尹勝 王彧

摘要：該文介紹了利用RFID技術(shù)建立鐵包跟蹤系統(tǒng)，實現(xiàn)了對鐵包實時狀態(tài)的及時跟蹤，提高鐵包的使用率和企業(yè)生產(chǎn)效能。詳細給出了鐵包跟蹤系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)采集處理的設(shè)計方案，同時，描述了射頻識別讀寫器與PLC控制器通信的設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞： RFID；鐵包跟蹤；定位

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）05-1126-03

鋼鐵企業(yè)現(xiàn)場由于環(huán)境惡劣，一般的定位跟蹤技術(shù)難以滿足要求，如紅外和GPS定位技術(shù)，GPS定位跟蹤系統(tǒng)的建設(shè)成本及運營成本高，且在城市中受到極大的限制，而紅外定位由于高溫、多粉塵的工作環(huán)境，所以在鐵包跟蹤定位的應用上也有一定的限制。以 RFID技術(shù)為核心的定位方法技術(shù)則具有能在雨、雪、高溫、多粉塵和強電干擾等惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作的適應能力，具有很低的維修費用和較長的使用壽命，除了作為行、臺車定位之外，它還可以給出速度和方向等其他信息。

1 系統(tǒng)概述

鐵包跟蹤系統(tǒng)采用三層數(shù)據(jù)架構(gòu)模式，閱讀器、電子標簽和測重傳感器構(gòu)成一級采集裝置，行臺車定位為二級采集平臺，三級為功能實現(xiàn)和綜合展示層，該層需要完成煉鐵MES、煉鋼MES、計量管理等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈接。采用RFID技術(shù)的定位系統(tǒng)主要由電子標簽、閱讀器、天線組成。無源電子標簽由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。閱讀器控制射頻發(fā)射射頻信號，通過射頻收發(fā)器接收來自標簽上的己編碼射頻信號，對標簽的認證識別信息進行解碼并將其傳輸?shù)缴衔粰C以供處理。

圖1 鐵包跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1臺車定位

要跟蹤鐵包的工作軌跡，必須確定鐵包所在的臺車或行車位置。利用RFID技術(shù)對臺車的定位主要方法是：沿臺車的軌道按一定距離放置電子標簽，對鋪設(shè)的電子標簽設(shè)置唯一的編碼將其作為相對應的位置作標，用臺車上安裝的讀寫器來識別和確定臺車的位置。當臺車運行在鋪設(shè)有電子標簽的軌道上，經(jīng)過貼有電子標簽的位置時，安裝在臺車上的RFID閱讀器將作為坐標信息的采集裝置，讀出該位置上的電子標簽的地址編碼，并采用無線局域網(wǎng)技術(shù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到車間指揮調(diào)度站。指揮調(diào)度站對接受的數(shù)據(jù)進行分析處理，判斷鐵包的當前操作狀態(tài)并錄入數(shù)據(jù)庫，同時通過數(shù)據(jù)服務(wù)器，可與其它相關(guān)部門實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。臺車定位結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2行車定位

對于行車定位的方法與臺車定位的方法類似，但由于行車有橫向和縱向兩種運行方式，大車橫向移動（X軸方向），小車縱向移動（Y軸方向），故在各自的運行軌道上按照臺車定位相同的方式放置電子標簽，并將兩個閱讀器分別安裝在大車和小車上用于讀取各自對應軌道上的電子標簽。行車位置坐標便由（X，Y）坐標確定。由于鐵包運向轉(zhuǎn)爐過程中，需要對鐵水進行預處理如烘烤、脫硫等工序，所以在各個工序相對應的行車軌道和跨間的位置放置電子標簽，設(shè)置工位編碼位，確保對行車吊起鐵包時的位置進行精確定位。同時，行車上安裝有重量傳感器，所以在向指揮調(diào)度工作站發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過PLC控制器將兩個閱讀器的位置坐標信息和重量傳感器的信息封裝成數(shù)據(jù)包發(fā)送到工作站的調(diào)度系統(tǒng)中，為調(diào)度提供實時準確的信息。

