RFID在危險(xiǎn)品管理中的應(yīng)用 技術(shù)解決方案

1、RFID 在危險(xiǎn)品管理中的應(yīng)用 技術(shù)解決方案Dangerous Cargo Manage in RFID Technology Application Technical Solution二六年九月十六日V2.00本技術(shù)方案適用于所有的氣瓶、鋼瓶以及包裝的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)和全過程自動(dòng)化管理，尤其對(duì)監(jiān)控工業(yè)用瓶以及其他重要物資的流通狀態(tài)，是一個(gè)非常有效的技術(shù)方案。本方案是以危險(xiǎn)品的管理及運(yùn)輸監(jiān)控為例來說明，適合相關(guān)單位或企業(yè)的技術(shù)或工程人員閱讀。1危險(xiǎn)品管理現(xiàn)狀危險(xiǎn)品管理現(xiàn)狀本方案中的危險(xiǎn)品是指具有燃燒、爆炸、毒害、感染、腐蝕、放射性等危險(xiǎn)性的物品和物質(zhì)，這類物品在運(yùn)輸、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、使用和處理中容易造

2、成人身傷亡、財(cái)產(chǎn)損壞或環(huán)境污染，因此需要特別防護(hù)和管理。我國(guó)是僅次于美國(guó)的世界危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)大國(guó)。近幾年來，危險(xiǎn)化學(xué)品的泄露、爆炸等事故時(shí)有發(fā)生，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅，對(duì)于危險(xiǎn)品的管理問題，一直困擾著政府部門和很多企業(yè)。近幾年政府出臺(tái)了一系列行政措施，不但要求對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、保管和使用進(jìn)行嚴(yán)格管理，而且要求對(duì)盛裝的容器進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)管。但是，這種管理大部分是人工管理，缺乏可靠的技術(shù)手段，有以下幾點(diǎn)不便：1.對(duì)于流通容器的制造、檢驗(yàn)、使用等存在的安全隱患問題，無法及時(shí)加以判斷和追溯；2.容器的使用極為分散，沒有一種便利和快捷的檢查方法，政府的許多行政監(jiān)督工作都難以有效地實(shí)施；3.不便

3、于對(duì)危險(xiǎn)品容器狀態(tài)監(jiān)控，如易燃、易爆的危險(xiǎn)品要實(shí)時(shí)監(jiān)控容器的溫度；4.不便于對(duì)危險(xiǎn)品容器動(dòng)態(tài)跟蹤，以及動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)分析和信息掌控；5.不便于容器的回收管理；6.對(duì)危險(xiǎn)性極高、輻射強(qiáng)的危險(xiǎn)品，不能遠(yuǎn)距離管理；7.人工管理存在人員交接班的問題，容易發(fā)生漏檢、錯(cuò)檢現(xiàn)象；早在 2002 年國(guó)家質(zhì)檢總局就組織在上海進(jìn)行了電子標(biāo)簽在氣瓶安全監(jiān)管應(yīng)用中的研究，去年，國(guó)家質(zhì)檢總局、國(guó)家安檢總局、國(guó)家環(huán)?？偩衷诩訌?qiáng)我國(guó)危險(xiǎn)品氣瓶監(jiān)管的聯(lián)合發(fā)文中、提倡采用電子標(biāo)簽等新技術(shù)，今年上海市政府要求在 100 萬個(gè)氣瓶上使用這種技術(shù)，在今后 2 至 3 年中，上海全市 400 萬個(gè)氣瓶都將安裝電子標(biāo)簽。2危險(xiǎn)品管理系統(tǒng)概述

4、危險(xiǎn)品管理系統(tǒng)概述這個(gè)危險(xiǎn)品鋼瓶管理系統(tǒng)采用先進(jìn)的 RFID 識(shí)別技術(shù)，通常我們稱為的電子標(biāo)簽，可以解決對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品容器，即氣瓶的動(dòng)態(tài)跟蹤。首先我們?cè)诿總€(gè)氣瓶上安裝一個(gè)電子標(biāo)簽，以此作為氣瓶的唯一標(biāo)識(shí)，就像每個(gè)人有一個(gè)身份證號(hào)碼一樣，通過電子標(biāo)簽可對(duì)這個(gè)氣瓶“身份”作出準(zhǔn)確確認(rèn)。此外，氣瓶的檢驗(yàn)、沖氣、配送等動(dòng)態(tài)信息，可在電子標(biāo)簽內(nèi)進(jìn)行記錄和更新，同時(shí)保存在數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)內(nèi)，隨時(shí)提供給企業(yè)和政府監(jiān)管部門查詢。對(duì)于高危險(xiǎn)性化學(xué)品容器的運(yùn)輸，則通過電子標(biāo)簽與車載讀卡器或車載 GPS 終端的數(shù)據(jù)通訊，對(duì)這輛車裝載的危險(xiǎn)化學(xué)品氣瓶、車輛所處位置與狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)管人員通過氣瓶上電子標(biāo)簽及其建立起的計(jì)

