王 亮　李保緒　孫建成

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院　烏魯木齊　830011）

面向物聯(lián)網(wǎng)的車用氣瓶檢測系統(tǒng)開發(fā)

王 亮李保緒孫建成

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院烏魯木齊830011）

針對車用氣瓶檢測環(huán)節(jié)存在檢測效率低下、檢測結(jié)果不夠客觀、氣瓶漏檢等問題，開發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)的車用氣瓶檢測系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，賦予每只氣瓶一個唯一標(biāo)識的射頻識別標(biāo)簽，采用射頻識別技術(shù)將車用氣瓶與具體檢測環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)，并借助WIFI和藍(lán)牙兩種無線通信技術(shù)將檢測結(jié)果自動傳輸至后臺服務(wù)器，實現(xiàn)檢測現(xiàn)場與業(yè)務(wù)報告管理系統(tǒng)的實時交互。通過該系統(tǒng)的實施，提高了氣瓶檢測效率，增強(qiáng)了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，擴(kuò)大了信息共享范圍，提高了氣瓶檢測的整體信息化水平。

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別技術(shù)車用氣瓶檢測自由口通信

汽車用壓縮天然氣氣瓶是一種移動式高壓壓力容器，在頻繁的充裝、儲存、運輸、使用過程中，容易造成氣瓶金屬疲勞，隨時可能發(fā)生泄漏或者爆炸的危險［1］。進(jìn)行車用氣瓶的定期檢驗是保證氣瓶安全使用的有效手段。

國家和自治區(qū)相關(guān)部門先后頒布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和技術(shù)規(guī)范，對車用氣瓶設(shè)計、制造、安裝、使用、充裝、運輸及檢驗等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，保證車用氣瓶的安全使用。對車用壓縮天然氣氣瓶進(jìn)行定期檢驗，及時發(fā)現(xiàn)氣瓶在使用過程中出現(xiàn)的異常情況，是保證氣瓶能安全使用、保障人民生命安全和財產(chǎn)安全，乃至維護(hù)社會穩(wěn)定的重要手段［2-3］。

目前車用氣瓶的檢測方式是：檢測人員在氣瓶的檢測過程中需要人工記錄檢測結(jié)果，手工填寫紙質(zhì)原始記錄單，再進(jìn)入質(zhì)監(jiān)部門的報告單業(yè)務(wù)系統(tǒng)，人工錄入檢測結(jié)果，打印檢驗報告單。這種檢驗方式存在以下三個方面的問題：

1）人工填寫紙質(zhì)原始記錄單，導(dǎo)致邊檢測邊填寫，嚴(yán)重影響整個檢測效率；

2）原始記錄與檢驗報告之間脫節(jié)，檢驗報告上的所有判斷結(jié)果都是人為的，有失公正性；

3）現(xiàn)有檢測工藝對氣瓶的檢測是無序的，在檢測線上會有多個氣瓶待檢，因此可能會出現(xiàn)個別氣瓶的某些檢驗項漏檢或誤檢。

本項目在不改變現(xiàn)有檢測設(shè)備和檢測工藝的前提條件下，引入物聯(lián)網(wǎng)中的射頻識別技術(shù)，開發(fā)出面向物聯(lián)網(wǎng)的車用氣瓶檢測系統(tǒng)。為每只氣瓶賦予唯一標(biāo)識的電子標(biāo)簽，作為氣瓶的“身份證”；并借助于各種無線通信技術(shù)實現(xiàn)檢測結(jié)果的自動上傳，省去人工填寫原始記錄單的過程，能提高檢測效率和保證檢測結(jié)果的可信度［4-7］。

1　系統(tǒng)總體方案

1.1系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)從功能架構(gòu)上分為數(shù)據(jù)采集層、管理層和數(shù)據(jù)中心［8-9］，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

各部分功能如下：

數(shù)據(jù)采集層：需要完成氣瓶的外觀檢測、瓶口螺紋檢測、瓶閥檢測、水壓試驗和氣密性檢測等檢測環(huán)節(jié)。在每項檢測環(huán)節(jié)完成后，檢測人員通過掃描槍或PDA將該項的檢測結(jié)果發(fā)送到氣瓶檢測站服務(wù)器儲存。

