面向物聯(lián)網(wǎng)的車用氣瓶檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)

王 亮　李保緒　孫建成

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院　烏魯木齊　830011）

面向物聯(lián)網(wǎng)的車用氣瓶檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)

王 亮李保緒孫建成

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院烏魯木齊830011）

針對(duì)車用氣瓶檢測(cè)環(huán)節(jié)存在檢測(cè)效率低下、檢測(cè)結(jié)果不夠客觀、氣瓶漏檢等問題，開發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)的車用氣瓶檢測(cè)系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，賦予每只氣瓶一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)的射頻識(shí)別標(biāo)簽，采用射頻識(shí)別技術(shù)將車用氣瓶與具體檢測(cè)環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)，并借助WIFI和藍(lán)牙兩種無線通信技術(shù)將檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)傳輸至后臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)與業(yè)務(wù)報(bào)告管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互。通過該系統(tǒng)的實(shí)施，提高了氣瓶檢測(cè)效率，增強(qiáng)了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，擴(kuò)大了信息共享范圍，提高了氣瓶檢測(cè)的整體信息化水平。

物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別技術(shù)車用氣瓶檢測(cè)自由口通信

汽車用壓縮天然氣氣瓶是一種移動(dòng)式高壓壓力容器，在頻繁的充裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用過程中，容易造成氣瓶金屬疲勞，隨時(shí)可能發(fā)生泄漏或者爆炸的危險(xiǎn)［1］。進(jìn)行車用氣瓶的定期檢驗(yàn)是保證氣瓶安全使用的有效手段。

國(guó)家和自治區(qū)相關(guān)部門先后頒布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和技術(shù)規(guī)范，對(duì)車用氣瓶設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、充裝、運(yùn)輸及檢驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，保證車用氣瓶的安全使用。對(duì)車用壓縮天然氣氣瓶進(jìn)行定期檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣瓶在使用過程中出現(xiàn)的異常情況，是保證氣瓶能安全使用、保障人民生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，乃至維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定的重要手段［2-3］。

目前車用氣瓶的檢測(cè)方式是：檢測(cè)人員在氣瓶的檢測(cè)過程中需要人工記錄檢測(cè)結(jié)果，手工填寫紙質(zhì)原始記錄單，再進(jìn)入質(zhì)監(jiān)部門的報(bào)告單業(yè)務(wù)系統(tǒng)，人工錄入檢測(cè)結(jié)果，打印檢驗(yàn)報(bào)告單。這種檢驗(yàn)方式存在以下三個(gè)方面的問題：

1）人工填寫紙質(zhì)原始記錄單，導(dǎo)致邊檢測(cè)邊填寫，嚴(yán)重影響整個(gè)檢測(cè)效率；

2）原始記錄與檢驗(yàn)報(bào)告之間脫節(jié)，檢驗(yàn)報(bào)告上的所有判斷結(jié)果都是人為的，有失公正性；

3）現(xiàn)有檢測(cè)工藝對(duì)氣瓶的檢測(cè)是無序的，在檢測(cè)線上會(huì)有多個(gè)氣瓶待檢，因此可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)別氣瓶的某些檢驗(yàn)項(xiàng)漏檢或誤檢。

本項(xiàng)目在不改變現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)工藝的前提條件下，引入物聯(lián)網(wǎng)中的射頻識(shí)別技術(shù)，開發(fā)出面向物聯(lián)網(wǎng)的車用氣瓶檢測(cè)系統(tǒng)。為每只氣瓶賦予唯一標(biāo)識(shí)的電子標(biāo)簽，作為氣瓶的“身份證”；并借助于各種無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的自動(dòng)上傳，省去人工填寫原始記錄單的過程，能提高檢測(cè)效率和保證檢測(cè)結(jié)果的可信度［4-7］。

1　系統(tǒng)總體方案

1.1系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)從功能架構(gòu)上分為數(shù)據(jù)采集層、管理層和數(shù)據(jù)中心［8-9］，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

各部分功能如下：

數(shù)據(jù)采集層：需要完成氣瓶的外觀檢測(cè)、瓶口螺紋檢測(cè)、瓶閥檢測(cè)、水壓試驗(yàn)和氣密性檢測(cè)等檢測(cè)環(huán)節(jié)。在每項(xiàng)檢測(cè)環(huán)節(jié)完成后，檢測(cè)人員通過掃描槍或PDA將該項(xiàng)的檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到氣瓶檢測(cè)站服務(wù)器儲(chǔ)存。

