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基于物联网仓库下对石油的安全管理系统的设计和实现
摘要
油库,是用于接受、存储和分发石油的设施,易出事故的原因是石油的可燃性和爆炸性等特征所致。研究显示储油库的大多数事故是由于人类的不安全行为导致，但是用传统的管理方法很难去监控和跟踪员工的操作程序。本文介绍的是一个基于油库安全管理信息系统的互联网。它具有以下独特的特点:(1)采用物联网技术监控常规工作的过程,防止违规行为的发生;(2)RFID标签和PDAs是用于许可在管理工作中确保工地现场进行试镜;(3)系统中物联网技术的介绍了是为了确保检查的质量。两个油库的使用显示了管理信息系统能够提供公司对油库安全管理的支持。
关键词-油库，安全管理，物联网，管理信息系统
I. 介绍
- 油库的安全管理
油库是存储的石油和石油化工产品的工业设施,这些产品通常将被运送到最终用户或下一步的存储设施。随着国内石油化工行业的发展,在中国建立了越来越多的油库。由于石油具有可燃性和爆炸性两个特征，油库非常容易发生事故。尽管石油公司和政府越来越重视安全管理,但中国还是发生了许多油库安全事故。据统计,在过去20年的年间中国大约发生了600起油库安全事故,导致大约310人死亡,约630人受伤,直接经济损失约2500万元[1]。这些事故引起的环境问题和不良社会影响,破坏了公司的声誉。
根据整个行业的统计数据显示,大约94%的死亡和受伤结果是由于员工的不安全行为导致的，只有6%的事故是由于物的不安全状态所致[2]。类似的结论是由油库事故研究得出。研究[2]表明,油库的事故原因可以归结为4个因素:人的不安全行为、物的不安全状态、环境因素和管理缺陷,其中人的不安全行为是主导因素。在油库工作中不安全行为随处可见，当接收石油和分发石油时,有些员工不遵守标准的规章制度。有时因为懒惰的原因，员工选择在办公室进行审计工作而不是在工地上。在晚上，一些不负责任的员工会跳过检查和制作其检验结果。
近年来，为了提高管理的效率，在中国已经建立了许多的油库信息系统。大多数的信息系统被局限于收集和查询油罐的基本信息、管道和石油的储量，有些信息系统则有能力管理油罐及油库其他设施的状态情况。因为很少有旨在帮助消除油库员工不安全行为的信息系统，所以建立一个管理油库员工的不安全行为的信息系统是十分必要的。
B.互联网
信息通信技术行业的发展正在成为互联网一个新兴的趋势。从物联网用于连接终端用户设备网络，到用于连接物理对象相互通信，到为了给人类提供一个指定的服务，这其中包含的通常用于一些网络、计算和服务配置/管理的传统方法需要重新思考了。
从概念的角度来看,物联网建立在三大支柱上,智能对象的能力:(i)是识别(任何标识本身),(2)沟通(任何通信)和(iii)进行交互(任何交互)、建立网络连接的对象,或最终用户及其他实体网络[4]。
因为物联网技术有广阔的应用前景,它获得了学院和产业越来越多的关注,并取得了很多成就。一些研究人员引进物联网技术来进行物流管理和监控供应链的每一个环节，从商品设计，原材料采购，生产，运输，仓储，配送和销售的半成品和成品，退货处理和售后服务[5,6]。分布于家庭和办公室的传感器与执行器能够使我们在生活的很多方面都感到更加的舒适。并且物联网技术也运用于医疗[8, 9],工业厂房[10] 和智能博物馆等等。
根据上述研究引发的灵感，我们在信息系统中引入物联网技术来提高油库的安全管理。本文的其余部分安排如下。在第二部分，我们介绍了如何使用物联网技术来消防油库中的不安全行为。在第三部分，我们将展示信息系统的细节及框架。在第四部分，介绍了管理信息系统的应用与结论。
II. 概述
如上所述，基于物联网的安全管理系统是为了消防人的不安全行为。为了达到这一目标，我们首先要了解油库的工作。根据南京的三江口油库和宁波的北仑油库，我们将油库工作分为两类：常规工作和非常规工作。常规工作包括接受、分发和转送油品，员工在进行常规工作时必须得遵守操作手册。非常规工作指的是有潜在危险性的工作，比如消防作业、高空作业、和密闭空间作业等等。非常规工作得获得许可才能进行。
