基于RFID的化工裝置承壓設(shè)備的使用和檢驗(yàn)一體化管理探索

童壯根 朱劍峰 朱旭晨 宋勐翔

(1.上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院；2.華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院)

基于RFID的化工裝置承壓設(shè)備的使用和檢驗(yàn)一體化管理探索

童壯根1朱劍峰2朱旭晨1宋勐翔2

(1.上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院；2.華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院)

針對(duì)目前化工企業(yè)承壓特種設(shè)備資料分散、企業(yè)的使用管理和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的定期檢驗(yàn)互動(dòng)少、檢驗(yàn)前審查資料費(fèi)時(shí)等現(xiàn)象，分析了承壓特種設(shè)備信息特點(diǎn)，提出采用RFID技術(shù)結(jié)合信息化平臺(tái)進(jìn)行承壓特種設(shè)備使用和檢驗(yàn)一體化管理，并搭建平臺(tái)進(jìn)行試應(yīng)用。

RFID技術(shù) 承壓特種設(shè)備 信息化平臺(tái) 使用檢驗(yàn)一體化 無(wú)紙化檢驗(yàn)

承壓特種設(shè)備(如壓力容器、壓力管道)普遍應(yīng)用于各類化工裝置，其運(yùn)行環(huán)境大多高溫高壓，介質(zhì)有毒有害且易燃易爆，如果設(shè)備使用管理不當(dāng)，易發(fā)生泄漏、火災(zāi)及爆炸等危害大、破壞力強(qiáng)的事故，因此各國(guó)都要求對(duì)這類設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的管理[1，2]。目前，我國(guó)對(duì)特種設(shè)備的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和使用，實(shí)施分類的、全過(guò)程的安全監(jiān)督管理[3]。全過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，涉及的企業(yè)數(shù)量多、地理位置分散，前后環(huán)節(jié)的信息相互關(guān)聯(lián)，而每一環(huán)節(jié)的決策又要以相關(guān)環(huán)節(jié)的信息為支撐。因此，全過(guò)程各環(huán)節(jié)的信息獲取對(duì)特種設(shè)備的相關(guān)決策而言十分重要。一直以來(lái)，此類設(shè)備的資料流轉(zhuǎn)以紙質(zhì)文檔為主，各個(gè)環(huán)節(jié)雖然不斷地建設(shè)各自的信息管理系統(tǒng)，不斷豐富系統(tǒng)功能，但在現(xiàn)場(chǎng)與資料實(shí)時(shí)更新、各環(huán)節(jié)間信息的互動(dòng)和共享上仍有很多不足。從而造成空間上分散的各環(huán)節(jié)在信息上也形成孤島，某些信息重復(fù)摘錄降低了工作效率，某些信息則因?yàn)槲臋n遺失而缺失，這些都不利于充分獲取設(shè)備信息，不利于開展安全管理[4，5]。

承壓特種設(shè)備整個(gè)生命周期內(nèi)各環(huán)節(jié)的結(jié)果都會(huì)影響其使用安全性，因此整個(gè)過(guò)程的安全管理都不可忽視。使用環(huán)節(jié)是特種設(shè)備安全管理的重點(diǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，特種設(shè)備的事故80%發(fā)生在使用環(huán)節(jié)[6]。在特種設(shè)備的使用環(huán)節(jié)，涉及到使用單位的使用管理和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的定期檢驗(yàn)，目前的使用管理和定期檢驗(yàn)在相互協(xié)作共同促進(jìn)設(shè)備的安全使用上還有待提高。充分利用好信息化手段，使使用管理給定期檢驗(yàn)提供設(shè)備的歷史狀況，以提高檢驗(yàn)的有效性和針對(duì)性，同時(shí)定期檢驗(yàn)又能更好地為使用管理“把好脈”并提供指導(dǎo)，兩者相互促進(jìn)，共同提高特種設(shè)備的使用安全性。

