車載氣瓶電子標簽標識及其安全監管信息服務系統解決方案

一、前言

我國是僅次于美國的世界危險化學品生產和應用大國，目前，全國包括石油液化氣、天然氣在內，擁有各類危險化學品氣瓶達一億多個，其中擁有充裝液化石油氣和天然氣的車載氣瓶，遍布出租車、公共汽車、線路車和私家車。

按照國家質監總局《氣瓶安全監察規定》第二十七項要求，充裝單位應在氣瓶上采用永久性標識來對產權氣瓶建檔，由于氣瓶原始鋼印號目前存在編碼規則不統一、編碼有重復等情況，因此2004年國家質量監督檢驗檢疫總局下發《關于氣瓶普查整治工作抽查辦法的通知》，要求逐步推廣氣瓶使用電子標簽標識；2005年8月17日，國家質量監督檢驗總局、國家安全生產監督管理總局和國家環境保護總局聯合頒發的《關于發展危險化學品氣瓶安全專項檢查整治工作的通知》中，明確要求各充裝單位切實落實各項安全管理制度，采用電子標簽等信息化手段對氣瓶實施安全管理。

二、    解決方案

本項目的建設在總體技術上將分解成二個部分。第一是系統平臺的建設部分；第二是電子標簽、讀寫器和應用系統的實施部分。

2.1 項目建設目標

本項目主要建設目標是：

1、針對氣瓶行業對電子標簽、讀寫設備選型，完成車載氣瓶電子標簽標識。

2、建設面向政府和社會安全監管部門的車載氣瓶安全監管系統平臺。

3、為車載氣瓶充裝企業、檢驗機構提供給與電子標簽的安全生產管理系統。

4、為實現車載氣瓶電子標簽標識管理提供技術保證。

2.2 項目內容

本項目緊密結合氣瓶安全監管信息服務系統建設需要，主要項目內容包括：

1、根據車載氣瓶行業特點，確定電子標簽、讀寫器的選型；

2、車載氣瓶安全監管信息服務平臺建設，包括：數據中心平臺、信息服務平臺、電子標簽簽發子平臺、氣瓶充裝、檢驗數據采集與交換子平臺的建設；

3、應用系統實施。環繞系統平臺和各子平臺的建設，組織相關應用軟件布置實施。

2.3 技術特點與工藝路線

2.3.1 氣瓶電子標簽特點

車載氣瓶電子標簽產品特性包括防金屬屏蔽材料和防頻點漂移材料的選型、防轉移粘貼和合金ABS材料外殼封裝形式等。

諧振頻率： 13.80MHz±0.2MHz；

工作場強：不低于1.5A/m；

感應距離：不小于4cm；

讀寫次數 ≥10,000次

工作溫度：-20℃— +80℃；

儲存溫度：-40℃— +120℃。

2.3.2 讀寫器產品特點

本項目采用符合在危險場合中使用的防爆型電子標簽讀寫器，支持ISO/IEC15693通信協議，內含SAM卡模塊，采用折疊型天線，可方便在氣瓶瓶體表面狹小空間內操作。

工作頻率 13.56MHz±7KHz；

工作場強 1.5A/m——7.5A/m；

防爆性能 符合ExibⅡCT4。

無線電干擾 符合GB9254 A級干擾極限要求；

輻射干擾 符合GB/T17626.4 要求。

工作溫度 -20℃—+80℃；

工作電壓 3.6VDC—4.2VD； 

工作電流 ＜150mA； 

單鍵壽命 ＞5萬次；

讀寫次數 ＞1萬次；

讀寫速度 ＜1秒；

有效工作時間 ＞8小時； 

待機時間 ＞24小時。

2.3.3 氣瓶安全監管信息服務平臺建設

基于電子標簽的車載氣瓶安全監管服務平臺建設的主要內容是：氣瓶安全監管數據中心建設、信息服務平臺建設、電子標簽簽發子平臺建設、數據采集子平臺建設、數據傳輸網絡構架及硬件環境的建設。

氣瓶安全監管信息服務平臺總體框架如下圖：

2.3.4 氣瓶安全監管應用系統實施

氣瓶安全監管應用系統從系統結構上可以分為氣瓶安全監管信息數據中心管理系統，標簽簽發管理系統，數據采集管理系統，氣瓶監管信息服務系統四個分系統以及數據交換服務支撐系統五個部分。從下面的結構描述圖上可以了解這五個部分在整個系統中所承擔的角色和相互間的關系。 

2.3.4.1 數據中心管理系統

建立氣瓶監管信息數據庫，為氣瓶監管信息面向社會公眾查詢和監管部門管理提供信息。氣瓶監管信息數據庫的數據元按照氣瓶安全監管應用系統建設要求和氣瓶安全監管的業務要求將包含氣瓶基本檔案數據，氣瓶充裝信息數據，氣瓶檢驗信息數據，氣瓶配送流轉信息數據等安全監管信息內容。

