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储气钢瓶射频标识监管解决方案

作者:力锋电气有限公司 来源:RFID世界网 2007-12-28 11:26:42

摘要:金属环境下的射频标识(亮点)目前在相似系统中(采用13.56MHz的射频识别技术),必须将钢瓶标签通过非屏蔽结构支撑,使其较为远离钢瓶外壁,并辅之以铁氧体屏蔽手段才能实现正常读写。而在我们的系统中完全没有这个必要,所有直接固定在外壁上的标签,均可被正常认证和读写,连接十分可靠。

关键词:钢瓶[0篇]  储气瓶[0篇]  不垫高[0篇]  125KHZ[1篇]  13.56MHZ[0篇]  RFID[132篇]  监督[0篇]  

选择运用正确的射频标识技术,是本项目能够成功的关键。目前国内市场上虽然有多家射频标识基础技术供应厂商,但在产品的标准化程度,技术先进性和市场占有率上名列前茅的主要是:Philips、TI和Siemens三家。在诸多射频标识技术中Philips的Hitag®技术是Philips公司于1996年发布的较为先进的一种面向工业应用的技术,也是目前欧洲相似应用所使用的技术类型。 

Hitag®的载波频率为125KHz,采用优秀的调制解调方式,使得其特别适合应用于金属环境中。此外,Philips还对我们提供了强大的底层硬件方面的技术支持,使我们能直接应用其射频ASIC芯片,通过底层的优化手段来优化钢瓶这一特殊恶劣环境的射频性能。经过努力,我们的射频读写单元在对固定在钢瓶上的标签进行射频认证和读写操作时,工作稳定可靠,达到了非常满意的效果。尤其值得一提的是,目前在相似系统中(采用13.56MHz的射频识别技术),必须将钢瓶标签通过非屏蔽结构支撑,使其较为远离钢瓶外壁,并辅之以铁氧体屏蔽手段才能实现正常读写。而在我们的系统中完全没有这个必要,所有直接固定在外壁上的标签,均可被正常认证和读写,连接十分可靠。  
储气钢瓶射频标识监管系统,便是一个运用先进射频标识(RFID)技术,结合微电子技术、计算机技术、网络技术和自动控制技术,对储气钢瓶(压力容器)进行全程跟踪管理和控制的解决方案平台。 整个系统由技术监管子系统、发行管理子系统、充装管理子系统和检验管理子系统四个子系统构成。 

技术监管子系统 

建设部署在质量技术监管部门的行政管理平台之上,主要职能是制定整个系统的管理政策和技术基准,对来自其它子系统的数据进行统计分析,为技监的行政管理工作提供支持。 

发行管理子系统 

可根据需要灵活地安装部署在各种场所,其主要职能是对数量巨大的储气钢瓶射频标签提供发行制作和检测支持。 

充装管理子系统 

建设部署在储气钢瓶的充装现场,其主要职能是根据钢瓶射频标签记载的数据和监管部门制定的充装标准数据,对初期钢瓶的充装过程进行自动控制。 

检验管理子系统 

建设部署在定点检验机构内,主要职能是对钢瓶检验提供电算化支持,并对钢瓶标签实现检验数据的写入。 

相关技术领域国内外发展现状、趋势: 

储气钢瓶标识技术不同于一般药品、饮料等容器的标识技术,主要表现在两个方面: 

第一、   储气钢瓶一般均安放工作于温度、湿度、脏污度、电磁等环境条件非常恶劣的工业现场,因此传统的条码、磁性和接触式标识技术很难有用武之地; 

第二、   为抗瓶内高压(或负压),储气钢瓶一般均为钢质容器,因此常规的13.56MHz载频的射频标识技术应用效果也很不理想;因此这一领域,一直是智能标识技术的空白领域。因为难以实现对钢瓶个体进行智能标识,目前国内的钢瓶充装管理一般只能停留在重量/流量自动控制的水平。 

目前少数国外发达国家如德国,已经采用智能射频标签(Philips的Hitag®技术)对钢瓶进行充装及跟踪管理,充装设备能够依据固定在钢瓶上的射频智能标签记载的信息,自动决定安全科学的充装参数,对于不合格钢瓶或非法钢瓶,能够自动拒绝充装,从而较好地解决了一直困扰着技术监管职能部门的老大难问题,是目前进行钢瓶技术监管最为有利的高技术手段。但这些现场控制系统只能适用于流水线式充装设备上使用,完全不适用于国内广泛分布和存在的手工/半手工的充装模式,且每枪造价高达4000美元。 

系统技术指标 

Ø         实现钢瓶全寿命中的跟踪管理; 

Ø         实现对充装检验数据的统计分析 

Ø         杜绝无合法标识的钢瓶充气使用; 

Ø         杜绝已经超过报废年限的钢瓶继续充气使用; 

Ø         防止未按规定年检的钢瓶充气使用; 

Ø         拒绝非某一气站所属的钢瓶在该气站充装; 

Ø         防止抽检不合格的钢瓶的充气使用; 

Ø         拒绝非本技术监管范围内的钢瓶充气使用; 

Ø         合法钢瓶按照充装标准自动充装,防止过充装,也杜绝短斤少两; 

Ø         自动记录丰富的充装全过程数据,实现气站的信息化管理; 

