cookieOptions = {...}; .RFID 溫度標籤在現代冷鏈運輸過程中的應用 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2016年10月3日 星期一

來源:米爾自動化網

冷鏈運輸是指在運輸全過程中,無論是裝卸搬運、變更運輸方式、更換包裝設備等環節,都使所運輸貨物始終保持一定溫度的運輸。冷鏈運輸方式可以是公路運輸、水路運輸、鐵路運輸、航空運輸,也可以是多種運輸方式組成的綜合運輸方式。


冷鏈運輸是冷鏈物流的一個重要環節。冷鏈運輸的對象主要有:醫藥品如:疫苗、血液製品;保鮮食品如:速凍食品、肉類等、冷飲,蔬菜、水果、水產品等。 

RFID標籤根據其能量獲取方式,可以分為三類:

第一類是無源標籤,標籤進入磁場後,接收讀卡器發出的射頻信號,憑借感應電流所獲得的能量,發送出儲存在晶片中的產品資訊,這類標籤通常具有數位標識和有限的幾個儲存單元,屬於被動標籤;

第二類是半有源標籤,這類標籤的射頻電路,同樣借助於感應電流來提供能量,其它部分電路則是靠內置的電池提供能量,因此也屬於被動標籤的一種;

第三類是有源標籤,這類標籤的內置電池,為整個電路提供能量,主動將數據發送給接收設備,屬於主動標籤;後兩類標籤在除了具備數位標識外,還具有其它的關鍵資訊,例如溫度資訊,並且該資訊的儲存量比較大。 

RFID溫度標籤將數位標識與溫度測量,緊密結合在一起的一種標籤,在通過數標識標識,完成物資身份辨識的同時,又對其所處的環境進行測量和記錄。

本文就RFID溫度標籤在現代冷鏈運輸領域,做了一些深入的探討。 

1溫度標籤、讀寫器與應用  

1冷鏈運輸的現狀介紹  
美國、日本及西歐國家的食品冷鏈運輸率達80%~90%,東歐國家約50%,而中國只有10%左右。據瞭解,去年中國因丟棄腐爛食品,造成的浪費達到700億元人民幣,佔食品生產總值的20%之多。

這種浪費主要是由於缺少冷鏈運輸體系,導致一些食品在運輸過程中,因無法長期保鮮被丟棄造成的。對於藥品而言,溫度偏離,將導致藥品品質的劣化,甚至發生毒性變異;多肽、蛋白類藥品凍結會使效價降低,影響療效,疫苗凍結活性喪失,甚至產生有害毒素。

對於冷鏈運輸,我們必須掌握其溫度情況,傳統的監控方式則是採用溫度記錄器來測量,並記錄整個的車廂的溫度,即每台運輸車輛,放一台或者多台溫度記錄器來測量,並記錄運輸過程中的溫度,當貨物達到運輸目的地後,將溫度記錄器與電腦通過有線連接的方式,將數據導入電腦,再進行數據統計與分析,例如找出最大值、最小值,以及曲線趨勢等。

傳統的溫度記錄器有價格昂貴、體積龐大、無法對單個箱體進行測溫、無法自動辨識產品資訊,以及需要有線連接,和人工干預才能導出數據等缺點,無法滿足現代冷鏈運輸行業溫度監控的要求。 

除了溫度外,冷鏈運輸行業還面臨一個責任區分問題,有一位冷鏈運輸的負責人曾經發出這樣的感慨,「我們企業的冷藏運輸和冷藏庫,都按照食品達標溫度控制,但從供應商那裡接貨的時候,經常發現供應商沒有把貨物,按照相應的溫度來操作,遇到這個情況,我們會把貨物重新冷凍,然後運輸到各個門市店,但一旦在門市店出現問題,客戶就把責任轉嫁到我們頭上。」

而另一方面,對於一些責任心不強的企業,為了節省費用,在客戶裝入貨物的時候打開冷機,運輸過程中覺的差不多了,則就關掉制冷設備,快到目的地時再打開冷機,不能做到全程開機,當貨物交付時,貨物雖然表面凍的不錯,實際上已經變質了。

所以責任區分問題,也是一個急需解決的一個問題,即當產品到達接收方,出現產品品質不符合要求時,必須判斷出是否是由於貨物運輸溫度,不符合要求導致的。正是出於這樣的擔心,目前一些大的醫藥公司,寧可花大價錢高成本來自建物流,也不願意採用第三方的冷鏈運輸企業,顯然這樣做付出的成本是昂貴的。 

coldchain Logistics, Refrigerated Transportation

2 溫度標籤在冷鏈運輸過程中的應用  
RFID作為一種新興的自動非接觸性辨識技術,在全球市場已經得到了迅速的發展,將RFID技術引入物流應用領域的研究成為熱點。