管理層：位于氣瓶檢測(cè)站，主要完成送檢氣瓶的登記以及檢測(cè)信息的存儲(chǔ)。除此之外，管理層需要根據(jù)氣瓶的每項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果出具氣瓶定期檢驗(yàn)報(bào)告。

數(shù)據(jù)中心：設(shè)立在相關(guān)質(zhì)監(jiān)部門，包括數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，存儲(chǔ)著所有車用氣瓶的詳細(xì)數(shù)據(jù)，包括氣瓶安裝時(shí)間、安裝車牌號(hào)、定期檢驗(yàn)時(shí)間及每次檢驗(yàn)結(jié)果等信息。由于目前烏魯木齊市車用氣瓶數(shù)量較多，數(shù)據(jù)量非常龐大，所以數(shù)據(jù)中心采用數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器協(xié)同工作的方式。數(shù)據(jù)服務(wù)器完成氣瓶詳細(xì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；應(yīng)用服務(wù)器完成各種數(shù)據(jù)表格的存儲(chǔ)和對(duì)各種數(shù)據(jù)操作的協(xié)調(diào)，一方面接受數(shù)據(jù)操作信息，另一方面完成對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)的讀寫操作。

圖2為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，氣瓶檢測(cè)站與新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院通過一條專用的光纖進(jìn)行通信，氣瓶檢測(cè)站內(nèi)主要采用WIFI進(jìn)行通信。

圖2　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.2軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件架構(gòu)由下到上分為三層主框架：數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層及表現(xiàn)層［10］，如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)軟件架構(gòu)

統(tǒng)一業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)基于XML/J2EE/.Net Framework等開放技術(shù)，遵循SOA架構(gòu)體系，需要采用全程建模、基于組件分層開發(fā)的技術(shù)路線，C#與VB編寫完成軟件模塊的開發(fā)。

三層架構(gòu)模式具有穩(wěn)定性高、延展性好和執(zhí)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，采用該種模式可以統(tǒng)一客戶服務(wù)到客戶端，將客戶服務(wù)集中統(tǒng)一管理，因此系統(tǒng)容錯(cuò)能力較高、負(fù)載平衡能力較好。隨著新疆維吾爾自治區(qū)車用氣瓶監(jiān)控中心系統(tǒng)逐步完善和業(yè)務(wù)發(fā)展，這種軟件構(gòu)架的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步體現(xiàn)出來。

2　車用氣瓶檢測(cè)系統(tǒng)

2.1車用氣瓶檢測(cè)流程

待檢氣瓶進(jìn)入氣瓶檢測(cè)站，首先進(jìn)行氣瓶的拆卸，再根據(jù)原始記錄單記錄氣瓶的公稱壓力、生產(chǎn)日期、車牌號(hào)碼等重要信息；待完成氣瓶登記后，氣瓶進(jìn)入檢測(cè)環(huán)節(jié)。

氣瓶檢測(cè)具體環(huán)節(jié)如圖4所示。其中需要記錄具體檢驗(yàn)結(jié)果的環(huán)節(jié)是外觀檢測(cè)、瓶口螺紋、水壓試驗(yàn)、瓶閥檢測(cè)和氣密性測(cè)試，以上測(cè)試環(huán)節(jié)的結(jié)果將影響氣瓶的報(bào)廢與否，因此需要對(duì)其詳細(xì)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。其中外觀檢查與評(píng)定環(huán)節(jié)需要記錄氣瓶外觀損壞的具體參數(shù)（氣瓶外表面劃傷深度等）；水壓試驗(yàn)環(huán)節(jié)需要記錄氣瓶的殘余變形率；氣密性環(huán)節(jié)需要記錄氣瓶的泄露壓力，最后再依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)判斷氣瓶是否合格。

圖4　系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

2.2界面開發(fā)

系統(tǒng)軟件模塊開發(fā)分為手持機(jī)模塊和PC模塊，見表1。手持機(jī)模塊主要完成檢測(cè)人員的登錄、電子標(biāo)簽的掃描、相應(yīng)檢測(cè)環(huán)節(jié)的檢測(cè)等，PC端模塊主要包括登錄模塊、PC端權(quán)限管理模塊、數(shù)據(jù)分析和打印報(bào)告單模塊和送檢氣瓶登記模塊。

表1　系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計(jì)