基于物联网的安全管理系统能够控制和监控日常与非日常工作，同样也能检验管理功能的实现。检验是发现油库设施不正常状态的重要方法。
- 日常工作监控
通常一个油库每天都要进行几个日常工作。日常工作是如此的频繁，因为需要仔细监督。日常工作涉及到几个角色：调度员，测量员，分析师，泵操作人员和协调员。调度员负责安排工作时间表。测量员负责检测接收和分发的油品。分析师检查接收和分发的油品是否达到承诺的标准。泵操作人员负责检查，打开和关闭指定的管道。协调员负责与顾客就接收和分发的油品进行谈判。
在开始工作前，调度员需要安排工作时间表并提交给油库管理员。计划经管理员审批后，派发给员工去执行工作。工作开始后，调度员呆在中央控制室协调其余参与者的工作。为了避免事故的发生，油库为每个不同的角色设定了具体工作需要参考的标准操作手册。员工必须遵守操作手册的规定一步一步记录每个操作的结果。但是问题是，有些员工在工作和制作过程记录时会忽视操作说明，这对于油库来说是一个重要的安全隐患。
为了解决这个问题，介绍基于物联网安全管理系统的PDA设备。当开始工作时，每个员工都需要携带PDA设备到工地，并从服务器下载相应的操作说明书。员工必须一步一步的在PDA设备上记录操作的结果，每一个操作结果经由3G通信信道发送到服务器，操作结果在服务器当中与当前服务器时间一起并作为一个项目保存起来。因此基于安全管理系统的物联网能够监控和跟踪员工的操作。
在工作中，它可以帮助避免上述违规行为。
B.工作管理许可
非常规工作包括消防作业，高空作业，在密闭空间作业，电工作业，挖掘作业，设备脱节，和起重工作等。通常情况下一个油库有一个月的时间来处理非常规作业。虽然它们并不像常规工作一样受人欢迎，但是更加的危险。非常规工作中的一个小失误都会带来非常严重的后果。
非常规工作的进行许可得在工作系统的控制之下。开始一个非常规的工作，员工必须得先申请工作许可。他们提交书面材料给安全管理人员，它描述工作的基本信息，风险点和相应的预防和控制措施。经理批准材料后，员工得按照书面材料准备工作。准备工作完成后，安全管理人员得去工地证实书面材料中记述的安全防控措施的落实工作。工作系统的许可证问题出在安全管理人员有时懒得去工地反而在办公室完成审计许可工作。这种违规行为严重的损害了安全管理，并且很难被追踪到。
为了解决这个问题，射频识别技术与PDA被引入基于物联网的安全管理系统。一些射频识别标签遍布油库分布着。作为现场试镜工作许可证系统的一部分，安全管理人员携带PDA到工地，并用PDA去读取在现场的射频识别标签。接着他们检查风险预防和控制措施，并在PDA上一个一个的确认项目的进行。射频识别标签的ID和检测结果用PDA经由3G通信信道发送到服务器，并以服务器时间存储起来。因此可以用来确定安全管理人员是否到工地去进行审计许可工作。同时在工地试镜的过程也可被基于物联网的安全管理系统所追踪。
C.检验管理
检查是为了发现设备的不安全状态，消除潜在的安全风险，因此它是安全管理非常重要的一部分。根据安全管理要求，工作组在每天值班时都应该例行检查关键设备的状态，例如油罐和管道等。油库每周都应该检查250台设备，公司每月都应该进行一次检查。检查管理的问题在于，员工不出去检查反而在办公室中杜撰检查结果。
为了跟踪检查过程，物联网被用于非常规工作管理中。在油库中，检查部位和关键设施中布置着一些视频识别标签。在检查时，每个检验现场的员工都用PDA去读取射频识别标签，并将检查结果记录在PDA中。ID数据和检查结果则通过3G通信信道发送到服务器上，以当前服务器时间保存起来。现在安全管理人员的违规行为在基于物联网的安全管理系统下可以很容易被追踪到。
III. 执行
- 系统架构
如图一所示，基于物联网的安全管理信息系统可分为三层。传感层，它由RFID标签和防爆PDA组成，用于识别油库中的关键设备并进行交互。通信层用于连接用户和事物。现场数据通过3G通信信道被运送到互联网。接着在基于物联网的安全管理信息系统的的运行下，VPN路由器将数据发送到企业内网上。用户通过企业内部信息系统进行访问。