管理層：位于氣瓶檢測站，主要完成送檢氣瓶的登記以及檢測信息的存儲。除此之外，管理層需要根據(jù)氣瓶的每項檢測結(jié)果出具氣瓶定期檢驗報告。

數(shù)據(jù)中心：設(shè)立在相關(guān)質(zhì)監(jiān)部門，包括數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，存儲著所有車用氣瓶的詳細(xì)數(shù)據(jù)，包括氣瓶安裝時間、安裝車牌號、定期檢驗時間及每次檢驗結(jié)果等信息。由于目前烏魯木齊市車用氣瓶數(shù)量較多，數(shù)據(jù)量非常龐大，所以數(shù)據(jù)中心采用數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器協(xié)同工作的方式。數(shù)據(jù)服務(wù)器完成氣瓶詳細(xì)數(shù)據(jù)的存儲；應(yīng)用服務(wù)器完成各種數(shù)據(jù)表格的存儲和對各種數(shù)據(jù)操作的協(xié)調(diào)，一方面接受數(shù)據(jù)操作信息，另一方面完成對數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)的讀寫操作。

圖2為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，氣瓶檢測站與新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院通過一條專用的光纖進(jìn)行通信，氣瓶檢測站內(nèi)主要采用WIFI進(jìn)行通信。

圖2　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.2軟件架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)軟件架構(gòu)由下到上分為三層主框架：數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層及表現(xiàn)層［10］，如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)軟件架構(gòu)

統(tǒng)一業(yè)務(wù)支撐平臺基于XML/J2EE/.Net Framework等開放技術(shù)，遵循SOA架構(gòu)體系，需要采用全程建模、基于組件分層開發(fā)的技術(shù)路線，C#與VB編寫完成軟件模塊的開發(fā)。

三層架構(gòu)模式具有穩(wěn)定性高、延展性好和執(zhí)行效率高的優(yōu)點，采用該種模式可以統(tǒng)一客戶服務(wù)到客戶端，將客戶服務(wù)集中統(tǒng)一管理，因此系統(tǒng)容錯能力較高、負(fù)載平衡能力較好。隨著新疆維吾爾自治區(qū)車用氣瓶監(jiān)控中心系統(tǒng)逐步完善和業(yè)務(wù)發(fā)展，這種軟件構(gòu)架的優(yōu)勢將進(jìn)一步體現(xiàn)出來。

2　車用氣瓶檢測系統(tǒng)

2.1車用氣瓶檢測流程

待檢氣瓶進(jìn)入氣瓶檢測站，首先進(jìn)行氣瓶的拆卸，再根據(jù)原始記錄單記錄氣瓶的公稱壓力、生產(chǎn)日期、車牌號碼等重要信息；待完成氣瓶登記后，氣瓶進(jìn)入檢測環(huán)節(jié)。

氣瓶檢測具體環(huán)節(jié)如圖4所示。其中需要記錄具體檢驗結(jié)果的環(huán)節(jié)是外觀檢測、瓶口螺紋、水壓試驗、瓶閥檢測和氣密性測試，以上測試環(huán)節(jié)的結(jié)果將影響氣瓶的報廢與否，因此需要對其詳細(xì)的檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。其中外觀檢查與評定環(huán)節(jié)需要記錄氣瓶外觀損壞的具體參數(shù)（氣瓶外表面劃傷深度等）；水壓試驗環(huán)節(jié)需要記錄氣瓶的殘余變形率；氣密性環(huán)節(jié)需要記錄氣瓶的泄露壓力，最后再依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)判斷氣瓶是否合格。

圖4　系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

2.2界面開發(fā)

系統(tǒng)軟件模塊開發(fā)分為手持機(jī)模塊和PC模塊，見表1。手持機(jī)模塊主要完成檢測人員的登錄、電子標(biāo)簽的掃描、相應(yīng)檢測環(huán)節(jié)的檢測等，PC端模塊主要包括登錄模塊、PC端權(quán)限管理模塊、數(shù)據(jù)分析和打印報告單模塊和送檢氣瓶登記模塊。

