RFID 技術(shù)及無(wú)人機(jī)在超大型化工管道堆場(chǎng)中的應(yīng)用

周 春 唐瑤林

中國(guó)化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司 四川成都 610100

1 項(xiàng)目概述

尼日利亞丹格特?zé)捰蛷S是世界最大的單體煉油項(xiàng)目，建成后將具備加工原油3000 萬(wàn)t/ a 的能力。其管道鋪設(shè)量巨大，約1100km、500 萬(wàn)inch·m，相當(dāng)于10個(gè)45 萬(wàn)t/ a 合成氨項(xiàng)目的管道量。

中國(guó)化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱七化建）作為施工總承包商，在丹格特?zé)捰蛷S項(xiàng)目中的施工范圍包括以下四大裝置：原油蒸餾裝置（CDU）、催化裂化汽油脫硫裝置（RFCC）、加氫裂化裝置（MHC）、石腦油加氫處理裝置和鉑重整裝置（MS）。其中管道施工占總工程量的52%，約有500 萬(wàn)inch·m。為此，建設(shè)了近10 萬(wàn)m2的管道堆場(chǎng)，分割為52 個(gè)小區(qū)域供6 家承包商臨時(shí)堆放管段半成品，待現(xiàn)場(chǎng)具備安裝條件后，再轉(zhuǎn)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

由于堆場(chǎng)面積大、材料堆放區(qū)域多，管道材質(zhì)約20種，品種繁雜，即便預(yù)制管段全部按管線號(hào)做好標(biāo)識(shí)且分裝置、分區(qū)域堆放，在尋找、轉(zhuǎn)運(yùn)管段過(guò)程中仍然存在以下問(wèn)題：

（1）尋找管段時(shí)無(wú)法精確定位，需要付出大量的人力、機(jī)具反復(fù)尋找；

（2）人工尋找時(shí)會(huì)出現(xiàn)遺漏管段，甚至管段找不到的情況；

（3）由于項(xiàng)目臨海，空氣濕度大、鹽分重，在管段的長(zhǎng)時(shí)間堆放過(guò)程中，因自然環(huán)境具有腐蝕性，會(huì)出現(xiàn)鋼印銹蝕無(wú)法辨認(rèn)的情況；

（4）在反復(fù)倒運(yùn)管段的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)管段無(wú)法追蹤的情況。

為了解決以上問(wèn)題，七化建運(yùn)用無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)并借助無(wú)人機(jī)輔助對(duì)堆場(chǎng)進(jìn)行了管理，取得了良好效果，并收獲了電子化管理超大型管道堆場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)。

丹格特?zé)捰蛷S項(xiàng)目預(yù)制車間及堆場(chǎng)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 項(xiàng)目預(yù)制車間及堆場(chǎng)示意圖

2 RFID 系統(tǒng)的工作方法

RFID 是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，其通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無(wú)線射頻方式對(duì)記錄媒體（電子標(biāo)簽，Tag）進(jìn)行讀寫(xiě)，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，被認(rèn)為是21 世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。作為條形碼的無(wú)線版本，RFID 技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用將給零售、物流等產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性變化。目前RFID 應(yīng)用已經(jīng)滲透到了商業(yè)、工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、物流管理、醫(yī)療保險(xiǎn)、金融和教學(xué)等眾多領(lǐng)域。

2.1 RFID 系統(tǒng)的工作原理

一套完整的RFID 系統(tǒng)由讀寫(xiě)器(Reader)、電子標(biāo)簽(Tag)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成（圖2）。其工作原理是RFID 系統(tǒng)中的Reader 向Tag 發(fā)送無(wú)線射頻電波；Tag 接收Reader 發(fā)射的電波并將其轉(zhuǎn)化為工作電能，啟動(dòng)Tag內(nèi)芯片的電路工作，并將Tag 內(nèi)存儲(chǔ)的信息數(shù)據(jù)發(fā)射出去；Reader接收Tag 發(fā)射的數(shù)據(jù)電波進(jìn)行解碼、轉(zhuǎn)換并導(dǎo)入計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，從而完成整個(gè)RFID 的數(shù)據(jù)識(shí)別過(guò)程。對(duì)于本項(xiàng)目，RFID 系統(tǒng)通過(guò)以上過(guò)程可以追蹤到待找尋管段的精確位置。

圖2 RFID 系統(tǒng)組成

2.2 操作步驟

2.2.1 堆場(chǎng)區(qū)域的劃分以尼日利亞丹格特?zé)捰晚?xiàng)目A1 堆場(chǎng)為例，人為將堆場(chǎng)劃分為較小的10 個(gè)區(qū)域，并給每個(gè)區(qū)域編號(hào)（圖3）。最好按照Reader 和Tag 之間的感應(yīng)距離經(jīng)行劃分，保持在每個(gè)小區(qū)域中間移動(dòng)最小的距離可以獲得所有的Tag 信息（該項(xiàng)目應(yīng)用的設(shè)備的感應(yīng)距離是7m）。將這些區(qū)域編號(hào)全部輸入電腦系統(tǒng)，進(jìn)行儲(chǔ)存。再將區(qū)域信息從電腦通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送至

