摘　要：為了實現燃氣管網中閥門的信息化管理，提出了基于射頻識別(RFID)的可控閥門信息化系統，賦予每個閥門唯一的電子標簽，將閥門的制造企業信息、燃氣企業信息及產品的安裝信息、使用信息、維護信息、檢驗信息等儲存于電子標簽中，對可控閥門進行動態追蹤管理和控制。探討基于RFID的可控閥門信息化系統的整體架構、系統硬件、系統軟件、工作流程。

關鍵詞：可控閥門；  信息化系統；  射頻識別；  電子標簽；  可控閥門

Construction of Controllable Valve Information System Based on RFID

Abstract：In order to realize information mailagement of valves for gas pipe network，an information system of controllable valves based on radio frequency identification(RFlD)is puts forward．A unique electronic tag is assigned to each valve，and the valve manufacturing enterprise information，gas enterprise information，product installation information，use information，maintenance information，inspection information are stored in the electronic tag to achieve dynamic tracking management and control of controllable valves．The whole structure，system hardware，system software and working process of controllable valve information system based on RFID are discussed．

Keywords：controllable valve；information system；radio frequency identification；electronic tag

1　概述

近年來射頻識別(Radio Frequency IDentification，簡稱RFID，俗稱電子標簽)，廣泛應用于CNG、LPG鋼瓶管理等領域，并取得了良好的效果。我國燃氣行業經過近年的高速發展，燃氣管網規模迅速擴張，城市管網環境復雜，各地燃氣公司的生產運營及安全面臨著巨大的挑戰。為了提高企業運營效率，提升企業運營安全和燃氣管網運營的信息化水平，本文闡述基于RFID的可控閥門信息化系統的構建，通過將閥門制造企業信息、燃氣企業信息以及產品安裝信息、使用信息、維護信息、檢驗信息等固化于電子標簽中并匹配信息化管理平臺，以提高產品的可追溯性、安全性以及信息化管理水平，促進制造與使用企業管理水平提升，并提供界定和規避責任的有效工具。

2　系統整體架構

RFID可控閥門信息化系統整體架構由設備感知層、數據完善層、網絡傳輸層、數據儲存層、決策管理層共5個層次構成，系統整體架構層次構成見圖1。

圖1中，設備感知層就是RFID可控閥門信息化系統的硬件部分，主要包括RFID可控閥門、移動手持讀寫器、專用組合工具、發卡器，其中RFID可控閥門、移動手持讀寫器、專用組合工具是設備感知層硬件的主體，發卡器是閥門制造企業快速作業的硬件，可以直接與電腦USB接口連接，對電子標簽進行讀寫操作。移動手持讀寫器是閥門制造企業和燃氣企業共同讀寫的硬件。

RFID可控閥門由可控閥門本體和電子標簽兩部分組成。

可控閥門本體的啟閉驅動結構采用非標式螺釘“自重自鎖”的機械原理，實現對可控閥門執行“用戶不得開關”、“物業公司可關不可開”、“燃氣公司可關可開”三級管理功能。

RFID可控閥門(以下簡稱閥門)是指將電子標簽系統固化于可控閥門上，按約定的協議，把閥門的制造企業信息、燃氣企業信息及產品安裝信息、使用信息、維護信息、檢驗信息等(以下簡稱數據)與互聯網相連接，進行信息交換和通信，實現對閥門的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。

電子標簽(以下簡稱標簽)是由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼且可寫入儲存空間，附著在物體上標識目標對象。

移動手持讀寫器(以下簡稱讀寫器)是讀寫標簽信息的設備，是便攜式數據終端。它集成了簡單的操作系統，通過讀寫器中射頻模塊(發送器和接收器)與標簽進行無線通信，實現對標簽識別碼和內存數據的讀出或寫入或傳輸等操作；建立的數據可以通過無線或USB接口傳輸；標簽與讀寫器之間通過耦合元件實現射頻信號的空間(無接觸)耦合，在耦合通道內，根據時序關系，實現能量的傳遞和數據交換。