圖3 行車定位結(jié)構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備工作原理

2.1設(shè)備選型

根據(jù)前面所提到的RFID技術(shù)在鐵包跟蹤系統(tǒng)中應用的要求，根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境，為了跟蹤的準確性，電子標簽之間安裝距離為25cm，故需要考慮到下面幾點。第一，要求讀寫速度快，如行車的移動速度一般為2m/s，在理想情況下閱讀器每秒讀取9個電子標簽即可保證不漏讀，但實際場景中閱讀器向上級系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)中會出現(xiàn)延遲和丟包等情況，所以應盡量提高讀取速度，即工作頻率盡量高；第二，防碰撞機制，防止閱讀器同時讀到多個標簽而造成干擾；第三，可靠性高，閱讀器和電子標簽能在高溫環(huán)境下長時間運行。

綜合以上因素，閱讀器采用的UHF頻段的915MHz為工作頻率，讀取速度為平均每單字（32bit）讀取時間為6ms。采用標準為ISO/IEC18000-6，通信模式為TYPE B，此標準的通信模式有相應二進制數(shù)防碰撞算法，可避免閱讀器同時讀取多個標簽時造成響應信息的混亂，提高系統(tǒng)的可靠性。并且在閱讀器上安裝增益天線，確保準確讀到電子標簽，閱讀距離設(shè)為0-50cm。閱讀器外殼采用PVC材料，電子標簽采用無源型陶瓷電子標簽，都有較好的防高溫輻射處理，適合鋼廠的高溫工作環(huán)境。

2.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集流程和信號傳輸

RFID閱讀器的數(shù)據(jù)采集流程如圖所示，當閱讀器第一次采集到電子標簽的信息后，再次發(fā)送讀取指令，用來驗證當前的讀取數(shù)據(jù)與上次數(shù)據(jù)是否匹配，若匹配成功則將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機系統(tǒng)，若不成功再次重新采集數(shù)據(jù)。

RFID閱讀器利用RS-485與PLC控制器以自由口通信方式的進行串口通信。首先，對PLC串口進行初始化，然后根據(jù)RFID閱讀器的串口通信協(xié)議發(fā)送命令包和接收返回包。每次接收完一個返回包，進行數(shù)據(jù)校驗，判斷數(shù)據(jù)包是否有效，通過返回包的內(nèi)容判斷是否讀到標簽，讀到的標簽信息發(fā)送到緩存區(qū)并連同其它的行車信息一起發(fā)送至上位機系統(tǒng)進行處理。如此循環(huán)運行，即完成了鐵包信息的實時采集。

圖5 信號傳輸結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)應用

通過該系統(tǒng)可實時獲得煉鐵區(qū)域臺、行車和鐵水包的位置和操作狀態(tài)等重要信息。鐵廠L2級網(wǎng)段用戶按系統(tǒng)管理人員分配的操作權(quán)限，對鐵包跟蹤系統(tǒng)進行相應的操作，通過鋼鐵廠的應用發(fā)布平臺，將鐵包跟蹤的實時監(jiān)控畫面發(fā)布到L3級，供公司內(nèi)其他用戶查詢，了解鐵包的運行狀況。其系統(tǒng)跟蹤界面如下圖5所示。

圖6 鐵包跟蹤系統(tǒng)界面圖

4 結(jié)束語

該鐵包跟蹤系統(tǒng)滿足了重慶某鋼鐵廠的生產(chǎn)和管理的需求，能及時掌握鐵包的實時狀態(tài)，提高了鐵包的使用效率，加快了生產(chǎn)節(jié)奏，為高效節(jié)能生產(chǎn)創(chuàng)造了效益，有效節(jié)約了大量人力使用，提高了數(shù)據(jù)準確性，為公司取得了較大的經(jīng)濟效益。

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