5、算機(jī)安全監(jiān)督平臺(tái)，對(duì)不符合安全規(guī)定的氣瓶、運(yùn)輸過程中溫度報(bào)警的氣瓶和違章運(yùn)輸行為，可進(jìn)行及時(shí)干預(yù)和糾正。對(duì)于企業(yè)來說，電子標(biāo)簽里面存儲(chǔ)氣瓶的標(biāo)識(shí)號(hào)、出廠日期、報(bào)廢日期與維修記錄等信息。每當(dāng)這個(gè)氣瓶生產(chǎn)或檢測(cè)完成開始出庫時(shí)，庫存記錄中可以顯示卷標(biāo)數(shù)據(jù)（例如，標(biāo)識(shí)號(hào)、重量、測(cè)試日期及其它前筆使用狀況數(shù)據(jù)），然后讀寫通過并合格后該瓶可以出庫使用。而后，每次使用以及維修都可以進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注。這樣，煤氣罐的安全與否、使用壽命是否到期等問題就可以一目了然。利用手持式讀寫器和電子標(biāo)簽具有的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能，然后再通過傳輸?shù)接?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理中心，可以簡(jiǎn)化氣瓶檢驗(yàn)、充裝、配送等環(huán)節(jié)的操作，提高企業(yè)的工作效率。3技

6、術(shù)方案技術(shù)方案我們結(jié)合自身的技術(shù)特點(diǎn)，充分發(fā)揮 RFID 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，形成 RFID 在危險(xiǎn)品管理中的應(yīng)用技術(shù)方案，系統(tǒng)是通過遠(yuǎn)距離、非接觸采集射頻卡的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣瓶在靜止或移動(dòng)狀態(tài)下的自動(dòng)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣瓶的自動(dòng)化管理，也就等同于對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)的監(jiān)控和管理。該系統(tǒng)產(chǎn)品集計(jì)算機(jī)軟硬件、無線通訊、信息采集處理、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)通訊、傳感器等技術(shù)綜合應(yīng)用為一體，屬于先進(jìn)的危險(xiǎn)品信息采集和安全性管理的智能識(shí)別系統(tǒng)，是對(duì)危險(xiǎn)品有效監(jiān)管的重要技術(shù)手段。3.1技術(shù)原理技術(shù)原理系統(tǒng)產(chǎn)品中的識(shí)讀器 Reader 將載波信號(hào)和指令信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)送，標(biāo)簽 Tag 進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)域內(nèi)，Reader 天

7、線接收到帶有目標(biāo)識(shí)別碼的高頻加密載波信號(hào)，經(jīng) Reader 接收處理后，提取出目標(biāo)信息和目標(biāo)識(shí)別碼送到監(jiān)察主機(jī)，主機(jī)對(duì)信息處理、分析、存儲(chǔ)，然后可對(duì) Reader 發(fā)射指令信號(hào)，完成預(yù)設(shè)的系統(tǒng)管理功能，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。系統(tǒng)技術(shù)方案綜合原理圖如下：識(shí)識(shí)讀讀器器(Reader)手持終端reader業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)過過程程檢測(cè)監(jiān)察主機(jī)RS232數(shù)據(jù)庫服務(wù)器9v DC無線傳輸RS 485 USBsignal儲(chǔ)氣瓶標(biāo)標(biāo)簽簽Tag儲(chǔ)氣瓶標(biāo)標(biāo)簽簽Tag儲(chǔ)氣瓶標(biāo)標(biāo)簽簽Tag儲(chǔ)氣瓶標(biāo)標(biāo)簽簽Tag儲(chǔ)氣瓶標(biāo)標(biāo)簽簽Tag儲(chǔ)氣瓶標(biāo)標(biāo)簽簽Tagsignalsignalsignalsignalsignal無線傳輸接接收收

