基于掃描終端的雙層油罐全流程質量追溯系統(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重，受到了廣泛關注。美國環(huán)境保護署(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)點所在，據(jù)統(tǒng)計，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險[1]。國內目前約有10萬座加油站，其中有大量在役油站均建成于20世紀90年代[2]，截至2015年，埋地油罐的平均使用時長已超過20 a之久，存在較高的滲泄漏風險。為了有效防范埋地油罐滲泄漏風險，國家先后出臺了一系列的政策、標準，要求各地加油站應在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30萬個地下油罐。由于防滲改造時限短、任務重，短期內市場上涌現(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)境風險。因此，有必要針對雙層油罐在原料采購、生產(chǎn)工藝、運輸過程、安裝驗收等環(huán)節(jié)，基于物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術研發(fā)全流程質量追溯系統(tǒng)，為加油站防滲工程的改造質量提供技術保障。

1 系統(tǒng)結構及工作流程簡介

1.1 系統(tǒng)結構

雙層油罐全流程質量追溯系統(tǒng)結構如圖1所示，主要包括3個部分：發(fā)卡系統(tǒng)和標簽鑒偽系統(tǒng)，用來向特定廠商下發(fā)掃描終端(RFID)標簽，并記錄標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)計盤點等功能；APP和用戶終端，用于衛(wèi)星定位、拍照上傳、標簽掃描等，需要和網(wǎng)站系統(tǒng)、標簽鑒偽系統(tǒng)進行通信，用戶終端則分為廠商專用終端和普通用戶的手機終端兩種，廠商專用終端具備更高的可靠性和更強的標簽掃描性能。

圖1 雙層油罐全流程質量追溯系統(tǒng)結構示意

1.2 工作流程

雙層油罐全流程質量追溯系統(tǒng)工作流程如圖2所示，管理端主要負責標簽審批、發(fā)卡和信息核驗，標簽審批完成后即寄送至生產(chǎn)商。生產(chǎn)商則負責在雙層油罐生產(chǎn)的主要過程中按步驟掃描并上傳相關信息，其中，在油罐內層生產(chǎn)完畢后，即將電子標簽粘貼于罐體之上，并在APP中操作啟用對應的電子標簽，廠商專用終端在對電子標簽進行鑒偽認證后，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簽并進行上傳操作，此時該油罐將被標記為待出廠狀態(tài)。

圖2 雙層油罐全流程質量追溯系統(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輸信息進行登記，并由運輸人員在運輸過程中使用手機按時對油罐電子標簽進行掃描上傳，記錄準確的運輸路徑。油罐抵達油站后，由油站人員使用手機APP進行確認收貨，并在完成安裝、驗收后，掃描拍照存檔。

上述流程有效覆蓋了雙層油罐生產(chǎn)、儲存、運輸、安裝、驗收的全過程，通過在關鍵節(jié)點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量風險。

2 系統(tǒng)詳細設計

2.1 RFID標簽選型

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

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

該系統(tǒng)使用的標簽，在選型時考慮到從雙層油罐生產(chǎn)到埋地安裝再到壽命終結報廢的時間長達30 a之久，在此期間標簽都要一直可用，因此首選無源電子標簽。在封裝和工作頻率方面，由于電子標簽需直接粘貼于金屬罐體上進行掃描，需考慮到標簽封裝的抗金屬特性；綜合考慮標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簽，使用壽命可達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簽的存儲器中，并采集標簽的唯一識別碼和防偽信息存儲于后臺鑒偽系統(tǒng)中[9]。每次使用終端進行掃描時，均會將獲取的電子標簽唯一識別碼和防偽信息與后臺系統(tǒng)中的信息進行比對，比對通過方可進行后續(xù)的操作。

2.3 掃描終端

本文采用的電子標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終端兩種。由于雙層油罐的生產(chǎn)過程是影響其質量的最重要的環(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，可防止安裝其他應用程序來干擾油罐溯源程序的應用。其他用戶則直接使用具備RFID功能的通用安卓手機即可。

2.4 APP應用

APP應用基于安卓系統(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，直接進入APP登錄界面[10]。用戶登錄后，即可對電子標簽進行掃描操作，當APP檢測到電子標簽后，首先讀取標簽內置信息，并與后臺鑒偽系統(tǒng)進行通信鑒偽。鑒偽通過后，界面顯示油罐的相關信息，點擊按鈕即可開始GPS定位。GPS定位完成后，選擇相應的流程步驟進行操作即可，操作完成后，GPS定位信息會即時保存至后臺系統(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)目前主要包括四個功能模塊，分別為訂單管理、檔案管理、標簽管理、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)、運輸企業(yè)等的基本信息、資質信息等文檔；標簽管理主要用于電子標簽的申請、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)進行統(tǒng)計分析，并且可查驗異常的油罐狀態(tài)事件。

3 應用效果

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

4 結束語

本文基于RFID技術開發(fā)了一種雙層油罐全流程質量追溯系統(tǒng)，結合RFID電子標簽的唯一性編碼特性，以及GPS定位和移動互聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)了對雙層油罐的生產(chǎn)、出廠、運輸、安裝等全流程的質量追溯和跟蹤。經(jīng)過實際應用檢驗，該系統(tǒng)能夠有效防范雙層油罐全生命周期的各類質量風險，為加油站的防滲工程改造質量提供技術保障。