摘　要：为了实现燃气管网中阀门的信息化管理，提出了基于射频识别(RFID)的可控阀门信息化系统，赋予每个阀门唯一的电子标签，将阀门的制造企业信息、燃气企业信息及产品的安装信息、使用信息、维护信息、检验信息等储存于电子标签中，对可控阀门进行动态追踪管理和控制。探讨基于RFID的可控阀门信息化系统的整体架构、系统硬件、系统软件、工作流程。

关键词：可控阀门；  信息化系统；  射频识别；  电子标签；  可控阀门

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

近年来射频识别(Radio Frequency IDentification，简称RFID，俗称电子标签)，广泛应用于CNG、LPG钢瓶管理等领域，并取得了良好的效果。我国燃气行业经过近年的高速发展，燃气管网规模迅速扩张，城市管网环境复杂，各地燃气公司的生产运营及安全面临着巨大的挑战。为了提高企业运营效率，提升企业运营安全和燃气管网运营的信息化水平，本文阐述基于RFID的可控阀门信息化系统的构建，通过将阀门制造企业信息、燃气企业信息以及产品安装信息、使用信息、维护信息、检验信息等固化于电子标签中并匹配信息化管理平台，以提高产品的可追溯性、安全性以及信息化管理水平，促进制造与使用企业管理水平提升，并提供界定和规避责任的有效工具。

2　系统整体架构

RFID可控阀门信息化系统整体架构由设备感知层、数据完善层、网络传输层、数据储存层、决策管理层共5个层次构成，系统整体架构层次构成见图1。

图1中，设备感知层就是RFID可控阀门信息化系统的硬件部分，主要包括RFID可控阀门、移动手持读写器、专用组合工具、发卡器，其中RFID可控阀门、移动手持读写器、专用组合工具是设备感知层硬件的主体，发卡器是阀门制造企业快速作业的硬件，可以直接与电脑USB接口连接，对电子标签进行读写操作。移动手持读写器是阀门制造企业和燃气企业共同读写的硬件。

RFID可控阀门由可控阀门本体和电子标签两部分组成。

可控阀门本体的启闭驱动结构采用非标式螺钉“自重自锁”的机械原理，实现对可控阀门执行“用户不得开关”、“物业公司可关不可开”、“燃气公司可关可开”三级管理功能。

RFID可控阀门(以下简称阀门)是指将电子标签系统固化于可控阀门上，按约定的协议，把阀门的制造企业信息、燃气企业信息及产品安装信息、使用信息、维护信息、检验信息等(以下简称数据)与互联网相连接，进行信息交换和通信，实现对阀门的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

电子标签(以下简称标签)是由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码且可写入储存空间，附着在物体上标识目标对象。

移动手持读写器(以下简称读写器)是读写标签信息的设备，是便携式数据终端。它集成了简单的操作系统，通过读写器中射频模块(发送器和接收器)与标签进行无线通信，实现对标签识别码和内存数据的读出或写入或传输等操作；建立的数据可以通过无线或USB接口传输；标签与读写器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。

专用组合工具(以下简称工具)由第一启闭专用工具和第二启闭专用工具两部分组成。第一启闭专用工具是指阀门在开启状态下通过此工具可以实现阀门关闭，即阀门实现可关不可开功能。第二启闭专用工具是指阀门在关闭状态下通过此工具开启非标螺钉后再通过第一启闭专用工具，阀门实现开启。只有通过第一启闭专用工具和第二启闭专用工具组合使用，才能实现阀门可关可开的功能。第一启闭专用工具上还内嵌标签，标签对工具服务小区的名称、领用物业公司的名称、数量、责任人进行管理。

数据完善层就是指阀门制造企业生产制造人员利用读写器或发卡器硬件对电子标签系统建立制造企业基本信息，燃气公司基层安装人员、管理人员利用读写器硬件对电子标签系统读出产品基本信息并建立燃气公司规定的数据信息。

网络传输层就是利用无线网或设定的局域网、USB接口将数据完善层建立、采集的数据传输到阀门信息化系统软件中，同时通过网络传输层实现阀门制造企业和燃气企业的数据共享。

数据储存层就是将建立的数据在阀门信息化系统中储存，其中燃气公司在读写器中建立的新数据利用无线网传输，12h内才能到达数据储存层，但一般燃气公司在读写器中建立的新数据在次日数据完善层上岗前通过USB接口将数据传输到阀门信息化系统中。

决策管理层就是燃气公司中、高层管理人员组建的团队，团队人员通过对数据储存层中的数据进行分析，对燃气公司数据完善层是否按照公司工作标准要求工作进行动态管理。该系统整体架构层次是由下而上地建立系统数据，而决策管理层对数据分析后是通过燃气公司其他管理方式进行由上往下的动态管理。