8、氣氣瓶瓶檢檢驗(yàn)驗(yàn)氣氣瓶瓶管管理理氣氣瓶瓶出出庫庫物物流流運(yùn)運(yùn)輸輸入入庫庫充充氣氣氣罐車運(yùn)輸車標(biāo)標(biāo)簽簽Tag傳傳感感器器sensorPDA(Reader)隨車人員通過GPRS實(shí)時(shí)傳回監(jiān)控中心危危險(xiǎn)險(xiǎn)品品管管理理系系統(tǒng)統(tǒng) 技技術(shù)術(shù)方方案案圖圖方案圖補(bǔ)充說明：系統(tǒng)中的氣瓶是統(tǒng)稱，也包括盛裝危險(xiǎn)液體化學(xué)品的鋼瓶及其他危險(xiǎn)品的包裝；系統(tǒng)也適合單獨(dú)對(duì)車裝載的危險(xiǎn)化學(xué)品鋼瓶或其他危險(xiǎn)品包裝進(jìn)行監(jiān)控和管理，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求可重組，具有很強(qiáng)的靈活性；標(biāo)簽上可接溫濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)液體或氣體溫度、重要包裝溫濕度的監(jiān)察；標(biāo)簽上可接 LED 燈和超聲波發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣瓶或包裝的“精確實(shí)時(shí)定位” ，定位精度可達(dá)

9、空間三維 5 厘米內(nèi)。系系統(tǒng)工作流程描述：統(tǒng)工作流程描述：每個(gè)氣瓶擁有唯一識(shí)別號(hào)，由氣瓶收發(fā)部門把外部送來的鋼瓶送到檢驗(yàn)部門進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后把電子標(biāo)簽不可逆性粘貼在氣瓶上，并通過移動(dòng)終端對(duì)氣瓶標(biāo)簽信息進(jìn)行識(shí)別和數(shù)據(jù)寫入，然后通過計(jì)算機(jī) USB 口把數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫管理中心；對(duì)于新采購的鋼瓶，則由檢驗(yàn)部門直接粘貼電子標(biāo)簽，從而通過手持式閱讀器上傳數(shù)據(jù)；即接收和檢驗(yàn)氣瓶環(huán)節(jié)。政府或企業(yè)為了能清晰的了解每個(gè)鋼瓶的情況，便于有效的管理，在氣瓶充裝前進(jìn)行再次檢驗(yàn)掃描閱讀輸入數(shù)據(jù)庫核查，既管理氣瓶環(huán)節(jié)。當(dāng)氣瓶進(jìn)行充裝氣體（液體）后，將充裝信息包括充裝介質(zhì)、重量、有效期等通過Reader 上傳到中央數(shù)據(jù)庫進(jìn)

10、行管理，既充氣(液)環(huán)節(jié)。在充裝結(jié)束后由入庫，發(fā)貨時(shí)由物流人員掃描標(biāo)簽并寫入此氣瓶要送達(dá)的客戶、目的地以及發(fā)貨時(shí)間等信息，上傳至數(shù)據(jù)庫中心，即入庫和出庫環(huán)節(jié)。在配送的過程中，隨車人員通過移動(dòng)終端可了解氣瓶的狀態(tài)參數(shù)，返回后可把移動(dòng)終端存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)上傳中央數(shù)據(jù)庫，另外，監(jiān)控中心通過 GPRS 也可實(shí)時(shí)了解氣瓶的所在位置、狀態(tài)等情況，即物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)。3.2技術(shù)系統(tǒng)組成技術(shù)系統(tǒng)組成3.2.1硬件組成硬件組成硬件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控管理部分三部分。系統(tǒng)包括以下設(shè)備：RFID 硬件系統(tǒng)（包括固定式讀寫器 READER、移動(dòng)式 READER、標(biāo)簽 TAG、天線、支架）；溫度或濕度傳感器；

11、車載 GPRS 終端；報(bào)警器；不間斷電源；3.2.2軟件組成軟件組成危險(xiǎn)品管理系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)、移動(dòng)計(jì)算機(jī)組成的具備數(shù)據(jù)檢測(cè)及采集、溫度檢查與采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、信息檢索等多功能的綜合計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)監(jiān)察，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)， 標(biāo)簽 Tag 管理，數(shù)據(jù)查詢，系統(tǒng)維護(hù)，系統(tǒng)退出等模塊組成。危險(xiǎn)品數(shù)危險(xiǎn)品數(shù)據(jù)管理系據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)察數(shù)據(jù)監(jiān)察數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)存儲(chǔ)標(biāo)簽標(biāo)簽 TAG管理管理數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)維護(hù)系統(tǒng)維護(hù)系統(tǒng)退出系統(tǒng)退出數(shù)據(jù)監(jiān)察模塊主要是對(duì)采集上來的的數(shù)據(jù)與合法數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如氣瓶到報(bào)廢日期，氣瓶到檢測(cè)周期，容器里物品錯(cuò)裝，危險(xiǎn)品的溫度超標(biāo)，運(yùn)輸路線錯(cuò)誤等，