近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類溯源場(chǎng)景，尤其是RFID技術(shù)的發(fā)展，更是在很多方面取得了顯著成效[7]。筆者基于RFID技術(shù)，搭建使用和檢驗(yàn)的一體化管理平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)壓力容器和壓力管道相關(guān)信息的共享、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備快速識(shí)別及相關(guān)記錄快速更新等功能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)和相關(guān)功能模塊的設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)承壓特種設(shè)備管理系統(tǒng)(圖1)架構(gòu)分為后臺(tái)網(wǎng)站管理系統(tǒng)和前端手持器應(yīng)用端兩部分，前者實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)、人員、設(shè)備信息、相關(guān)文件及權(quán)限等各類數(shù)據(jù)的全面管理，后者實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、使用及檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集、存儲(chǔ)及上傳等功能。網(wǎng)站管理系統(tǒng)可以通過(guò)手機(jī)、平板及電腦等終端進(jìn)行訪問(wèn)。其中使用環(huán)節(jié)關(guān)注的信息包括與設(shè)備生產(chǎn)階段相關(guān)的固有信息和使用中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)信息，前者在設(shè)備生命周期內(nèi)基本不變，后者將隨使用情況而發(fā)生變化。在設(shè)備的不同環(huán)節(jié)，通過(guò)設(shè)備代碼這個(gè)唯一編號(hào)或者RFID標(biāo)簽直接識(shí)別并讀寫設(shè)備相關(guān)信息。

圖1 承壓特種設(shè)備管理系統(tǒng)架構(gòu)

1.2網(wǎng)站管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

根據(jù)網(wǎng)站管理系統(tǒng)的功能需求設(shè)計(jì)該管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖(圖2)，該系統(tǒng)從使用單位落實(shí)企業(yè)安全主體責(zé)任的角度出發(fā)，將影響設(shè)備安全使用的企業(yè)制度、人員及設(shè)備等信息進(jìn)行同平臺(tái)管理，將定期檢驗(yàn)作為重要環(huán)節(jié)融入使用管理中，不同角色人員通過(guò)權(quán)限設(shè)置在同平臺(tái)上進(jìn)行特定操作。

圖2 承壓特種設(shè)備管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖

1.3手持器應(yīng)用端的功能設(shè)計(jì)

手持器應(yīng)用端通過(guò)RFID標(biāo)簽來(lái)讀取和寫入相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)、使用及檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集、存儲(chǔ)及上傳等功能，是檢驗(yàn)人員、巡檢人員進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)和日常維護(hù)巡查的記錄工具。根據(jù)壓力容器和壓力管道的各類檢驗(yàn)和企業(yè)月度檢查的具體流程和內(nèi)容，設(shè)計(jì)如圖3所示的手持器應(yīng)用端的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)?？紤]到某些設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)微弱或信號(hào)被屏蔽等情況，手持器端要保證在這些環(huán)境下仍能保證數(shù)據(jù)的完整性和記錄的連續(xù)性，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)要求該系統(tǒng)具備離線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和在線數(shù)據(jù)同步的功能。

圖3 RFID手持器端功能模塊劃分

2 平臺(tái)試應(yīng)用

應(yīng)用以上平臺(tái)對(duì)某企業(yè)的一套小型裝置壓力容器和部分壓力管道進(jìn)行設(shè)備管理和檢驗(yàn)巡檢工作。首先建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)上傳企業(yè)特種設(shè)備相關(guān)管理制度、人員信息和設(shè)備信息完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于有現(xiàn)成數(shù)據(jù)的，通過(guò)一定格式的Excel表格導(dǎo)入系統(tǒng)。隨后對(duì)設(shè)備信息與RFID標(biāo)簽進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

RFID標(biāo)簽的選擇很大程度上決定著RFID系統(tǒng)的可操作性、使用壽命等性能。綜合考慮環(huán)境、讀取距離、供電方式及固定封裝等因素，選擇的RFID標(biāo)簽參數(shù)如下：

工作頻率 900MHz

RFID協(xié)議 GEN2/ISO18000-6C

讀取距離 2～5m

環(huán)境影響 防水、抗金屬

EPC內(nèi)存 96bits

擴(kuò)展內(nèi)存 512bits

供電方式 無(wú)源

該標(biāo)簽為定制版掛式，可以通過(guò)鉚釘、粘貼及鉛封等方式附著于對(duì)應(yīng)的壓力容器和壓力管道上，懸掛位置視現(xiàn)場(chǎng)情況而定。考慮到該標(biāo)簽所附著的壓力容器和壓力管道大部分為金屬材料，所以所選標(biāo)簽為防水、防油的抗金屬標(biāo)簽[8，9]。

