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超高频射频识别技术在危化品气瓶监管中的应用研究

发布时间:2012年06月28日 来源:条码与信息系统2012第3期 作者:中国物品编码中心广东分中心 耿靖松 段新颖

1 引言

危化品气瓶广泛应用于生产和生活的各个领域,大都具有很强的腐蚀性或者易燃、易爆的特性,对周围的环境和接触它的人具有很大的威胁。超高频射频识别技术,识读距离达到6 米以上,因具有能一次性读取多个标签、穿透性强、可多次读写、数据的记忆容量大,无源电子标签成本低,体积小,使用方便,可靠性高和寿命长,可以在车辆或其它被标识的物体高速运动的情况下工作、耐受户外恶劣环境等特点,得到了世界各国的重视,已经被广泛应用于仓储、运输、配送等物流供应链环节。运用射频识别技术对危化品气瓶进行管理在国内外已有不少较成功的先例。国外的德国汉堡、韩国首尔都已成功实施。国内的上海、四川、山东等部分地区也已应用,但是都是采用高频电子标签(HF RFID),存在识读距离短,读取速度慢、一次只能读取一个标签等缺陷,不能满足实际应用需求。本文在研究危化品气瓶编码标识的基础上,对危化品气瓶超高频电子标签设计、选型安装以及电子标签应用管理中的操作、处理等进行了研究。

2 危化品气瓶编码标识

危化品气瓶编码标识是实现射频识别技术、尤其是超高频射频识别技术在危化品气瓶动态管理中应用的基础和前提。危化品气瓶唯一的身份标识,应用于气瓶充装、检验、配送等全生命周期跟踪管理。

根据我国有关规定本应用的危化品气瓶编码标识代码采用12位特征组合码,排列顺序从左至右依次为:一位气瓶品种代码,二位省级行政区划代码,三位使用单位代码,六位排序代码。气瓶唯一标识代码的各特征码依次连接,其表示形式如图1所示。

气瓶品种代码表示不同制造形式或适用于充装不同介质的气瓶类别的代码。气瓶类别代码的编码应符合国家质量监督检验检疫总局特种设备监察局颁布的《气瓶使用登记管理规则》(TSG R5001-2005)规定,其表示方法如表1所示:

表1 气瓶品种代码

气瓶类别

代码

无缝气瓶(小瓶应用)

1

焊接气瓶(本次大瓶应用)

2

液化石油气瓶

3

溶解乙炔气瓶

4

车用气瓶

5

低温绝热气瓶

6

 

省级行政区域代码是指气瓶使用单位所在地区的省级行政区划数字代码,依据GB/T 2260-2007《中华人民共和国行政区划代码》确定。使用单位代码由省级气瓶监管部门统一确定分配,采用3位数字代码。排序代码由使用单位对拥有气瓶申报登记并进行顺序编号,从“000001”排至“999999”,不足六位的应在数字前加零,当气瓶总数超过999999只时,则将第一位数编为英文数字“A”,如第100万只的编号为A00000。如广东气瓶监管部门给出的单位编号为“001”的某气瓶使用单位,申报登记通过的第2369号无缝液氯气瓶,其气瓶的标识代码为:244001002369。

3危化品气瓶超高频电子标签设计

3.1 设计要求

鉴于危化品气瓶金属材质的特点,在封装设计时进行,要使气瓶超高频电子标签具备防金属性,针能屏蔽金属气瓶对电磁波的特性,超高频电子标签的封装需要进行特殊处理,使标签的谐振频率同读写器发出的电磁波频率相一致,达到电磁耦合的效果。

由于磁性材料的特殊性,可能导致电子标签的谐振点发生漂移,造成标签芯片不能正常与读写器通信。因此,进行气瓶超高频电子标签封装设计时,在保证磁性材料的导磁率和磁饱和度的基础上,要实现电子标签频率漂移程度的可控性,以保证电子标签能够被正确识读。

危化品气瓶的工作环境通常较为恶劣,为了保证电子标签在气瓶正常运输、存储的过程中不被损坏,气瓶专用的电子标签还必须适应气瓶的弧度,具有牢固嵌入,防碰撞,耐高温,防燃防爆和抗酸碱等特性。

无论是在新危化品气瓶,还是在旧的危化品气瓶改造安装超高频电子标签,都要求安装方式简单,且可以牢固地固定在危化品气瓶上,以满足大规模应用的需要。

此外,为了保证监管的准确性,每个电子标签与气瓶存在一一对应的关系,因此,必须确保当标签被剥离即受到物理损坏时,不能被转移到另一个气瓶上使用,在进行电子标签设计时,应充分考虑电子标签嵌入技术,达到标签的防转移目的,保证一个气瓶对应一个电子标签。