图1.基于物联网安全管理新系统的执行系统
传感层
通信层
RFID标签
企业内网
防爆PDA
互联网
3G通信信道
VPN路由器
安全管理信息系统
应用程序层
Watertec公司的PDA HR-7000被信息系统采用。这PDA是由因特尔xscale 270供电，拥有64mb闪存和128mb内存，它支持w-cdm通信协议，它嵌入RFID读写器支持ISO14443标准的A / B标准和ISO15693，其频率为13.56MHz。它运行windows CE 5.0 ，开发的应用程序用于安全管理。它从监督的中国石油和化学工业防爆产品测试中心Exbii BT3防爆认证，可在1区使用。只有当油罐区的空间为0时，油库中的任何地方都可以用PDA了。
采用Landwell公司的RFID标签EM信息系统，其频率为13.56mhz，支持ISO标准15693.它是具有被动的、防水、防震、耐热、耐冷的金属，所以可以在户外的油库工作。因有一个孔在标签的中心处，所以可以用螺丝紧紧固定在设备上。
PDA上的运用
图2.硬件系统的组成
B.软件模块
图3描述了软件架构的信息系统。它包括4层:数据层、服务层、业务层和用户界面层。数据层是由oracle数据库和一些xml格式文件。信息系统的业务数据存储在关系数据库中。语义数据,主要包括配置数据,存储在xml格式文件。
服务层由用于支持上层一些一般的软件模块。它们被封装再利用Web服务。报告工具模块被用于数据的统计，分析和可视化。组织管理模块负责添加，删除，修改和使用该系统的查询的组织。菜单管理模块用于管理功能菜单和一些系统的内容。用户管理模块为用户认证和访问控制。登录模块提供基于秩日志服务。
日常工作mngt
工作管理许可
检验管理
文件系统
数据库
组织管理
菜单管理
用户管理
标志
报告接口
UI功能
PDA接口
数据层
服务层
业务层
UI层
报告工具
图3.系统软件结构的组成
业务层实现了系统的三个管理功能,已在第二节中详细解释。
UI层提供了系统的用户界面,研发PDA本机应用程序,企业管理的接口函数和数据分析的可视化界面。信息系统的两个网页示于图4和图5。
图4.工作许可证的统计数据
图5.日常工作的监视过程
IV.概要
- 安全管理系统中的应用
基于物联网的安全管理信息系统已经在2个储油库(在南京的三井口油库和在宁波的北仑油库)中运行了8个月。24 pda和aboult 100 RFID标签部署在两个石油部门。它已经收集了20块的工作许可数据和472块常规工作数据。该系统自投入使用以来一直稳定可靠,为公司提供安全管理支持。
B.结论
基于物联网的油库安全管理信息系统如本文中描述。它具有以下独特的特点:(1)采用物联网技术监督日常工作的过程中,防止违反行为的发生;(2)RFID标签和pda用于工作管理许可,以确保现场海选进行;(3)介绍了物联网技术体系,确保检验的质量。
管理信息系统在两个油库中被运用了8个月，并为公司提供了安全管理支持。在中国因为有成千上万的油库，管理信息系统具有显著的广阔应用前景。
安全管理是石化行业的一个关键问题。物联网技术提供了监控并与之交互的能力，所以它是对安全管理是非常有益的。在未来，我们将在安全管理更复杂的情况下，运用物联网技术去探索发现，如石油领域。
参考文献
[1] Cao Zeyu, Geng Guanghui, Song Shengkui, “Views on the Methods to
Investigate Accidents of Oil D
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资料编号：[147310]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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