表1　系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計

●2.2.1手持機(jī)端的應(yīng)用

圖5　PDA登錄界面圖

圖5為PDA登錄界面。PDA登錄模塊要求檢測人員輸入個人的姓名及密碼，并選擇檢測氣瓶的種類和具體的檢測項。在檢測人員點擊“登錄”按鈕后，PDA將檢測人員的信息發(fā)送到氣瓶檢測站數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲，作為信息溯源的依據(jù)。在檢測人員登錄到相應(yīng)氣瓶檢測環(huán)節(jié)后，掃描電子標(biāo)簽，開始檢測操作，再根據(jù)相應(yīng)檢測環(huán)節(jié)的界面錄入結(jié)果。圖6為纏繞瓶外觀檢測結(jié)果錄入界面，包括氣瓶標(biāo)識、劃傷擦傷鑿傷、氣瓶磨損等選項。

圖6　纏繞瓶外觀檢測

●2.2.2PC端的應(yīng)用

1）水壓測試環(huán)節(jié)。車用氣瓶水壓試驗檢測環(huán)節(jié)是氣瓶檢驗的必檢環(huán)節(jié)，也是被普遍認(rèn)可的檢驗氣瓶綜合性能較理想的測試方法。它將氣瓶的容積殘余變形率作為考核指標(biāo)。筆者將受試氣瓶抽象成下端為平底封頭、上端為半球形封頭的薄壁圓筒形容器；筒體部分在試驗壓力作用下，殼壁處于兩向應(yīng)力狀態(tài)［11］。水壓試驗檢測環(huán)節(jié)采用GB/T 9251—2011《氣瓶水壓試驗方法》規(guī)定的外測法氣瓶容積變形試驗測試方法。

水壓試驗系統(tǒng)采用VB開發(fā)上位監(jiān)控畫面，S7-200PLC為下位控制器，上位機(jī)和下位機(jī)之間采用自由口通信。水壓測試時檢測人員通過移動數(shù)據(jù)終端掃描待檢氣瓶電子標(biāo)簽，記錄待檢氣瓶編號等信息，并通過藍(lán)牙通信技術(shù)將氣瓶信息傳送給上位組態(tài)軟件。上位組態(tài)軟件定時采集待檢氣瓶內(nèi)部壓力值，并實時顯示壓力變化曲線。當(dāng)測試完成后，上位組態(tài)軟件將氣瓶信息、檢測人員信息、測試結(jié)果一并寫入數(shù)據(jù)庫。

水壓測試上位界面見圖7。

圖7　水壓測試上位界面

2）氣密性測試環(huán)節(jié)。氣密性測試環(huán)節(jié)是在氣瓶更換瓶閥環(huán)節(jié)后，用來檢驗瓶體、閥門及堵頭螺紋等處是否泄漏［12］。

根據(jù)GB 24162—2009規(guī)定：只有在氣瓶水壓試驗合格后，才能進(jìn)行氣密性試驗。氣密性試驗采用的方法是：將充以氣瓶公稱壓力（20MPa）的受試瓶浸入試驗水槽中，保證使受試瓶任何部位都在水面以下至少 5cm；緩慢地轉(zhuǎn)動受試瓶，持續(xù)2min，通過人眼觀查各部位有無氣泡出現(xiàn)；若有連續(xù)氣泡產(chǎn)生或者擦去固定氣泡后又有新氣泡產(chǎn)生，則證明該受試瓶存在氣體泄露，可判斷氣密性試驗不合格［13-14］。

在不改變原有檢測設(shè)施的基礎(chǔ)上，通過增加壓力變送器檢測氣瓶內(nèi)壓力，并上傳給PLC。采用VB開發(fā)上位監(jiān)控畫面，上位組態(tài)通過曲線控件顯示氣瓶內(nèi)壓力的變化過程，結(jié)合人眼觀察給出氣密性測試結(jié)果。待檢測完成后，上位組態(tài)軟件將氣瓶信息、檢測人員信息、氣瓶保壓時間和氣瓶氣密性狀況記錄到數(shù)據(jù)庫。