專用組合工具(以下簡稱工具)由第一啟閉專用工具和第二啟閉專用工具兩部分組成。第一啟閉專用工具是指閥門在開啟狀態下通過此工具可以實現閥門關閉，即閥門實現可關不可開功能。第二啟閉專用工具是指閥門在關閉狀態下通過此工具開啟非標螺釘后再通過第一啟閉專用工具，閥門實現開啟。只有通過第一啟閉專用工具和第二啟閉專用工具組合使用，才能實現閥門可關可開的功能。第一啟閉專用工具上還內嵌標簽，標簽對工具服務小區的名稱、領用物業公司的名稱、數量、責任人進行管理。

數據完善層就是指閥門制造企業生產制造人員利用讀寫器或發卡器硬件對電子標簽系統建立制造企業基本信息，燃氣公司基層安裝人員、管理人員利用讀寫器硬件對電子標簽系統讀出產品基本信息并建立燃氣公司規定的數據信息。

網絡傳輸層就是利用無線網或設定的局域網、USB接口將數據完善層建立、采集的數據傳輸到閥門信息化系統軟件中，同時通過網絡傳輸層實現閥門制造企業和燃氣企業的數據共享。

數據儲存層就是將建立的數據在閥門信息化系統中儲存，其中燃氣公司在讀寫器中建立的新數據利用無線網傳輸，12h內才能到達數據儲存層，但一般燃氣公司在讀寫器中建立的新數據在次日數據完善層上崗前通過USB接口將數據傳輸到閥門信息化系統中。

決策管理層就是燃氣公司中、高層管理人員組建的團隊，團隊人員通過對數據儲存層中的數據進行分析，對燃氣公司數據完善層是否按照公司工作標準要求工作進行動態管理。該系統整體架構層次是由下而上地建立系統數據，而決策管理層對數據分析后是通過燃氣公司其他管理方式進行由上往下的動態管理。

從圖l分析可得系統整體作業流程為：數據完善層通過設備感知層建立、采集數據后，再通過網絡傳輸層集成到數據儲存層，決策管理層可根據管理的需求對數據儲存層中的數據進行查詢、統計與分析等工作。

3　系統硬件和軟件

基于RFID的可控閥門信息化系統整體設計主要由硬件和軟件兩部分組成。

3．1　系統硬件

系統硬件主要包括閥門、工具、發卡器、讀寫器。

閥門是安裝在各社區燃氣管網中的產品，實現“用戶不得開關”、“物業公司可關不町開”、“燃氣公司可關可開”三級管理功能。即當閥門處于開啟狀態時，燃氣公司、物業公司可自由關閉閥門，用戶不可自由關閉閥門；閥門處于關閉狀態時，燃氣公司可自由開啟閥門，用戶和物業公司不可自由開啟閥門。

工具根據燃氣公司管理的需求配置相應數量，第一啟閉專用工具一般由燃氣公司配置給物業公司，燃氣公司對發放給物業公司的發放信息(服務小區的名稱，領用物業公司的名稱、數量、責任人)進行管理。只有燃氣公司同時配置第一啟閉專用工具和第二啟閉專用工具。

發卡器是配合閥門制造企業后臺或者管理中心進行發卡管理的設備，可對置于讀卡區域上的空白卡進行讀卡、寫卡、授權、格式化等操作。

讀寫器是完成對電子標簽安裝信息、使用信息、維護信息、檢驗信息等信息的讀或寫的設備，并且還可以通過網絡或SD卡通信接口或USB接口連接，將所有數據傳輸到管理平臺中。讀寫器根據工作環境、使用的穩定性以及操作人員習慣的要求，選配時應選擇較高的工業等級。