2.3.4.2 數據交換服務支撐系統

數據交換服務支撐系統承擔將各個充裝、檢驗環節的信息采集系統采集的數據上傳至數據中心系統。數據交換服務支撐系統是整個信息系統信息交換和信息共享的支撐系統。

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2.3.4.3 標簽簽發管理系統

根據標簽簽發的業務流程模式，方案將電子標簽簽發系統分為電子標簽初始化和電子標簽發行兩個子系統。

電子標簽初始化包括芯片初始化和標簽后封裝產品表面的印刷兩個過程。

在標簽芯片初始化處理過程中，系統完成氣瓶基本信息和氣瓶合法行認證信息向芯片內的寫入。

標簽產品表面印刷，完成在標簽表面印制使用企業名稱縮寫、氣瓶使用登記代碼組成的可視信息。

2.3.4.4 數據采集管理系統

數據采集系統是分布于各個車載氣瓶充裝及氣瓶檢驗機構的信息管理系統，數據采集系統的功能是采集氣瓶業務信息。

數據采集系統布置在企業內需要對氣瓶進行管理監督的各個環節，為滿足不同企業、不同種類車載氣瓶的數據采集和不同類型企業的生產流程，數據采集系統建設滿足以下條件：

有極強的適應能力來處理各種車載氣瓶應用以及各種業務流程的組件。

能夠以安全、可靠、快速的配置和部署實現跨應用、部門、區域的數據和業務流程的連接。

支持增加新的服務以滿足發展的需要。

數據采集系統根據應用單位的業務類型分為兩個分系統，即充裝企業系統及檢驗機構系統。各分系統由兩部分組成，其中包含嵌入式業務應用和后臺管理系統。系統結構圖如下所示。

嵌入式業務應用是在電子標簽讀寫終端的開發環境下二次開發完成，研制的內容主要是針對各項業務，比如充裝、檢驗等，按照管理部門對氣瓶的安全管理要求，予以開發完成。

后臺管理系統是對各類氣瓶建立檔案，并對其身份、質量、檢驗記錄實施全面管理，建立完整的充裝、檢驗記錄，實現各個環節的全過程控制。

采用RFID中間件構建數據采集服務

采用成熟的中間件技術，利用其高性能的設計屬性，使得系統的高性能在底層基礎技術環節得到充分的保障；同時RFID中間件提供的一致的調用接口和面向服務式的系統設計要求，使得系統的建設在技術框架上的一致的，這也使得應用層面的實現的質量得到保障；兩者結合，為系統提供高性能運行能力。數據采集構架如下圖： 

采用RFID中間件，可以屏蔽不同RFID硬件上的差異，使得系統的建設在RFID硬件上的選擇可以多樣化；可以屏蔽不同數據庫的差異；可以屏蔽RFID數據訪問接口的差異。RFID中間件的引入，可以適應不同企業應用環境上的差異，適應不同規模企業不同網絡環境上的差異，提供靈活部署的能力（集中式，分布式，脫機/聯機方式等）；可以適應不同氣瓶管理規模的要求，提供多樣化的接口標準，方便與現有系統的對接。

2.3.4.5 車載氣瓶自動充裝切斷系統改造

自動充裝切斷設備的通訊采用PROFIBUS總線或串口方式，與此對應電子標簽讀寫設備也采用PROFIBUS總線或串口方式。在加氣站的加氣機安裝電子標簽讀寫模塊，電源由儀表箱內提供，為直流24V。

電子標簽讀寫模塊通過PROFIBUS總線模塊連到加氣機總線或通過串口方式通訊，由后臺系統接受數據后再轉成標準格式，經處理完成再傳回充裝儀表顯示。傳輸的通訊協議由PROFIBUS模塊自帶，通訊格式應符合幀頭、長度、命令、校驗和結束幀等格式。電子標簽模塊需要傳送的數據有標簽UID、氣瓶號等信息。電子標簽模塊外殼做到密閉、牢固、抗酸堿，外帶指示燈和蜂鳴器。

2.3.4.6 信息服務系統

信息服務系統包括政府監管服務系統和企業與社會公眾服務系統。

1）政府監管服務系統

車載氣瓶登記審核系統

監管查詢系統

統計分析系統

2）企業與社會公眾服務系統

建立氣瓶公共信息服務網站，向相關企業和社會公眾開放車載氣瓶來源、氣瓶各項安全指標、充裝和檢驗等相關信息的查詢，實現政府氣瓶監管工作的公開和高效管理。主要實現的功能包括：氣瓶使用登記信息查詢、氣瓶充裝流轉信息查詢、氣瓶檢驗信息查詢。

三、    項目風險分析、經濟效益及社會效益分析

3.1 項目風險分析

技術風險

本項目采用成熟產品已不存在新品開發，技術風險較小。

生產風險

本項目采用當前成熟產品，由產品供方確保生產質量，故而生產風險也很小。

資金風險

高科技產品相對利潤率較高，在開始項目推廣過程中，只考慮優質客戶，保證資金可及時回收，所以周轉資金需求量不大，因而風險并不大。

市場風險

本項目具有良好的市場前景，市場風險很小。

3.2 經濟效益和社會效益分析

1.社會效益：系統的應用給定每個車載氣瓶一個唯一身份號碼，利用電子標簽的身份識別和自動識別功能，對氣瓶檢驗、充裝等信息實行計算機管理，實現氣瓶安全狀態、物理位置等全程監控，以此遏制偽劣氣瓶流入市場，保證危險化學品充裝、檢驗和使用安全，提高安全監管能力和應急處理能力。

2.經濟效益：車載氣瓶通過采用電子標簽標識，包括電子標簽、讀寫設備、應用軟件和服務平臺建設的投入，就有可能為RFID產業帶來廣闊市場，應用與市場前景看好。

3.帶動產業發展：該系統的相應的技術，可在其他類型氣瓶、危險化學品、特種設備、公共安全設施等領域的安全監管中推廣應用，為RFID產業帶來巨大市場。