàn)場巡檢并且隨意編造巡檢結(jié)果。這些違規(guī)行為對油庫安全生產(chǎn)造成了嚴重威脅,但傳統(tǒng)管理手段又無法對比進行監(jiān)督,因而成為了管理上的難題。
    物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是近年來廣受關(guān)注的一項新的信息技術(shù),它的目標是通過無線通信等技術(shù)手段實現(xiàn)物與物、物與人的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)延伸了人對現(xiàn)實世界的感知和控制能力, 能夠在油庫安全管理中發(fā)揮重要的輔助作用。
1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
    2005年ITU發(fā)布報告[4],指出信息與通信技術(shù)的目標已經(jīng)從滿足人與人之間的溝通發(fā)展到實現(xiàn)人與物、物與物之間的連接。物聯(lián)網(wǎng)使人們在信息與通信技術(shù)的世界里獲得一個新的溝通維度,將任何時間、任何地點連接任何人,擴展到連接任何物品,萬物的連接就形成了物聯(lián)網(wǎng)。
　　由于大大擴展了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通范圍和能力,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入產(chǎn)品管理[5],覆蓋了從產(chǎn)品設(shè)計、原材料采購、生產(chǎn)、庫存、運輸、銷售到售后處理等各個環(huán)節(jié),使得產(chǎn)品的整個生命周期都可追蹤和可監(jiān)控,大大增強了對產(chǎn)品的管理控制能力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療健康、智能家居、智能博物館等許多領(lǐng)域[6]都取得了較好的應(yīng)用效果。
2 系統(tǒng)概述
    根據(jù)前文所述,油庫安全事故最大的誘因是人的不安全行為。要分析油庫中人的不安全行為,首先要理解油庫涉及的業(yè)務(wù)活動。根據(jù)在中國石油東北銷售分公司南京三江口油庫、寧波北侖油庫的調(diào)研,油庫涉及到的作業(yè)可以分為常規(guī)作業(yè)和非常規(guī)作業(yè)兩類。常規(guī)作業(yè)即日常的油庫生產(chǎn)業(yè)務(wù),主要包括收油作業(yè)、發(fā)油作業(yè)、倒罐作業(yè)。非常規(guī)作業(yè)主要是指高風險作業(yè),包括動火、臨時用電等作業(yè)。
    基于對油庫安全事故致因和油庫日常業(yè)務(wù)的分析,本系統(tǒng)從作業(yè)許可管理、常規(guī)作業(yè)運行操作管理以及巡檢管理三個方面來加強油庫安全管理。
2.1 常規(guī)作業(yè)操作監(jiān)控
    常規(guī)作業(yè)是油庫最常見的業(yè)務(wù),通常每個油庫每天都要執(zhí)行多次常規(guī)作業(yè),因此常規(guī)作業(yè)是安全管理的主要內(nèi)容。一個常規(guī)作業(yè)通常包括調(diào)度員、儲運、司泵、計量、化驗等崗位,其中調(diào)度員負責制定作業(yè)計劃,儲運負責與來船（車）溝通,司泵負責輸油管線的檢查、打開和關(guān)閉,計量負責測量來油（付油）數(shù)量,化驗崗負責檢測來油質(zhì)量。
    按照油庫管理規(guī)定,開展一次作業(yè)之前,調(diào)度員首先制定作業(yè)計劃,并報油庫領(lǐng)導(dǎo)審批。審批通過之后,作業(yè)計劃下發(fā)到參與該作業(yè)的各崗位人員。為了加強安全管理,油庫針對不同作業(yè)為各崗位人員制定了相應(yīng)的操作卡,規(guī)定了各項業(yè)務(wù)中各崗位人員的作業(yè)操作步驟和注意事項。作業(yè)開始之后,各崗位人員按照紙質(zhì)操作卡規(guī)定逐步操作,并在操作卡上逐項確認操作結(jié)果。
    但在實際業(yè)務(wù)開展中,員工往往無視操作卡規(guī)定,按照個人意愿隨意操作,并在事后編造合規(guī)的操作記錄。針對這種情況,本系統(tǒng)引入了防爆PDA。在作業(yè)開展過程中,各崗位人員攜帶防爆PDA到現(xiàn)場,通過3G通信信道下載本崗位對應(yīng)的操作卡;然后按照操作卡逐項作業(yè),并在PDA上逐步確認;PDA將確認結(jié)果通過3G通信信道即時傳送到系統(tǒng)的后臺服務(wù)器;服務(wù)器將記錄各崗位人員每一步操作的時間和結(jié)果。因此處于中控室的調(diào)度員和辦公室的領(lǐng)導(dǎo)能夠通過系統(tǒng)對作業(yè)開展過程進行實時監(jiān)控,確保各崗位人員嚴格按照操作卡實施作業(yè)。