12、以便對(duì)不合法的數(shù)據(jù)予以及時(shí)記錄和控制。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)模塊主要是對(duì)氣瓶標(biāo)識(shí)號(hào)、出廠日期、報(bào)廢日期、維修記錄、內(nèi)裝物品屬性、客戶信息、物流信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總和存儲(chǔ)，并按照指定格式報(bào)表。標(biāo)簽 Tag 管理模塊是管理整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè) Tag 的發(fā)行、回收和維護(hù)工作。管理項(xiàng)目包括：Tag 的信息瀏覽；Tag的定位管理；Tag 發(fā)行管理；Tag 回收管理；Tag 黑名單管理；數(shù)據(jù)查詢模塊主要是完成通過各種條件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和匯總的功能。如檢索指定標(biāo)簽識(shí)別碼所對(duì)應(yīng)的各種信息。系統(tǒng)退出模塊是完成退出后再次對(duì)人員的身份校驗(yàn)以及準(zhǔn)備退出前各種數(shù)據(jù)庫的關(guān)閉及未保存數(shù)據(jù)的保存工作。3.2.3系統(tǒng)安裝及使用系統(tǒng)

13、安裝及使用1.把標(biāo)簽粘貼在檢驗(yàn)后的氣瓶或包裝上；2.將帶有溫度傳感器的電纜與電子標(biāo)簽進(jìn)行連接，構(gòu)成一個(gè)整體（簡(jiǎn)稱“溫度無線傳感標(biāo)簽”） ，并粘貼在需要檢測(cè)溫度的氣瓶上； 3.主機(jī)上安裝管理信息系統(tǒng)；4.在需要的業(yè)務(wù)過程通道口布置固定式識(shí)別器（Reader） ，并與主機(jī)通過 RS232 串口聯(lián)機(jī)。操作人員手持移動(dòng)式識(shí)別器；5.將移動(dòng)式識(shí)別器（Reader）與車載 GPRS 建立數(shù)據(jù)通訊；6.當(dāng)監(jiān)測(cè)人員接近標(biāo)簽點(diǎn)（3-10 米范圍內(nèi)）時(shí)，手持終端接收到電子標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)，自動(dòng)記錄下電子標(biāo)簽的 ID、當(dāng)前時(shí)間、溫度數(shù)據(jù)。手持終端內(nèi)總共可以保存 3000 條數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)記錄可以保存 10年以上不丟失

14、。監(jiān)測(cè)人員也可查詢指定標(biāo)簽的信息。7.在上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中安裝并運(yùn)行巡更管理軟件，手持終端中的標(biāo)簽 ID、數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)，采集時(shí)間，溫度數(shù)據(jù)等信息?？赏ㄟ^無線數(shù)據(jù)接收機(jī)或 USB 接口直接寫到主機(jī)數(shù)據(jù)庫中。8.監(jiān)測(cè)人員可根據(jù)采集到的標(biāo)簽 ID 在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中查詢到對(duì)應(yīng)氣瓶的一切信息和狀態(tài)。3.3技術(shù)方案特點(diǎn)及比較技術(shù)方案特點(diǎn)及比較表 4-4 技術(shù)方案能力比較表序號(hào)項(xiàng)目人工檢測(cè)與管理RFID 自動(dòng)檢測(cè)備注1.設(shè)備初期投入低高2.檢測(cè)管理工作復(fù)雜簡(jiǎn)單3.循檢一遍花費(fèi)時(shí)間極長(zhǎng)短4.檢測(cè)操作成本極高低5.操作穩(wěn)定性極不穩(wěn)定穩(wěn)定6.實(shí)時(shí)溫度等參數(shù)檢測(cè)很難實(shí)現(xiàn)非常方便特別是緊急狀態(tài)7.檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較低高