●2.2.1手持機(jī)端的應(yīng)用

圖5　PDA登錄界面圖

圖5為PDA登錄界面。PDA登錄模塊要求檢測(cè)人員輸入個(gè)人的姓名及密碼，并選擇檢測(cè)氣瓶的種類和具體的檢測(cè)項(xiàng)。在檢測(cè)人員點(diǎn)擊“登錄”按鈕后，PDA將檢測(cè)人員的信息發(fā)送到氣瓶檢測(cè)站數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，作為信息溯源的依據(jù)。在檢測(cè)人員登錄到相應(yīng)氣瓶檢測(cè)環(huán)節(jié)后，掃描電子標(biāo)簽，開始檢測(cè)操作，再根據(jù)相應(yīng)檢測(cè)環(huán)節(jié)的界面錄入結(jié)果。圖6為纏繞瓶外觀檢測(cè)結(jié)果錄入界面，包括氣瓶標(biāo)識(shí)、劃傷擦傷鑿傷、氣瓶磨損等選項(xiàng)。

圖6　纏繞瓶外觀檢測(cè)

●2.2.2PC端的應(yīng)用

1）水壓測(cè)試環(huán)節(jié)。車用氣瓶水壓試驗(yàn)檢測(cè)環(huán)節(jié)是氣瓶檢驗(yàn)的必檢環(huán)節(jié)，也是被普遍認(rèn)可的檢驗(yàn)氣瓶綜合性能較理想的測(cè)試方法。它將氣瓶的容積殘余變形率作為考核指標(biāo)。筆者將受試氣瓶抽象成下端為平底封頭、上端為半球形封頭的薄壁圓筒形容器；筒體部分在試驗(yàn)壓力作用下，殼壁處于兩向應(yīng)力狀態(tài)［11］。水壓試驗(yàn)檢測(cè)環(huán)節(jié)采用GB/T 9251—2011《氣瓶水壓試驗(yàn)方法》規(guī)定的外測(cè)法氣瓶容積變形試驗(yàn)測(cè)試方法。

水壓試驗(yàn)系統(tǒng)采用VB開發(fā)上位監(jiān)控畫面，S7-200PLC為下位控制器，上位機(jī)和下位機(jī)之間采用自由口通信。水壓測(cè)試時(shí)檢測(cè)人員通過移動(dòng)數(shù)據(jù)終端掃描待檢氣瓶電子標(biāo)簽，記錄待檢氣瓶編號(hào)等信息，并通過藍(lán)牙通信技術(shù)將氣瓶信息傳送給上位組態(tài)軟件。上位組態(tài)軟件定時(shí)采集待檢氣瓶?jī)?nèi)部壓力值，并實(shí)時(shí)顯示壓力變化曲線。當(dāng)測(cè)試完成后，上位組態(tài)軟件將氣瓶信息、檢測(cè)人員信息、測(cè)試結(jié)果一并寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。

水壓測(cè)試上位界面見圖7。

圖7　水壓測(cè)試上位界面

2）氣密性測(cè)試環(huán)節(jié)。氣密性測(cè)試環(huán)節(jié)是在氣瓶更換瓶閥環(huán)節(jié)后，用來檢驗(yàn)瓶體、閥門及堵頭螺紋等處是否泄漏［12］。

根據(jù)GB 24162—2009規(guī)定：只有在氣瓶水壓試驗(yàn)合格后，才能進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。氣密性試驗(yàn)采用的方法是：將充以氣瓶公稱壓力（20MPa）的受試瓶浸入試驗(yàn)水槽中，保證使受試瓶任何部位都在水面以下至少 5cm；緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)受試瓶，持續(xù)2min，通過人眼觀查各部位有無氣泡出現(xiàn)；若有連續(xù)氣泡產(chǎn)生或者擦去固定氣泡后又有新氣泡產(chǎn)生，則證明該受試瓶存在氣體泄露，可判斷氣密性試驗(yàn)不合格［13-14］。

在不改變?cè)袡z測(cè)設(shè)施的基礎(chǔ)上，通過增加壓力變送器檢測(cè)氣瓶?jī)?nèi)壓力，并上傳給PLC。采用VB開發(fā)上位監(jiān)控畫面，上位組態(tài)通過曲線控件顯示氣瓶?jī)?nèi)壓力的變化過程，結(jié)合人眼觀察給出氣密性測(cè)試結(jié)果。待檢測(cè)完成后，上位組態(tài)軟件將氣瓶信息、檢測(cè)人員信息、氣瓶保壓時(shí)間和氣瓶氣密性狀況記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)。

