基于掃描終端的雙層油罐全流程質(zhì)量追溯系統(tǒng)

王振中

(中石化安全工程研究院有限公司，山東 青島 266071)

近年來，中國加油站的埋地油罐滲泄漏問題日益嚴(yán)重，受到了廣泛關(guān)注。美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)公開資料顯示，加油站埋地油罐與管線是經(jīng)常發(fā)生泄漏的節(jié)點(diǎn)所在，據(jù)統(tǒng)計(jì)，服役超過15 a以上的地下油罐，大多存在不同程度的滲泄漏風(fēng)險(xiǎn)[1]。國內(nèi)目前約有10萬座加油站，其中有大量在役油站均建成于20世紀(jì)90年代[2]，截至2015年，埋地油罐的平均使用時(shí)長已超過20 a之久，存在較高的滲泄漏風(fēng)險(xiǎn)。為了有效防范埋地油罐滲泄漏風(fēng)險(xiǎn)，國家先后出臺了一系列的政策、標(biāo)準(zhǔn)，要求各地加油站應(yīng)在2017年底前完成雙層油罐的更換或采取類似的防滲措施[3-4]，涉及至少30萬個(gè)地下油罐。由于防滲改造時(shí)限短、任務(wù)重，短期內(nèi)市場上涌現(xiàn)出一大批良莠不齊的雙層油罐制造商，少數(shù)廠商在原料采購、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)均存在偷工減料問題，使得部分埋地油罐無法滿足長期安全使用的要求，有可能造成較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要針對雙層油罐在原料采購、生產(chǎn)工藝、運(yùn)輸過程、安裝驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，基于物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)研發(fā)全流程質(zhì)量追溯系統(tǒng)，為加油站防滲工程的改造質(zhì)量提供技術(shù)保障。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程簡介

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

雙層油罐全流程質(zhì)量追溯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括3個(gè)部分：發(fā)卡系統(tǒng)和標(biāo)簽鑒偽系統(tǒng)，用來向特定廠商下發(fā)掃描終端(RFID)標(biāo)簽，并記錄標(biāo)簽的全球唯一性識別編碼；前臺網(wǎng)站系統(tǒng)，主要用于RFID標(biāo)簽申請、流程審批、保存各環(huán)節(jié)的地理位置和照片信息、用戶管理、統(tǒng)計(jì)盤點(diǎn)等功能；APP和用戶終端，用于衛(wèi)星定位、拍照上傳、標(biāo)簽掃描等，需要和網(wǎng)站系統(tǒng)、標(biāo)簽鑒偽系統(tǒng)進(jìn)行通信，用戶終端則分為廠商專用終端和普通用戶的手機(jī)終端兩種，廠商專用終端具備更高的可靠性和更強(qiáng)的標(biāo)簽掃描性能。

圖1 雙層油罐全流程質(zhì)量追溯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

1.2 工作流程

雙層油罐全流程質(zhì)量追溯系統(tǒng)工作流程如圖2所示，管理端主要負(fù)責(zé)標(biāo)簽審批、發(fā)卡和信息核驗(yàn)，標(biāo)簽審批完成后即寄送至生產(chǎn)商。生產(chǎn)商則負(fù)責(zé)在雙層油罐生產(chǎn)的主要過程中按步驟掃描并上傳相關(guān)信息，其中，在油罐內(nèi)層生產(chǎn)完畢后，即將電子標(biāo)簽粘貼于罐體之上，并在APP中操作啟用對應(yīng)的電子標(biāo)簽，廠商專用終端在對電子標(biāo)簽進(jìn)行鑒偽認(rèn)證后，會將油罐的原材料信息、地理位置信息、照片等信息上傳至網(wǎng)站系統(tǒng)；然后方可開始外層油罐的生產(chǎn)，待油罐整體生產(chǎn)完畢后，須用廠商專用終端再次掃描電子標(biāo)簽并進(jìn)行上傳操作，此時(shí)該油罐將被標(biāo)記為待出廠狀態(tài)。

圖2 雙層油罐全流程質(zhì)量追溯系統(tǒng)工作流程示意

油罐出廠前，廠商再次使用專用終端將油罐的運(yùn)輸信息進(jìn)行登記，并由運(yùn)輸人員在運(yùn)輸過程中使用手機(jī)按時(shí)對油罐電子標(biāo)簽進(jìn)行掃描上傳，記錄準(zhǔn)確的運(yùn)輸路徑。油罐抵達(dá)油站后，由油站人員使用手機(jī)APP進(jìn)行確認(rèn)收貨，并在完成安裝、驗(yàn)收后，掃描拍照存檔。

上述流程有效覆蓋了雙層油罐生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸、安裝、驗(yàn)收的全過程，通過在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上傳必要的地理位置信息、照片信息、操作人員信息，可有效避免制作工藝簡化、委托他人代工等典型的雙層油罐質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 RFID標(biāo)簽選型

RFID是利用射頻信號的空間耦合原理實(shí)現(xiàn)信息的非接觸式傳遞，并利用該信息的傳遞達(dá)到自動識別的一項(xiàng)技術(shù)[5]。基于RFID的設(shè)備管理系統(tǒng)通常由RFID標(biāo)簽、讀寫器以及應(yīng)用系統(tǒng)三部分組成[6]。其中，RFID標(biāo)簽作為整個(gè)系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部件之一，其性能好壞對設(shè)備管理系統(tǒng)的整體性能影響至關(guān)重要。