2.2 作業(yè)許可管理
    雖然油庫中的非常規(guī)作業(yè)不像常規(guī)作業(yè)那樣頻繁,但是非常規(guī)作業(yè)都是高風險作業(yè),極易引發(fā)安全事故,也是安全管理工作的重點。
    按照安全管理規(guī)定，油庫非常規(guī)作業(yè)執(zhí)行作業(yè)許可制度。非常規(guī)作業(yè)開展之前首先要提交關(guān)于作業(yè)風險點及對應(yīng)的防控措施等內(nèi)容的書面分析材料,進行作業(yè)許可申請；安全管理人員對書面材料進行審查,通過之后作業(yè)負責人進行作業(yè)準備。具備作業(yè)條件之后,安全管理人員需要到作業(yè)現(xiàn)場,對照之前通過審查的書面材料,逐項確認風險防控措施已經(jīng)落實就位,進行現(xiàn)場審批?，F(xiàn)場審批通過之后,才可以開展作業(yè)。
    在實際工作過程中,存在安全管理人員在現(xiàn)場審批環(huán)節(jié)偷懶、直接在辦公室審批作業(yè)許可的現(xiàn)象。因為現(xiàn)場審批是作業(yè)許可管理最關(guān)鍵的一環(huán),這種違規(guī)行為嚴重削弱了安全管理的效果。為了杜絕這種現(xiàn)象,在本系統(tǒng)中進行作業(yè)許可現(xiàn)場核查時,審批人攜帶PDA到審批現(xiàn)場,先通過3G信道下載待審批作業(yè)的書面材料詳細信息;然后通過PDA內(nèi)置的RFID讀卡器讀固定安裝在作業(yè)現(xiàn)場的RFID標簽,在PDA上對作業(yè)條件進行逐項確認,并最終審批作業(yè)許可。PDA讀取的RFID標簽ID信息和審批人的逐項確認結(jié)果都會被即時發(fā)送到后臺服務(wù)器,這些信息以及每次操作對應(yīng)的時間戳都將會被保存在服務(wù)器上。因此,作業(yè)許可審批的整理過程在系統(tǒng)中都是可追蹤的。
2.3 巡檢管理
    巡檢管理是油庫發(fā)現(xiàn)儲罐、管線等關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施狀態(tài)異常的主要手段,是油庫安全管理的重要一環(huán)。根據(jù)安全管理規(guī)定,油庫需要執(zhí)行班組日巡檢、油庫周檢查和公司月檢查。但在實際工作中,巡檢人員有時偷懶不到現(xiàn)場巡檢并編造巡檢結(jié)果。
    為了封堵管理漏洞,首先在油庫的各巡檢點固定部署RFID標簽;員工每次巡檢時,攜帶PDA讀巡檢點的RFID標簽,然后在PDA上填寫巡檢狀態(tài);PDA通過3G通信信道即時將標簽ID和巡檢結(jié)果上傳到后臺服務(wù)器,這些信息和對應(yīng)的操作時間戳都將被保存在服務(wù)器上。因此,每次巡檢過程在系統(tǒng)中都是可追溯的。
3 系統(tǒng)實現(xiàn)
3.1 體系架構(gòu)
    基于物聯(lián)網(wǎng)的油庫安全管理信息系統(tǒng)的體系架構(gòu)可以分為3個層次:感知延伸層、通信層、應(yīng)用層,如圖1所示。

    感知延伸層包括部署在油庫各非常規(guī)作業(yè)場所的RFID標簽、部署在各巡檢點的RFID標簽,以及用戶作業(yè)時攜帶的防爆PDA。RFID標簽和PDA標識了作業(yè)場所和巡檢設(shè)備這些“物”。
    通信層的作用是連接作業(yè)現(xiàn)場的“物”與系統(tǒng)用戶?，F(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)通過3G通信信道即時發(fā)送到因特網(wǎng),然后VPN路由器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到位于企業(yè)內(nèi)網(wǎng)上的系統(tǒng)后臺服務(wù)器。
    系統(tǒng)采用了北京旋極信息技術(shù)有限公司的HR-7000防爆PDA,這款PDA搭載了Intel XScale 270處理器,內(nèi)置64 MB Flash,128 MB DRAM,支持WCDMA通信協(xié)議。HR-7000內(nèi)置了1個RFID讀卡芯片,其工作頻率為13.56 MHz,支持ISO14443A/B和ISO 15693標準。HR-7000通過了石油和化學(xué)工業(yè)防爆電器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的認證,防爆標志Exib II BT3,能夠在防爆1區(qū)使用。由于油庫內(nèi)僅儲罐內(nèi)部為防爆0區(qū),因此HR-7000幾乎能在油庫所有區(qū)域使用。HR-7000運行Windows CE 5.0操作系統(tǒng),并安裝了筆者開發(fā)的業(yè)務(wù)管理程序。