氣密性檢測(cè)上位界面見圖8。

圖8　氣密性測(cè)試上位界面

3）試驗(yàn)報(bào)告生成。氣瓶檢測(cè)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)在采集到所有的試驗(yàn)原始記錄后，根據(jù)定義好的業(yè)務(wù)規(guī)則判定標(biāo)準(zhǔn)，生成報(bào)告判斷數(shù)據(jù)并自動(dòng)填寫到現(xiàn)有的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。操作人員可以直接通過該系統(tǒng)打印報(bào)告單。

3　結(jié)論

通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)有氣瓶檢驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出面向物聯(lián)網(wǎng)的車用氣瓶檢測(cè)系統(tǒng)。構(gòu)建了一個(gè)以射頻識(shí)別標(biāo)簽為載體的信息管理平臺(tái)，以射頻識(shí)別標(biāo)簽作為媒介將氣瓶的每一檢測(cè)項(xiàng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并通過移動(dòng)數(shù)據(jù)終端（PDA）對(duì)每一檢測(cè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、集中處理，自動(dòng)生成可以導(dǎo)入質(zhì)監(jiān)部門的報(bào)告單業(yè)務(wù)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果。為整個(gè)檢測(cè)過程搭建一個(gè)高效、有序的檢測(cè)過程。

與原有系統(tǒng)比較，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）從傳統(tǒng)的填寫紙質(zhì)原始記錄到信息化的實(shí)時(shí)管理，對(duì)檢測(cè)過程的結(jié)果記錄更為及時(shí)、高效。

2）利用集成思想，將“新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院氣瓶檢測(cè)線電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)”與“水壓檢測(cè)系統(tǒng)”、“氣密性檢測(cè)系統(tǒng)”和“報(bào)告單業(yè)務(wù)系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，變信息孤島為共享平臺(tái)，擴(kuò)大了信息共享范圍、縮短了信息共享時(shí)延。

3）加強(qiáng)檢測(cè)過程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，獲得采集結(jié)果的實(shí)時(shí)反饋。

4）本項(xiàng)目的開發(fā)對(duì)于其它特種設(shè)備（例如氧氣瓶、氮?dú)馄?、電梯、鍋爐、安全閥等）的檢驗(yàn)具有很強(qiáng)的借鑒性。

2015年1月，本項(xiàng)目通過了自治區(qū)質(zhì)監(jiān)局的竣工驗(yàn)收，正式啟用。經(jīng)過一年多的運(yùn)行，整套系統(tǒng)可靠、高效，不僅將檢驗(yàn)人員從繁重、重復(fù)的手寫原始記錄工作中解放出來，而且極大的提高了報(bào)告及時(shí)率和檢驗(yàn)準(zhǔn)確性。從以往每條檢驗(yàn)線每天50只氣瓶，提高到每天80只，兩條檢驗(yàn)線每天的檢驗(yàn)量達(dá)到了160只氣瓶。面對(duì)烏魯木齊市10萬只/每年車用氣瓶的檢驗(yàn)量，該項(xiàng)目的實(shí)施有效緩解了檢驗(yàn)需求和檢驗(yàn)?zāi)芰χg的矛盾，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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Development of Vehicle Cylinder Detection System Facing Internet of Things

Wang LiangLi BaoxuSun Jiancheng （Special equipment inspection and research institute of Xinjiang Uygur Autonomous RegionUrumqi830011）

To solve the problems of low detection efficiency， less objective detection resultes and leaking detection for gas cylinder detecting in cars， the gas cylinder testing system for vehicle based on internet of things is developed. In the system， the RFID tag is endowed with a unique identification of each cylinder. Then the gas cylinders and the specific detection aspects can be associsted using the RFIT. The detection results are automatically transmitted to the background server using the WIFI and Bluetooth two wireless communication technology. Real time interaction between the detection and the business report management system can be accomplished. Through the implementation of the system， the efficiency of the cylinder detection is improved and the accuracy of the detection results is enhanced and the scope of information sharing is expanded，which improves the overall level of information technology.

Internet of thingsRFID technologyVehicle cylinders detectionFree port communication

X933.4

B

1673-257X（2016）08-0076-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.08.019

王亮（1977～），男，本科，主任，高級(jí)工程師，從事鍋爐壓力容器壓力管道的檢驗(yàn)工作。

2016-03-23）