RFID標(biāo)簽由芯片和天線組成，芯片中包含具有唯一ID的信息，從而與特定設(shè)備實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)。按照是否具備電池劃分，RFID標(biāo)簽可分為有源和無源兩大類[7]；按照工作頻率劃分，RFID標(biāo)簽又可分為低頻、高頻、超高頻等類別[8]。一般來說，工作頻率越高，標(biāo)簽掃描識別的距離通常越遠(yuǎn)。

該系統(tǒng)使用的標(biāo)簽，在選型時(shí)考慮到從雙層油罐生產(chǎn)到埋地安裝再到壽命終結(jié)報(bào)廢的時(shí)間長達(dá)30 a之久，在此期間標(biāo)簽都要一直可用，因此首選無源電子標(biāo)簽。在封裝和工作頻率方面，由于電子標(biāo)簽需直接粘貼于金屬罐體上進(jìn)行掃描，需考慮到標(biāo)簽封裝的抗金屬特性；綜合考慮標(biāo)簽掃描距離和操作方便性，最終選擇了某品牌的高頻抗金屬防偽標(biāo)簽，使用壽命可達(dá)50 a，擦寫次數(shù)大于10萬次，并支持國家商用加密算法。

2.2 發(fā)卡和鑒偽系統(tǒng)

發(fā)卡系統(tǒng)主要采用電腦和發(fā)卡器組成，主要用于初始化卡片的信息。廠商申請的標(biāo)簽通過審批后，管理員即將廠商的名稱、地理位置、油罐類型等信息寫入到標(biāo)簽的存儲器中，并采集標(biāo)簽的唯一識別碼和防偽信息存儲于后臺鑒偽系統(tǒng)中[9]。每次使用終端進(jìn)行掃描時(shí)，均會將獲取的電子標(biāo)簽唯一識別碼和防偽信息與后臺系統(tǒng)中的信息進(jìn)行比對，比對通過方可進(jìn)行后續(xù)的操作。

2.3 掃描終端

本文采用的電子標(biāo)簽掃描終端分為面向生產(chǎn)商的專用終端和面向其他用戶的手機(jī)終端兩種。由于雙層油罐的生產(chǎn)過程是影響其質(zhì)量的最重要的環(huán)節(jié)，廠商專用終端使用具備RFID讀寫功能的工業(yè)手持PDA，預(yù)裝定制版安卓系統(tǒng)和專用APP，具備衛(wèi)星定位、數(shù)據(jù)通信等功能，可防止安裝其他應(yīng)用程序來干擾油罐溯源程序的應(yīng)用。其他用戶則直接使用具備RFID功能的通用安卓手機(jī)即可。

2.4 APP應(yīng)用

APP應(yīng)用基于安卓系統(tǒng)環(huán)境開發(fā)，其基本工作流程如圖3所示，廠商專用終端啟動后，直接進(jìn)入APP登錄界面[10]。用戶登錄后，即可對電子標(biāo)簽進(jìn)行掃描操作，當(dāng)APP檢測到電子標(biāo)簽后，首先讀取標(biāo)簽內(nèi)置信息，并與后臺鑒偽系統(tǒng)進(jìn)行通信鑒偽。鑒偽通過后，界面顯示油罐的相關(guān)信息，點(diǎn)擊按鈕即可開始GPS定位。GPS定位完成后，選擇相應(yīng)的流程步驟進(jìn)行操作即可，操作完成后，GPS定位信息會即時(shí)保存至后臺系統(tǒng)。

圖3 移動端APP工作流程示意

2.5 網(wǎng)站系統(tǒng)

網(wǎng)站系統(tǒng)目前主要包括四個(gè)功能模塊，分別為訂單管理、檔案管理、標(biāo)簽管理、油罐管理。訂單管理主要用于接收采購合同信息，并根據(jù)采購合同為各廠商分配可申請的電子標(biāo)簽數(shù)量，建立特定數(shù)量的雙層油罐對象[11]；檔案管理主要存儲生產(chǎn)企業(yè)、運(yùn)輸企業(yè)等的基本信息、資質(zhì)信息等文檔；標(biāo)簽管理主要用于電子標(biāo)簽的申請、審批、寄送等操作；油罐管理則支持按企業(yè)、地域等不同維度對油罐現(xiàn)在所處的狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并且可查驗(yàn)異常的油罐狀態(tài)事件。

3 應(yīng)用效果

本文開發(fā)的基于RFID的雙層油罐全流程質(zhì)量追溯系統(tǒng)成功應(yīng)用于某石油公司的雙層油罐改造項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)對數(shù)萬臺雙層油罐的全生命周期質(zhì)量追溯管理，有效防范了行業(yè)內(nèi)存在的代工造假、偷工減料、以次充好等典型質(zhì)量問題，為雙層油罐改造工程質(zhì)量提供了有力保障。

4 結(jié)束語

本文基于RFID技術(shù)開發(fā)了一種雙層油罐全流程質(zhì)量追溯系統(tǒng)，結(jié)合RFID電子標(biāo)簽的唯一性編碼特性，以及GPS定位和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對雙層油罐的生產(chǎn)、出廠、運(yùn)輸、安裝等全流程的質(zhì)量追溯和跟蹤。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)，該系統(tǒng)能夠有效防范雙層油罐全生命周期的各類質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，為加油站的防滲工程改造質(zhì)量提供技術(shù)保障。