Ø         提供充装过程的全过程重量和状态显示,有利于过程的更好监控; 

Ø         自动在钢瓶智能标签上留下充装记录,便于技监部门抽检分析; 

Ø         实现自动去除枪重扰动的去皮功能,极大地提高了充装精度。 

Ø         实现操作人员持证登录上岗管理,降低非法操作隐患; 

Ø         大大降低充装人员劳动强度,减少人力成本。 

智能充装控制器 

射频协议              ——       Hitag® 

工作载频              ——       125KHz 

支持TAG              ——       HT1,HT2,HTS 

感应距离              ——       不小于15cm 

网络协议              ——       CAN2.0B,网速不小于62500bps 

重量传感器            ——       标准六线,四线,RS485仪表由用户可选 

量程                  ——       199.99KG 

分度数目              ——       20000个 

模数位宽        ——   16位,支持用户定制24位(本项只在选用标准四线或六线传感器时有效) 

仪表接口        ——    RS485协议,最高速率115200bps()(本项只在选用RS485仪表时有效) 

驱动接口       ——       2路1A电子开关,支持驱动3位两通型电磁阀 

存储能力       ——       非挥发存储1024笔充装记录,2048条黑名单 

安全标准       ——       GB3836 .1,GB3836 .2/ GB3836 .4 

体积           ——       170x80x30(mm) 

重量           ——       不大于800 g 

移动式读写器 

射频协议              ——       Hitag® 

工作载频              ——       125KHz 

支持TAG              ——       HT1,HT2,HTS 

感应距离              ——       不小于10cm 

通讯接口              ——       红外线,USB,RS232 

电源                     ——       高能锂离子电池,支持待机72小时。 

体积                     ——       130x70x50 

重量                     ——       300g 

标准RFID读写器 

射频协议              ——       Hitag® 

工作载频              ——       125KHz 

支持TAG              ——       HT1,HT2,HTS 

感应距离              ——       不小于15cm 

通讯接口              ——       USB,RS232 

电源                     ——       专用DC9V适配器 

重量                     ——       700g 

专用通讯协议转换器 

通讯协议              ——       RS232,CAN2.0B 

电源                     ——       专用DC9V适配器 

体积                     ——       87x96x27(mm) 

重量                     ——       300g 

(产品均为公司自主研发生产) 

金属环境下的射频标识(亮点) 

选择运用正确的射频标识技术,是本项目能够成功的关键。目前国内市场上虽然有多家射频标识基础技术供应厂商,但在产品的标准化程度,技术先进性和市场占有率上名列前茅的主要是:Philips、TI和Siemens三家。在诸多射频标识技术中Philips的Hitag®技术是Philips公司于1996年发布的较为先进的一种面向工业应用的技术,也是目前欧洲相似应用所使用的技术类型。Hitag®的载波频率为125KHz,采用优秀的调制解调方式,使得其特别适合应用于金属环境中。此外,Philips还对我们提供了强大的底层硬件方面的技术支持,使我们能直接应用其射频ASIC芯片,通过底层的优化手段来优化钢瓶这一特殊恶劣环境的射频性能。经过努力,我们的射频读写单元在对固定在钢瓶上的标签进行射频认证和读写操作时,工作稳定可靠,达到了非常满意的效果。尤其值得一提的是,目前在上海的相似系统中(采用13.56MHz的射频识别技术),必须将钢瓶标签通过非屏蔽结构支撑,使其较为远离钢瓶外壁,并辅之以铁氧体屏蔽手段才能实现正常读写。而在我们的系统中完全没有这个必要,所有直接固定在外壁上的标签,均可被正常认证和读写,连接十分可靠。 

技术风险分析 

防爆性能如果不足 

本项目的应用环境是非常易燃易爆的危险场所,如果设备的防爆安全设计存在隐患或裕度不足,都有可能发生非常严重的安全事故。这也许是本项目技术工作的最大风险。 

力锋非常谨慎地采用了本质安全的电路设计形式,但却有意识地降低了对自己的这一安全标准的定位,把它按照非本安型设备来对待,辅之以环氧树脂浇封的防爆加固形式,力求万无一失。同时,在对待进场设备的问题上,采取了非常严谨认真的态度,所有设备必须依法取得国家级防爆合格证才能进场。 

金属环境导致射频性能下降 

金属环境的影响导致对钢瓶上固定的射频标签的认证读写产生不可靠现象,是可能存在的风险。但是由于采用的是全球RFID领导厂商之一的Philips公司的Hitag®技术,这种风险被降低到最小, 

主要原因是: 

首先,Hitag®的射频载频为125KHz,在金属环境中进行读写具有非常良好的先天优势。而目前载频为13.56MHz的其它射频标识技术(如Mifare®),在金属环境下应用效果均很不理想; 

其次,Hitag®的标准应用模式(见Philips相关技术文档)中,钢瓶射频标签与识别便是其中之一。而且在德国已经得到了大面积应用,因此相对成熟,应用风险较小。 

本项目采用的是符合国际标准ISO15693的,非常规范、成熟和适用的工业射频标识技术——Hitag®,在项目中运用自主知识产权大胆进行了首创性质的创新,结合中国的国情进行了合理优化,对于系统中得一些标准工业部件,采用了稳妥、直接、快速的集成方法,从而形成了一个产品综合性价比出色的系统。 
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