3.2 选型和安装

如何选择超高频电子标签的规格、尺寸、材料以及安装方式,是超高频电子标签应用的关键问题,危化品气瓶工作环境较为恶劣,以电化厂应用超高频电子标签为例,气瓶用超高频电子标签选型必须满足耐酸碱腐蚀、防燃防爆、耐油污、抗振动、易安装、防拆卸、使用期限10年以上等危化品气瓶超高频电子标签设计要求,因此,危化品气瓶超高频电子标签的选型与安装不应分割开来,而应综合考虑上述因素,确定标签选型方案和安装方式。目前,危化品气瓶较为理想的安装位置是气瓶底部的内表面区域,以避免气瓶在充装、运输、搬运过程中损坏标签,表1给出了几种超高频电子标签选型方案和安装方式,危化品气瓶应用用户可根据实际的要求灵活选择选型方案。

表1 危化品气瓶用超高频电子标签选型方案

标签类型

内存

规格尺寸

安装方式

读取距离

安装示意图

超高频金属螺母电子标签

 

ф23×9mm(标签: ф21×3mm) ,可定制不同规格

螺母固定

 

固定式读写器2米(输出30dBm基准),手持式读写器 0.5米(输出28dBm基准)

 

PCB抗金属标签

96Bits可扩展至480Bits

35×13×2.8mm,安装孔位置和大小可定制

铆钉和背胶固定

固定式读写器4米(输出30dBm基准)手持式读写器 1.5米(输出28dBm基准)

ABS抗金属标签1

96Bits可扩展至480Bits

15×1.3×0.8cm,外形及大小可定制,定制成凸弧形

强力胶粘贴到物体表面

固定式读写器5米(输出30dBm基准)手持式读写器 1.8米(输出28dBm基准)

ABS抗金属标签2

96Bits可扩展至480Bits

15×1.3×0.8cm,外形及大小可定制,定制成凹弧形

强力胶粘贴到物体表面

固定式读写器5米(输出30dBm基准)手持式读写器 1.8米(输出28dBm基准)

 

3.3 操作和处理

危化品气瓶超高频电子标签的操作和处理通常包括充装、检验等操作环节,通常的做法是以电子标签为载体,将满足特殊设计要求的超高频电子标签与危化品气瓶一一绑定,使每个气瓶拥有统一的编码标识,再结合标签状态信息,准确记录气瓶检验、充装等环节产生的数据信息,并通过网络系统输入数据库,实现对其进行跟踪、统计、分析、监控等管理目标。

3.3.1 充装操作和处理

充装操作和处理涉及气瓶充装前检验、充装和入库交接。充装前,充装工作人员进行充装前检验操作,检查气瓶是否已经存在标签,检查气瓶标签是否可以读写,检查标签是否已经绑定以及气瓶是否处在待检验状态。如果标签尚未绑定,进入标签绑定功能,读取标签,输入气瓶唯一标识,检索气瓶信息,完成气瓶绑定操作;如果充装前气瓶处在待检验状态,则开始充装前检验;否则根据各站点的状态分布,判断气瓶现在应该在哪个站点,与站点负责人联系,通过固定或手持设备处理气瓶状态,直到气瓶的状态为充装前待检验,完成充装前检验的操作和处理。在确定气瓶已经存在标签,标签可以读写,标签已经绑定的基础上,充装站工作人员进行气瓶充装操作,使用固定或手持设备读取标签,如果气瓶是待充装状态,开始充装;固定或手持终端会对合格的气瓶自动做出新的数据记录,如充装日期、充装总量、操作人员等等信息。如果气瓶不是待充装状态,则退给充装前检验,直到气瓶的状态为待充装。充装站工作人员进行气瓶入库交接操作时,使用固定或手持设备读取标签,如果气瓶是待入库状态,开始入库;否则根据各站点的状态分布,判断气瓶现在应该在哪个站点,与站点负责人联系通过固定或手持设备处理气瓶状态,直到气瓶的状态为待入库。

3.3.2 检验操作和处理

检验操作和处理涉及气瓶的检验和报废。气瓶进入检验站时,在确定气瓶已经存在标签,标签可以读写,标签已经绑定的基础上,检验站工作人员进行气瓶检验操作,使用固定或手持设备读取标签,如果气瓶是待检验状态,开始检验,对于仍在使用年限内的气瓶进入检验流程,检验项目依据具体要求规定进行。否则根据各站点的状态分布,判断气瓶现在应该在哪个站点,与站点负责人联系,通过固定或手持设备处理气瓶状态,直到气瓶的状态为待检验;如果设备识别出该气瓶已超出使用年限,系统自动报警,工作人员将对其进行报废操作和处理。检验结束后,形成检验项目、结论数据库信息,并把主要信息写入到RFID 标签中。

4 结束语

在危化品气瓶监管中采用超高频电子标签(RFID)技术,能够克服危化品气瓶监管中采用高频电子标签识读距离短,读取速度慢,一次只能读取一个标签等问题,将会大大提高气瓶监管的盘点效率,提高气瓶使用企业和充装站等单位的工作效率及信息化水平,进而推动电子标签技术在危化品气瓶监管中的规模化应用,最大限度地控制和消除气瓶充装、运输和使用过程中的安全隐患,维护人民群众和社会公共安全。

 

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