从图l分析可得系统整体作业流程为：数据完善层通过设备感知层建立、采集数据后，再通过网络传输层集成到数据储存层，决策管理层可根据管理的需求对数据储存层中的数据进行查询、统计与分析等工作。

3　系统硬件和软件

基于RFID的可控阀门信息化系统整体设计主要由硬件和软件两部分组成。

3．1　系统硬件

系统硬件主要包括阀门、工具、发卡器、读写器。

阀门是安装在各社区燃气管网中的产品，实现“用户不得开关”、“物业公司可关不町开”、“燃气公司可关可开”三级管理功能。即当阀门处于开启状态时，燃气公司、物业公司可自由关闭阀门，用户不可自由关闭阀门；阀门处于关闭状态时，燃气公司可自由开启阀门，用户和物业公司不可自由开启阀门。

工具根据燃气公司管理的需求配置相应数量，第一启闭专用工具一般由燃气公司配置给物业公司，燃气公司对发放给物业公司的发放信息(服务小区的名称，领用物业公司的名称、数量、责任人)进行管理。只有燃气公司同时配置第一启闭专用工具和第二启闭专用工具。

发卡器是配合阀门制造企业后台或者管理中心进行发卡管理的设备，可对置于读卡区域上的空白卡进行读卡、写卡、授权、格式化等操作。

读写器是完成对电子标签安装信息、使用信息、维护信息、检验信息等信息的读或写的设备，并且还可以通过网络或SD卡通信接口或USB接口连接，将所有数据传输到管理平台中。读写器根据工作环境、使用的稳定性以及操作人员习惯的要求，选配时应选择较高的工业等级。

3．2　系统软件

系统软件主要包括阀门制造企业管理软件、燃气企业管理软件、读写器应用软件。其中阀门制造企业管理软件、燃气企业管理软件组成信息化管理平台。

3．2．1阀门制造企业管理软件

阀门制造企业管理软件主要有产品基本信息管理、组织架构管理、用户管理、标签管理、数据报表、数据导入导出、数据同步、数据查询等模块。产品基本信息管理是对阀门的型号、规格、生产时间、生产批次、标签号等进行管理，通过网络共享给燃气企业服务器，燃气企业服务器将接收到的阀门制造企业的数据储存在数据库中。

组织架构管理是对系统中阀门制造企业、燃气企业数据库信息维护机构的基本信息进行管理。

用户管理主要是对用户进行权限功能的设定及实名制基本信息的管理，对制造企业内部而言，用户是指阀门制造企业建立产品基本信息的操作人员；对制造企业外部而言，用户是指购买产品的燃气企业。

标签管理是指制造企业对建立数据的标签进行管理，包括标签信息的查询、编辑和报废处理以及标签初始化等。

数据报表主要是对已建立的产品基本信息模块、电子标签模块的信息进行处理分析，形成数据报表。

数据导入导出是指通过USB接口将数据库中的数据导入到读写器上或将读写器中的数据导出到电脑管理平台上。

数据同步是指读写器中标签数据与电脑管理平台上的标签数据同步与信息共享，促使读写器和管理平台上的数据保持完整性和统一性，数据同步一般通过USB接口实现。

数据查询是指通过自定义查询所需的数据信息。管理平台中建立的数据通过通信网络传输给燃气企业，燃气企业服务器将接收到的阀门制造企业数据包导入到系统，就可以获得阀门产品的详细数据。

3．2．2燃气企业管理软件

燃气企业管理软件系统主要有创建用户、用户管理、地址信息的建立与修改、数据报表、数据导入导出、数据同步、数据查询等功能。创建用户指燃气企业数据完善层人员根据分布在同一城市不同行政区划进行账户创建、权限功能的设定及实名制基本信息的创建。创建用户总体逻辑为同一燃气公司分布在不同城市，在管理平台上创建一个燃气公司总账户，燃气公司总账户根据同一城市不同县／区的燃气公司创建一个分总账户后，在分总账户下根据不同县／区创建多个不同的分账户，但所有的账户在管理平台中可以集成到燃气公司总账户管理平台。

用户管理主要是对创建用户账户基本信息、权限、建立数据等模块进行管理，其中权限模块管理按照行政区划，系统中行政区划到县／区，街道具体由数据完善层人员进行建立完善。比如A城市有三个区一个县，那么第一区、第二区、第三区以及一个县的账号权限是不可以互通的，具体说同一城市内的不同县／区账户权限设置是不同的，各县／区之间的账号登录读写器只能读写本县／区的RFID可控阀门的数据信息及建立完善数据，其他县／区不识别，杜绝读写器混用和数据混淆的现象，同时达到区域监管的效果。

