工控机在加油IC卡工程中的应用

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系统概述
          　　中国石化加油IC卡工程是一个跨平台、范围广、涉及面宽的全国性系统建设工程。中国石化股份有限公司应对不断提高的服务需求、顺应信息化带动产业化的技术发展趋势，利用先进的电子信息技术，以IC卡为载体，实现了中国石化成品油零售系统的改造。通过工程的建设，在中国石化辖域的所有加油站内实现一卡在手，各地加油的目标。以IC卡这一现代支付工具取代传统的现金、油票等结算方式，在加油站安装加油站管理控制了系统，实现成品油零售业务的电子支付和交易数据的自动采集；提高加油站经营管理的科技含量和服务水平，从而进一步提高工作效率，降低成本，增强抵御市场风险的能力。中国石化加油IC卡工程将覆盖中国石化股份有限公司所属的20个省(自治区、直辖市、计划单列市)石油分公司，260 余个地市级公司，1300余个县级公司的25000余座加油站。
          　　中国石化加油IC卡系统在设计上采用了4层结构，即总公司级(包括中国石化管理总中心和中国石化数据交换总中心)、省级、地级以及各业务终端(包括县级管理终端、加油站、发卡网点等)。中石化在前期将整个规划为：
         
          　　系统拓朴图说明：
          　　加油站：是中国石化成品油零售业务的发生地，直接面向客户提供加油服务。
        发卡网点：为用户提供开户、发卡、充值、圈存、挂失、查询等服务。
        地级前置系统：在发卡网点和加油站与省级数据中心提供数据转发功能。
        省级数据中心：建立用户账户，进行加油卡交易的清分、清算，是业务管理和数据处理核心。
        中国石化总中心：负责对加油卡异地交易的清分和争议的仲裁，对基于加油IC卡交易系统的零售业务进行管理。
        省级管理中心：对省级石油公司所属加油站的零售业务进行管理。
        地级管理中心：对地（市）级石油公司所属加油站的零售业务进行管理。
        县级管理终端：对县级石油公司所属加油站的零售业务进行管理。
          　　系统要求
          　　整个加油IC卡工程中的25000个加油站都将配置一台管控PC做为业务终端。管控PC负责日常IC卡加油的数量和金额统计，交易票据的打印，加油机监控，每日将销售交易发往省数据中心，并将下载全国IC卡用户的账户管理信息和最新油价等。以下是管控示意图：
         
          　　加油站的管控PC起着非常重要的作用，一旦管控PC发生故障，加油站的正常运行将受到影响。中国石化的25000余个加油站分布比较分散，大部分加油站远离市中心，很多油站位于山区，一旦管控PC发生故障，维修更换会非常麻烦。因此，中国石化对管控PC的首要要求是系统的可靠性。其次，加油机通过串口与管控PC相连，加油站的加油机数目从2个到30余个不等，因此要求管控PC具有较强的功能扩展性。为了保证管控PC系统的稳定运行，中国石化选用了 Turbolinux Data Server做为管控PC的操作系统，因此要求管控PC在硬件上与Turbolinux完全兼容，并且能够流畅运行。
          　　在管控PC设备选型之初，共有10余家商用PC和工业PC厂家参与选型。经过多方比较，中石化最终将管控PC定为工业PC。工业PC在提高系统可靠性方面做了许多特殊设计，它的可靠性大大优于商用PC。商用PC结 构我们称之为大主板结构，这种结构非常不适合现场使用和维护要求。主板上集成了南北桥控制芯片等有源器件。有源器件相比于电容电阻等无源器件容易损坏。一 旦母板损坏，进行更换会非常麻烦：现场维护人员首先需要拔掉主板上的所有数据线、之后需要拔出插在主板上的所有外围卡片，如网卡，显卡等，最后需要将固定 主板的螺钉一一卸掉，才能将主板拆下。换上一个新主板还要一一重复上述过程。这样更换一个损坏的主板，需要花30分钟时间。这样长的MTBF（平均故障维 护时间）对于加油站实际使用是不允许的。另外，商用PC对系统的防震没有做特殊设计，在周围存在振动干扰的场合，很容易出现硬盘损坏和卡片跳出的故障。硬盘一旦损坏，一天的交易数据将全部丢失。
          　　相对于商用PC，工业PC在结构上做了很大改进，以下是工业PC的结构示意图：
       
         
          　　工业PC的主板做成插卡的形式，插在无源底板（passive backplane）上。无源底板上只有ISA，PCI 总线接插件以及电容电阻等无源器件，因此无源底板损坏的概率非常低，通常无更换之忧。如果主板损坏，只需要将主板拔出即可。因此系统的MTBF时间大大缩 短。此外系统的主板和外围卡有专门的固定压条，防止板卡跳出。硬盘驱动器具有硬盘避振架和减震橡胶垫，能减轻振动对硬盘的损坏。为了使工业PC能可靠工作在高粉尘环境下，在工业PC的前面入风口，具有可更换的防尘网。
          　　解决方案
          　　在决定将管控PC硬件平台定为工业PC后，中石化用对国内包括研祥在内的几家工业PC厂家进行了考察，经过多方面考察，最后工业PC最终以高质量、高性价比的特性获得中石化的信赖。
          　　在中石化的应用中，需要充分考虑加油站现场应用对管控PC的可靠性等方面要求，怎样从多方面入手增强工业PC的系统可靠度是关键，如下有几点？
          　　1. 主板
          　　工业主板是管控PC的核心，综合考虑速度和可靠性要求，同时邀请性价比高，必须采用完善的工业设计；
          　　2.RAID卡
          　　加油站的管控PC在日常使用中会涉及到大量数据保存的问题，这些数据包括油价、加油数量，加油客户数据等。一旦数据损坏，将会造成严重后果。但硬盘属于易损件，很容易因为振动、冲击等原因而损坏。为了确保系统数据的安全性。在管控PC的系统中配了一块Promise SMA RAID卡。Raid卡将两个同样规格的硬盘组成Raid 1（磁盘镜像）。这样，在一个硬盘损坏的情况下，管控PC依然能正常操作。
          　　3.工业电源
          　　市电供电不稳定是导致计算机损坏的重要原因。在郊区、农村等地，供电网存在电压过高过低或浪涌电压等情况。这会导致计算机不能启动或电源被击穿。另外，管控PC配置的电源为宽范围工业电源，在外部电压范围为85V~265V的环境下也能正常工作。
          　　4.电磁兼容
          　　电磁兼容性也是一个重要环节。电磁兼容测试包括CE,FCC等。管控PC在国家电磁测试中心达到FCC A级标准、在去年，我公司即将工控机产品交付国家电子计算机质量监督检测中心进行监测。通过了中石化IC卡加油管控机--电磁快速瞬变脉冲群抗扰度检验的A级指标。即峰值在正负2000V电压，重复频率为5KHZ的条件下工控机正常工作（国家生产许可证检测要求为正负1000V电压）。为工控机入围中石化项目做了技术指标方面的认证。
          　　5.系统的扩展性
          　　管控PC具有4个PCI槽和7个ISA槽，完全可以满足以后系统功能的扩展要求。为了保证整机的可靠性，在产品检测方面，整机出厂前还需要是进行了24小时动态烧机测试。这样保证每一台出厂的工业PC都能在恶劣环境中可靠运行。
          　　系统评价
          　　自2004年开始，中石化加油IC卡工程陆续在湖北、广西、山西等省实施。在这些省的管控PC绝大部分用的是工业PC。经过实际运行，管控PC在现场运行稳定、可靠，获得中石化的好评。