同時(shí)，考慮到大部分壓力容器、壓力管道現(xiàn)場(chǎng)的防爆要求，本項(xiàng)目在選擇RFID讀寫器時(shí)包含iData 95W普通移動(dòng)手持終端和具有Ex-ib-IIC-T4-Gb防爆功能的T50移動(dòng)手持終端[9，10]。為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)RFID標(biāo)簽特有的讀寫操作，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行二次開發(fā)，將手持器本身的讀寫函數(shù)進(jìn)行封裝，針對(duì)不同環(huán)節(jié)的具體操作要求，根據(jù)規(guī)范和企業(yè)的制度與記錄格式，將原本紙質(zhì)的記錄表做到手持機(jī)軟件中，實(shí)現(xiàn)不同的信息輸入輸出界面和數(shù)據(jù)傳輸手段。

日常管理中，企業(yè)通過(guò)網(wǎng)站平臺(tái)進(jìn)行特種設(shè)備相關(guān)信息維護(hù)，相關(guān)企業(yè)人員可以通過(guò)該平臺(tái)了解企業(yè)的最新管理制度、人員持證情況和掌握設(shè)備的資料信息；同時(shí)日常巡檢人員通過(guò)手持器，到現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)讀取RFID標(biāo)簽，了解設(shè)備的背景信息，然后通過(guò)手持器里預(yù)先設(shè)置的記錄格式輸入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢查結(jié)果(圖4)。在檢驗(yàn)過(guò)程中，檢驗(yàn)人員通過(guò)開放的權(quán)限訪問(wèn)網(wǎng)站，查詢企業(yè)和待檢設(shè)備的相關(guān)信息，全面了解企業(yè)管理情況和設(shè)備歷史狀況，使制定的檢驗(yàn)方案更有針對(duì)性，部分查詢頁(yè)面如圖5所示。現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)通過(guò)手持器的不同功能界面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)記錄的錄入，部分界面如圖6所示。如果現(xiàn)場(chǎng)不具備聯(lián)網(wǎng)條件，則可以在去現(xiàn)場(chǎng)前有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下將待查設(shè)備的信息讀取到手持器暫存，現(xiàn)場(chǎng)記錄也是離線存儲(chǔ)于手持器，在有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下上傳到后臺(tái)系統(tǒng)。需要時(shí)，后臺(tái)系統(tǒng)根據(jù)編好的記錄格式生成相應(yīng)檢驗(yàn)記錄。

圖4 企業(yè)和設(shè)備部分信息查詢界面

圖5 檢驗(yàn)前查詢信息部分界面

圖6 手持器端部分操作界面

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)建立使用管理和檢驗(yàn)一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)承壓特種設(shè)備的多方信息快速獲取，有利于相關(guān)人員快速、全面掌握設(shè)備的歷史信息，有效匯集企業(yè)、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)及維保單位等多方力量共同做好承壓特種設(shè)備的安全工作。通過(guò)引入RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)讀取設(shè)備信息，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)手持終端根據(jù)按不同業(yè)務(wù)要求開發(fā)的記錄模塊記錄檢查情況，數(shù)據(jù)上傳后由網(wǎng)頁(yè)系統(tǒng)生成相關(guān)報(bào)表，促進(jìn)了檢驗(yàn)、巡檢的無(wú)紙化發(fā)展。

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TheIntegratedManagementofPressureEquipmentApplicationandInspectioninChemicalPlantBasedonRFID

TONG Zhuang-gen1, ZHU Jian-feng2, ZHU Xu-chen1, SONG Meng-xiang2

(1.ShanghaiInstituteofSpecialEquipmentInspectionandTechnicalResearch;2.CollegeofInformationScienceandEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology)

Considering the equipment documents decentralized, lack of periodic contact between the equipment consumers and their inspection offices as well as time-costing of the document-examining before the inspection, the information characteristics of special pressure equipment were analyzed to propose the concept of having RFID technology combined with informatization platform to apply and inspect these special pressure equipment.

RFID technology, special pressure equipment,informatization platform,integrated management of application and inspection, paperless inspection

國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014QK143)。

童壯根(1983-)，工程師，從事壓力容器、壓力管道的檢驗(yàn)工作，tzg25t@163.com。

TH865

A

1000-3932(2017)11-1039-04

2017-05-16，

2017-09-07)

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