圖3 A1 標(biāo)段堆場(chǎng)劃分

Reader 掃描終端，掃描終端也將儲(chǔ)存這些區(qū)域信息。

2.2.2 Tag 的寫(xiě)入

通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和特定的感應(yīng)設(shè)備，可寫(xiě)入、清除、替換Tag 中的內(nèi)容。將每個(gè)管段所對(duì)應(yīng)的管段號(hào)寫(xiě)入Tag 中，并打印出相應(yīng)的管段號(hào)貼在Tag 上，便于肉眼識(shí)別（圖4）。

圖4 已寫(xiě)入信息的Tag

2.2.3 Tag 的綁扎

將寫(xiě)入管段信息的Tag 綁扎在對(duì)應(yīng)的管段上。值得注意的是，綁扎材料應(yīng)選用牢固可靠、耐磨、耐腐蝕材料，以免Tag 與管段分離。

2.2.4 位置信息的讀取和儲(chǔ)存

將綁扎好Tag 的管段轉(zhuǎn)運(yùn)到相應(yīng)的區(qū)域，堆放完畢后，用Reader 進(jìn)行掃描。Reader 與Tag 之間是通過(guò)紅外線進(jìn)行信息傳輸?shù)?，只需要站在區(qū)域中心將Reader 向四周各掃描一次即可，一次性便可以掃描儲(chǔ)存成百上千個(gè)管段信息。管段信息掃描完成后，選擇對(duì)應(yīng)的區(qū)域編號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者藍(lán)牙發(fā)回電腦終端。轉(zhuǎn)運(yùn)到其他堆場(chǎng)時(shí)，也可重復(fù)上述掃描過(guò)程，上傳到電腦端后，系統(tǒng)會(huì)記錄最新的管段位置信息；再結(jié)合GPS 技術(shù)，可在堆場(chǎng)地圖及施工現(xiàn)場(chǎng)地圖上具體顯示管段位置。

2.2.5 管段的尋找

找尋管段時(shí)，首先需要在系統(tǒng)中確認(rèn)該管段所處的堆場(chǎng)區(qū)域，持Reader 到達(dá)所處的區(qū)域后，掃描該區(qū)域所有的管段Tag；在Reader 上找到所需管段后，Reader 將自動(dòng)搜索該管段的位置，并可通過(guò)Reader上的方位和聲音提示找到該管段。

Reader 上將會(huì)顯示管段與Reader 的距離，也會(huì)發(fā)出“滴滴”的聲音，若距離越來(lái)越近，“滴滴”聲就會(huì)越急促，最終可通過(guò)距離和聲音提示找到所需管段（圖5）。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)尋找管段

2.2.6 Tag 的回收再利用

在進(jìn)行管段安裝前，將Tag 取下，用Reader 掃描儲(chǔ)存到“已安裝”，再上傳到系統(tǒng)中，也可以此來(lái)控制管段的安裝進(jìn)度。取下的Tag 可寫(xiě)入新的管段信息，再次利用。

3 無(wú)人機(jī)在RFID系統(tǒng)基礎(chǔ)上對(duì)管道堆場(chǎng)的輔助管理

對(duì)于占地近10 萬(wàn)m2的管道堆場(chǎng)、管焊施工班組近1000 個(gè)的超大型煉油項(xiàng)目，班組在轉(zhuǎn)運(yùn)預(yù)制管段時(shí)，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)暫時(shí)不用的管段未放回原處的情況。對(duì)此，七化建借助無(wú)人機(jī)進(jìn)行輔助管理。

不定時(shí)地使用無(wú)人機(jī)通過(guò)低空攝影對(duì)所要尋找的管道堆場(chǎng)進(jìn)行航拍，利用無(wú)人機(jī)航拍得到的管道堆放圖，輔助預(yù)制管段的尋找工作。在尋找挪位未放回原處的管段之前，耗費(fèi)10min 的時(shí)間對(duì)管道堆場(chǎng)進(jìn)行航拍，其航拍圖部分如圖6 所示。

尋找未放回原位的管段之時(shí)，將管段堆場(chǎng)航拍圖打印出來(lái)，結(jié)合電子版的放大航拍圖，按圖索驥，對(duì)每一處散放管段進(jìn)行放大查看，并在紙質(zhì)航拍圖上做好標(biāo)注；再根據(jù)標(biāo)注圖紙，對(duì)堆場(chǎng)進(jìn)行有的放矢的尋找；然后將找到的管段在堆場(chǎng)歸位，或轉(zhuǎn)運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)使用的位置。

4 結(jié)語(yǔ)

RFID 系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)單，Tag 可以重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)投入不高，并且操作簡(jiǎn)單易行，易于掌握。將RFID 技術(shù)用于管道堆場(chǎng)，可減少用于尋找管段的人力，節(jié)約尋找時(shí)間，減少機(jī)具的投入，也大大減少了管段無(wú)法及時(shí)找到的概率，從而節(jié)約施工成本，促進(jìn)施工進(jìn)度。在RFID 技術(shù)越來(lái)越成熟，并且應(yīng)用越來(lái)越廣泛的前提下，RFID 技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域?qū)⒌玫礁訌V泛的應(yīng)用。