地址信息的建立与修改主要指阀门安装在燃气管网的具体街道、小区地理位置信息，系统中可以按照创建用户行政区划在系统中预先设定到行政区划或者默认设定的行政区划，再按照阀门具体安装在不同的街道、小区地理位置来建立与修改地址信息。

数据报表主要是对产品基本信息模块(包括产品安装信息、使用信息、维护信息、检验信息等)、燃气企业创建用户信息模块、燃气企业数据完善层建立的数据模块的信息等进行处理分析，形成数据报表。

数据导入导出是指通过USB接口将读写器中的数据导出到电脑管理平台上，或将数据库中的数据导入到读写器上。

数据同步与阀门制造企业数据同步操作方法一致。数据查询是指对数据库中的数据通过自定义查询，获得产品基本信息、安装信息、使用信息、维护信息、检验信息等数据信息。管理平台中建立的数据通过通信网络传输给阀门制造企业，阀门制造企业服务器将接收到的燃气企业数据包导入到系统，就可以获得安装阀门后的数据。

3．2．3读写器应用软件

读写器应用软件包括阀门制造企业应用软件和燃气企业应用软件。阀门制造企业读写器应用软件主要对产品的型号、规格、生产时间、生产批次、标签号等基本信息进行读写，其他信息只能读取，不能编辑。燃气企业读写器应用软件主要对阀门安装后产品安装信息、使用信息、维护信息、检验信息等信息进行编辑，但对阀门制造企业建立的产品基本信息只能读取。另外，燃气企业软件增加了应急的查询功能，主要是在紧急情况下燃气公司数据完善层人员可以快速获悉产品的基本信息，不需要登录到读写器应用软件界面，只要输入的查询条件符合两条及以上就可以进入紧急查询界面，查询条件包括地址、标签号、经纬度、安装信息等。

4　工作流程

标签在阀门制造企业实现应用流通的工作流程和产品在燃气企业应用流通的工作流程见图2、3。

标签在阀门制造企业应用流通的工作流程如下：阀门制造企业购买定制的电子标签，阀门制造企业的数据完善层人员领取空白电子标签，利用发卡器建立阀门制造企业的数据后，使用读写器对建立的信息进行数据校对，不合格的电子标签退回重新建立制造企业的数据，合格的电子标签安装到可控阀门上。通过入库检验再次对电子标签上制造企业的信息进行数据校对，不合格的电子标签从可控阀门上卸下作为废标签回收，合格阀门打包入库并按单发货到燃气企业。一般情况下，不合格的电子标签很少发生，但为了保证每个合格电子标签流入下道工序，特制定了图2所示工作流程，从而方便系统的部署和使用。

阀门在燃气企业应用工作流程如下：燃气企业接收成品阀门及数据，数据完善层人员将成品阀门基本信息导入数据储存层后，对成品阀门在安装前对制造企业建立的信息进行校对，校对数据不合格的成品阀门，燃气企业直接退货给阀门制造企业重新建立数据，对合格成品阀门燃气企业数据完善层人员将其安装在各社区燃气管网中并按规定建立标签数据。

阀门制造企业与燃气企业数据关联是通过网络发包实现数据共享，发包的格式是加密格式，具体如下：阀门制造企业发货时通过网络将本批次发货的阀门在系统软件中建立数据包，发给燃气企业，燃气企业将接收到的数据导入系统软件中，即可获得阀门制造企业建立的数据；燃气企业对已安装的阀门在系统软件中建立数据包，发给阀门制造企业，阀门制造企业将其导入系统软件中，即可获得燃气企业建立的数据，实现制造企业和燃气企业储存数据共享，对后续系统软件的升级有很好的支撑。

从图2、3可知，阀门制造企业标签应用流通的工作流程和阀门在燃气企业应用流通的工作流程都是层层控制，道道把关，保证发货阀门电子标签的质量。

5　结语

基于RFID的可控阀门信息化系统实现对阀门制造企业产品的基本信息，产品在燃气企业的安装信息、使用信息、维护信息、检验信息进行全寿命期的信息化管理，有利于提高产品的可追溯性以及信息化管理水平，促进阀门制造企业与燃气企业管理水平提升。基于RFID的可控阀门信息化系统的构建体现了更广泛的产品运行数据监控、更紧密的数据集成、更系统的分析和决策。

本文作者：严荣杰  林建芬

作者单位：宁波志清实业有限公司