3．2　系統軟件

系統軟件主要包括閥門制造企業管理軟件、燃氣企業管理軟件、讀寫器應用軟件。其中閥門制造企業管理軟件、燃氣企業管理軟件組成信息化管理平臺。

3．2．1閥門制造企業管理軟件

閥門制造企業管理軟件主要有產品基本信息管理、組織架構管理、用戶管理、標簽管理、數據報表、數據導入導出、數據同步、數據查詢等模塊。產品基本信息管理是對閥門的型號、規格、生產時間、生產批次、標簽號等進行管理，通過網絡共享給燃氣企業服務器，燃氣企業服務器將接收到的閥門制造企業的數據儲存在數據庫中。

組織架構管理是對系統中閥門制造企業、燃氣企業數據庫信息維護機構的基本信息進行管理。

用戶管理主要是對用戶進行權限功能的設定及實名制基本信息的管理，對制造企業內部而言，用戶是指閥門制造企業建立產品基本信息的操作人員；對制造企業外部而言，用戶是指購買產品的燃氣企業。

標簽管理是指制造企業對建立數據的標簽進行管理，包括標簽信息的查詢、編輯和報廢處理以及標簽初始化等。

數據報表主要是對已建立的產品基本信息模塊、電子標簽模塊的信息進行處理分析，形成數據報表。

數據導入導出是指通過USB接口將數據庫中的數據導入到讀寫器上或將讀寫器中的數據導出到電腦管理平臺上。

數據同步是指讀寫器中標簽數據與電腦管理平臺上的標簽數據同步與信息共享，促使讀寫器和管理平臺上的數據保持完整性和統一性，數據同步一般通過USB接口實現。

數據查詢是指通過自定義查詢所需的數據信息。管理平臺中建立的數據通過通信網絡傳輸給燃氣企業，燃氣企業服務器將接收到的閥門制造企業數據包導入到系統，就可以獲得閥門產品的詳細數據。

3．2．2燃氣企業管理軟件

燃氣企業管理軟件系統主要有創建用戶、用戶管理、地址信息的建立與修改、數據報表、數據導入導出、數據同步、數據查詢等功能。創建用戶指燃氣企業數據完善層人員根據分布在同一城市不同行政區劃進行賬戶創建、權限功能的設定及實名制基本信息的創建。創建用戶總體邏輯為同一燃氣公司分布在不同城市，在管理平臺上創建一個燃氣公司總賬戶，燃氣公司總賬戶根據同一城市不同縣／區的燃氣公司創建一個分總賬戶后，在分總賬戶下根據不同縣／區創建多個不同的分賬戶，但所有的賬戶在管理平臺中可以集成到燃氣公司總賬戶管理平臺。

用戶管理主要是對創建用戶賬戶基本信息、權限、建立數據等模塊進行管理，其中權限模塊管理按照行政區劃，系統中行政區劃到縣／區，街道具體由數據完善層人員進行建立完善。比如A城市有三個區一個縣，那么第一區、第二區、第三區以及一個縣的賬號權限是不可以互通的，具體說同一城市內的不同縣／區賬戶權限設置是不同的，各縣／區之間的賬號登錄讀寫器只能讀寫本縣／區的RFID可控閥門的數據信息及建立完善數據，其他縣／區不識別，杜絕讀寫器混用和數據混淆的現象，同時達到區域監管的效果。

地址信息的建立與修改主要指閥門安裝在燃氣管網的具體街道、小區地理位置信息，系統中可以按照創建用戶行政區劃在系統中預先設定到行政區劃或者默認設定的行政區劃，再按照閥門具體安裝在不同的街道、小區地理位置來建立與修改地址信息。

數據報表主要是對產品基本信息模塊(包括產品安裝信息、使用信息、維護信息、檢驗信息等)、燃氣企業創建用戶信息模塊、燃氣企業數據完善層建立的數據模塊的信息等進行處理分析，形成數據報表。