    系統(tǒng)采用了北京蘭德華電子技術(shù)有限公司的EM RFID標簽。該款標簽工作頻率為13.56 MHz,符合ISO 15693標準，能夠防水、防震、防金屬、防高低溫，且能夠長時間在戶外工作,適合油庫管理需求。
3.2 軟件架構(gòu)
    基于物聯(lián)網(wǎng)的油庫安全管理信息系統(tǒng)軟件采取了SOA架構(gòu),從下至上分為4層:數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層、展示層,如圖2所示。其中數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和文件系統(tǒng),用來存儲系統(tǒng)業(yè)務(wù)和配置相關(guān)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲在Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中,而支撐系統(tǒng)運行的配置數(shù)據(jù),因為語義性較強,采取了XML格式存儲。

    服務(wù)層提供公用的服務(wù),用以支撐其上的業(yè)務(wù)層,包括報表工具、組織機構(gòu)、系統(tǒng)菜單、用戶管理和日志等模塊。這些模塊以Web服務(wù)的形式對業(yè)務(wù)層模塊提供服務(wù),保證了模塊之間的松耦合和軟件的高重用性。其中，報表工作模塊提供了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和可視化功能;組織機構(gòu)模塊負責對使用系統(tǒng)的各級單位進行增刪改查;系統(tǒng)菜單包括對系統(tǒng)功能菜單和其他系統(tǒng)運行參數(shù)的配置功能;用戶管理負責系統(tǒng)用戶認證和權(quán)限控制;日志模塊則實現(xiàn)了支持在線配置的分級的日志功能。
    業(yè)務(wù)層實現(xiàn)了作業(yè)許可、常規(guī)作業(yè)運行操作管理和巡檢管理三項系統(tǒng)的主體功能,相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)在第2節(jié)進行了詳細介紹。
    展示層提供系統(tǒng)的用戶接口,包括主體功能界面、考核統(tǒng)計界面和PDA展示接口等模塊。展示層通過統(tǒng)計報表、可視化等技術(shù)提供了簡潔優(yōu)雅的操作接口。
4 應(yīng)用效果
    本設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的油庫安全管理信息系統(tǒng)已經(jīng)在中國石油東北銷售分公司的南京三江口油庫和寧波北侖油庫上線運行了8個月,共使用了24臺防爆PDA和大約100個RFID標簽,目前已積累了20條作業(yè)許可數(shù)據(jù)、472條常規(guī)作業(yè)記錄。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定,對油庫安全管理提供了良好的支撐。中國石油東北銷售分公司已經(jīng)決定在公司其他油庫推廣本系統(tǒng)。
    目前國內(nèi)企業(yè)和政府共有油庫數(shù)千座,本系統(tǒng)對這些油庫的安全管理能夠起到相同的支撐作用,因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
    本文介紹了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的油庫安全管理信息系統(tǒng),該系統(tǒng)通過引入防爆PDA、3G通信、RFID等物聯(lián)網(wǎng)和移動計算最新信息技術(shù),實現(xiàn)了對油庫相關(guān)業(yè)務(wù)過程的實時監(jiān)控。該系統(tǒng)具備以下特點:(1)利用RFID標簽和防爆PDA等設(shè)備,杜絕以往在辦公室進行許可現(xiàn)場審批的違規(guī)行為;(2)利用物聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術(shù)確保油庫常規(guī)作業(yè)嚴格按照操作卡規(guī)定開展;(3)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用確保巡檢任務(wù)按時在現(xiàn)場執(zhí)行。
    基于本系統(tǒng)的成功經(jīng)驗,下一步將探索在更復(fù)雜的石油石化環(huán)境(例如在油田和煉化企業(yè)的安全生產(chǎn)管理)中使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持安全管理的方式。
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