設計開發基於RFID技術的煙草物流分揀系統,實現了煙品自動化分揀作業;基於汽車製造企業物流跟蹤系統的需求分析,提出了基於RFID的物流跟蹤管理系統;等一系列應用,以上應用僅僅是把RFID作為一種標識,用來辨識產品,而對於現代冷鏈運輸行業,不但要關心其產品的標識,更關心與之相關的溫度值。而溫度標籤因同時具備數位標識和溫度資訊,可以滿足冷鏈運輸溫度監控的要求。 

2.1可用於事後追溯的半有源RFID溫度標籤  
半有源溫度標籤通過內置電池,為溫度採集和儲存提供能量,可獨立完成溫度的採集和儲存,當進入到讀卡器有效辨識範圍內,通過讀卡器的激勵來獲取能量,從而完成數據交換,這種溫度標籤具有極低的消耗電流。  

半有源的溫度標籤主要有兩種類型,分別是符合ISO/IEC 15693標準的高頻溫度標籤【如圖2所示】和符合 ISO/IEC 18000標準的超高頻溫度標籤。

二者主要的區別體現在穿透力和辨識距離上,高頻溫度標籤的穿透力較強,適用於範圍比較廣泛,可同時適用於液態貨物(如血液製品)和固態貨物(如速凍食品)的運輸,其缺點是辨識距離比較短,即便是借助於大功率的讀卡機,其有效辨識的距離也通常保持在1米範圍之內,【如圖3所示】而對於超高頻的標籤來說,其辨識的距離大大增加,但其穿透性又弱於高頻標籤。 

2  13.56M半有源溫度標籤以及讀卡器  

3 13.56M半有源大功率讀卡機  

半有源溫度標籤的使用流程如下:在產品出庫時,根據貨物運輸的需要,將溫度標籤設置好溫度標籤的啓動時間,和採集間隔週期,將溫度標籤放到貨物運輸箱內交付貨運方;

貨物出庫完畢,溫度標籤在達到的指定的時間後,會自動啓動溫度記錄功能,以預設的採集週期不間斷的記錄環境溫度值;在貨物中轉過程中,通過手持終端讀取貨箱RFID標籤的資訊和溫度,以保證貨物的有效性;

在產品的入庫,可由手持終端或者大功率固定式讀卡器根據RFID標籤資訊方便、快速、準確的分揀貨物的同時,驗證其溫度是否符合其儲存溫度,直接拒收不合格產品,滿足儲存溫度要求的貨物在入庫的同時,會把溫度數據同步導入資料庫,整個物流過程中實現了全程的溫度記錄,確保了產品品質。 

應用流程如圖4所示:  
  
2.2 可用於大量貨物即時溫度採集的有源RFID溫度標籤  
半有源溫度標籤具有溫度記錄的功能,類似於黑盒子,主要用於事後責任認定,對於運輸過程中的即時溫度警訊,則可採用有源溫度標籤。

有源溫度標籤可以即時測量環境溫度值,並將數據主動發送給接收設備,因此對於異常的情況能快速做出反應,以提醒司機採取措施,避免損失。

讀取設備可實現大量溫度標籤的即時溫度同時讀取,通過讀卡器內置的SD卡,實現數據記錄功能,通過GSM模組實現簡訊即時溫度警訊,此外接收設備本身具備網管功能,還可以實現遠端監控,通過聯網功能,將數據直接儲存到數據中心,終端客戶也可以通過Web網頁,即時查看產品溫度資訊,有源溫度標籤須和讀取設備配套使用,因此局限於冷鏈運輸過程中,對於車廂貨物溫度的監控,以實現貨物溫度的即時監控。 

有源溫度標籤的工作頻段主要有四種:433MHz、915MHz、2.4GHz和5.8GHz。這四種頻段並無明顯的差別,僅在在穿透力上433頻段略勝一籌,最主要的還是成本的差異。由於有源溫度標籤屬於主動發送數據,因此除了功耗、有效辨識距離之外,數據的防碰撞能力,和辨識標籤的最大數量,也是一個重要的性能指標。 


3 結論  
半有源溫度標籤和有源溫度標籤,是兩款互補性很強的兩款產品,半有源溫度標籤可以採集,並記錄運輸貨物環境溫度值,可脫離於讀卡機獨立運行,可用於記錄貨物在生產、貯藏運輸、銷售,到消費前的各個環節的環境溫度,實現全程的溫度溯源,因此可以有效區分事故責任問題,可同時適用於貨物的運輸方和委託方;

有源溫度標籤由於其即時性、大量標籤同時讀取,以及良好擴展性等特點,較適合於冷鏈車輛溫度監控,對於貨物的運輸方則傾向於選擇此類產品。通過二者相結合,我們希望能有效提高冷鏈運輸的品質,進而保證貨物的品質。

                                                                                                                                                                                                                             

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