15、8.擴(kuò)展性無非常高系統(tǒng)規(guī)模變化9.數(shù)據(jù)保密性低極高10.氣瓶檢測(cè)數(shù)量限制有無11.故障自檢能力無有技術(shù)方案顯著特點(diǎn)：技術(shù)方案顯著特點(diǎn)：無線傳輸，解決了極為分散使用的氣瓶不便于檢測(cè)的問題，特別適應(yīng)組網(wǎng)需求；在氣瓶在流通過程中的安全隱患問題，可及時(shí)加以判斷和追溯；使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化管理，檢測(cè)歷史數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)，便于后期管理；解決了由于人工檢測(cè)存在的漏檢和錯(cuò)檢的現(xiàn)象；維護(hù)成本低，不易損壞，為企業(yè)節(jié)約開支；維修簡(jiǎn)單，可以在系統(tǒng)運(yùn)行條件下更換部分配件，不受環(huán)境限制。4應(yīng)用難點(diǎn)及解決應(yīng)用難點(diǎn)及解決本方案中所涉及的安裝電子標(biāo)簽的對(duì)象物品，氣瓶、化學(xué)物品運(yùn)輸罐都是金屬材料，一般來說，金屬類材料上很難使用電子標(biāo)

16、簽，由于閱讀器與應(yīng)答器（電子標(biāo)簽）間產(chǎn)生的磁通量會(huì)在金屬表面感應(yīng)渦流，而渦流對(duì)閱讀器的磁場(chǎng)起反作用（楞次定律） ，致使金屬表面上的磁場(chǎng)進(jìn)行強(qiáng)烈的衰減，所以金屬材料對(duì)電波具有屏蔽作用，貼在金屬品上的電子標(biāo)簽很難接受讀寫器發(fā)來的電波，影響 RFID 的正常工作。針對(duì)這種情況一般采用下面幾點(diǎn)解決：1.采用有源主動(dòng)高頻電子標(biāo)簽，能夠主動(dòng)全向發(fā)射電波，與被貼材料性質(zhì)無關(guān)，且發(fā)射功率較大。2.普通電子標(biāo)簽與金屬表面間插入一種高磁導(dǎo)率的磁性材料，通常的做法是把磁性材料與電子標(biāo)簽做成一體，從而形成防金屬電子標(biāo)簽。防金屬電子標(biāo)簽的應(yīng)用系統(tǒng)一般采用被動(dòng)式 RFID 射頻識(shí)別技術(shù)（即防金屬電子標(biāo)簽是無源的） ，當(dāng)閱

17、讀器遇見 RFID 電子標(biāo)簽時(shí)、發(fā)出電磁波、周圍形成電磁場(chǎng)，RFID標(biāo)簽從電磁場(chǎng)中獲得能量激活標(biāo)簽中的微芯片電路、芯片轉(zhuǎn)換電磁波、然后發(fā)送給閱讀器，閱讀器把它轉(zhuǎn)換成相關(guān)數(shù)據(jù)，上位機(jī)采集到這些數(shù)據(jù)就可以處理這些數(shù)據(jù)從而進(jìn)行管理控制。如圖： 防金屬電子標(biāo)簽3.改變電子標(biāo)簽的天線設(shè)計(jì)技術(shù)。一般的電子標(biāo)簽放在金屬表面上時(shí)，穿過標(biāo)簽上的天線的磁力線是與金屬表面垂直的，穿過金屬的磁力線在金屬上產(chǎn)生渦流，因此損耗了大量能量，導(dǎo)致金屬對(duì)電波產(chǎn)生了屏蔽作用。我們把改變金屬上使用的電子標(biāo)簽上天線，設(shè)置方向使得磁力線的方向平行于金屬表面。如圖： 5技術(shù)特點(diǎn)及比較技術(shù)特點(diǎn)及比較我們的 RFID 和短程無線通訊設(shè)備就選擇了 2.4GHz 波段，采用 2.42.4835 GHz 的 ISM 頻段具有充分法律保證，而在我國(guó)沒有制定短程無線通訊的相關(guān)頻段規(guī)范的現(xiàn)實(shí)情況下，采用 2.4Ghz 頻段沒有政策風(fēng)險(xiǎn)。表 5.1 技術(shù)參數(shù)表序號(hào)特性名稱特性說明備注1.識(shí)別距離遠(yuǎn)距離（2 80 米 ）可調(diào)2.識(shí)別能力同時(shí)識(shí)別 200 個(gè)目標(biāo)