氣密性檢測上位界面見圖8。

圖8　氣密性測試上位界面

3）試驗報告生成。氣瓶檢測數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)在采集到所有的試驗原始記錄后，根據(jù)定義好的業(yè)務(wù)規(guī)則判定標(biāo)準(zhǔn)，生成報告判斷數(shù)據(jù)并自動填寫到現(xiàn)有的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。操作人員可以直接通過該系統(tǒng)打印報告單。

3　結(jié)論

通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)有氣瓶檢驗技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出面向物聯(lián)網(wǎng)的車用氣瓶檢測系統(tǒng)。構(gòu)建了一個以射頻識別標(biāo)簽為載體的信息管理平臺，以射頻識別標(biāo)簽作為媒介將氣瓶的每一檢測項進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并通過移動數(shù)據(jù)終端（PDA）對每一檢測環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、集中處理，自動生成可以導(dǎo)入質(zhì)監(jiān)部門的報告單業(yè)務(wù)系統(tǒng)的檢測結(jié)果。為整個檢測過程搭建一個高效、有序的檢測過程。

與原有系統(tǒng)比較，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1）從傳統(tǒng)的填寫紙質(zhì)原始記錄到信息化的實時管理，對檢測過程的結(jié)果記錄更為及時、高效。

2）利用集成思想，將“新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院氣瓶檢測線電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)”與“水壓檢測系統(tǒng)”、“氣密性檢測系統(tǒng)”和“報告單業(yè)務(wù)系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，變信息孤島為共享平臺，擴(kuò)大了信息共享范圍、縮短了信息共享時延。

3）加強(qiáng)檢測過程中的數(shù)據(jù)實時采集，獲得采集結(jié)果的實時反饋。

4）本項目的開發(fā)對于其它特種設(shè)備（例如氧氣瓶、氮氣瓶、電梯、鍋爐、安全閥等）的檢驗具有很強(qiáng)的借鑒性。

2015年1月，本項目通過了自治區(qū)質(zhì)監(jiān)局的竣工驗收，正式啟用。經(jīng)過一年多的運行，整套系統(tǒng)可靠、高效，不僅將檢驗人員從繁重、重復(fù)的手寫原始記錄工作中解放出來，而且極大的提高了報告及時率和檢驗準(zhǔn)確性。從以往每條檢驗線每天50只氣瓶，提高到每天80只，兩條檢驗線每天的檢驗量達(dá)到了160只氣瓶。面對烏魯木齊市10萬只/每年車用氣瓶的檢驗量，該項目的實施有效緩解了檢驗需求和檢驗?zāi)芰χg的矛盾，創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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Development of Vehicle Cylinder Detection System Facing Internet of Things

Wang LiangLi BaoxuSun Jiancheng （Special equipment inspection and research institute of Xinjiang Uygur Autonomous RegionUrumqi830011）

To solve the problems of low detection efficiency， less objective detection resultes and leaking detection for gas cylinder detecting in cars， the gas cylinder testing system for vehicle based on internet of things is developed. In the system， the RFID tag is endowed with a unique identification of each cylinder. Then the gas cylinders and the specific detection aspects can be associsted using the RFIT. The detection results are automatically transmitted to the background server using the WIFI and Bluetooth two wireless communication technology. Real time interaction between the detection and the business report management system can be accomplished. Through the implementation of the system， the efficiency of the cylinder detection is improved and the accuracy of the detection results is enhanced and the scope of information sharing is expanded，which improves the overall level of information technology.

Internet of thingsRFID technologyVehicle cylinders detectionFree port communication

X933.4

B

1673-257X（2016）08-0076-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.08.019

王亮（1977～），男，本科，主任，高級工程師，從事鍋爐壓力容器壓力管道的檢驗工作。

2016-03-23）