數據導入導出是指通過USB接口將讀寫器中的數據導出到電腦管理平臺上，或將數據庫中的數據導入到讀寫器上。

數據同步與閥門制造企業數據同步操作方法一致。數據查詢是指對數據庫中的數據通過自定義查詢，獲得產品基本信息、安裝信息、使用信息、維護信息、檢驗信息等數據信息。管理平臺中建立的數據通過通信網絡傳輸給閥門制造企業，閥門制造企業服務器將接收到的燃氣企業數據包導入到系統，就可以獲得安裝閥門后的數據。

3．2．3讀寫器應用軟件

讀寫器應用軟件包括閥門制造企業應用軟件和燃氣企業應用軟件。閥門制造企業讀寫器應用軟件主要對產品的型號、規格、生產時間、生產批次、標簽號等基本信息進行讀寫，其他信息只能讀取，不能編輯。燃氣企業讀寫器應用軟件主要對閥門安裝后產品安裝信息、使用信息、維護信息、檢驗信息等信息進行編輯，但對閥門制造企業建立的產品基本信息只能讀取。另外，燃氣企業軟件增加了應急的查詢功能，主要是在緊急情況下燃氣公司數據完善層人員可以快速獲悉產品的基本信息，不需要登錄到讀寫器應用軟件界面，只要輸入的查詢條件符合兩條及以上就可以進入緊急查詢界面，查詢條件包括地址、標簽號、經緯度、安裝信息等。

4　工作流程

標簽在閥門制造企業實現應用流通的工作流程和產品在燃氣企業應用流通的工作流程見圖2、3。

標簽在閥門制造企業應用流通的工作流程如下：閥門制造企業購買定制的電子標簽，閥門制造企業的數據完善層人員領取空白電子標簽，利用發卡器建立閥門制造企業的數據后，使用讀寫器對建立的信息進行數據校對，不合格的電子標簽退回重新建立制造企業的數據，合格的電子標簽安裝到可控閥門上。通過入庫檢驗再次對電子標簽上制造企業的信息進行數據校對，不合格的電子標簽從可控閥門上卸下作為廢標簽回收，合格閥門打包入庫并按單發貨到燃氣企業。一般情況下，不合格的電子標簽很少發生，但為了保證每個合格電子標簽流入下道工序，特制定了圖2所示工作流程，從而方便系統的部署和使用。

閥門在燃氣企業應用工作流程如下：燃氣企業接收成品閥門及數據，數據完善層人員將成品閥門基本信息導入數據儲存層后，對成品閥門在安裝前對制造企業建立的信息進行校對，校對數據不合格的成品閥門，燃氣企業直接退貨給閥門制造企業重新建立數據，對合格成品閥門燃氣企業數據完善層人員將其安裝在各社區燃氣管網中并按規定建立標簽數據。

閥門制造企業與燃氣企業數據關聯是通過網絡發包實現數據共享，發包的格式是加密格式，具體如下：閥門制造企業發貨時通過網絡將本批次發貨的閥門在系統軟件中建立數據包，發給燃氣企業，燃氣企業將接收到的數據導入系統軟件中，即可獲得閥門制造企業建立的數據；燃氣企業對已安裝的閥門在系統軟件中建立數據包，發給閥門制造企業，閥門制造企業將其導入系統軟件中，即可獲得燃氣企業建立的數據，實現制造企業和燃氣企業儲存數據共享，對后續系統軟件的升級有很好的支撐。

從圖2、3可知，閥門制造企業標簽應用流通的工作流程和閥門在燃氣企業應用流通的工作流程都是層層控制，道道把關，保證發貨閥門電子標簽的質量。

5　結語

基于RFID的可控閥門信息化系統實現對閥門制造企業產品的基本信息，產品在燃氣企業的安裝信息、使用信息、維護信息、檢驗信息進行全壽命期的信息化管理，有利于提高產品的可追溯性以及信息化管理水平，促進閥門制造企業與燃氣企業管理水平提升。基于RFID的可控閥門信息化系統的構建體現了更廣泛的產品運行數據監控、更緊密的數據集成、更系統的分析和決策。

本文作者：嚴榮杰  林建芬

作者單位：寧波志清實業有限公司