柴 賦，胡祝兵

(1.河北省承德市文物局，河北 承德 067000；2.承德石油高等專科學校 電氣與電子系，河北 承德 067000)

天車又稱橋式起重機、行車等，被廣泛地應用于冶金、煤炭、電力等各行業(yè)的室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。近年來各大鋼鐵企業(yè)為了完善了企業(yè)信息化管理水平，提升了管理工作水平，加快了ERP、MES信息管理系統(tǒng)的應用[1-3]，積極開展天車信息化建設，以實現(xiàn)鋼廠生產(chǎn)物流信息的自動傳遞[4-6],滿足煉鋼廠內(nèi)天車位置以及稱重信息的自動跟蹤,實現(xiàn)天車大、小車的位置定位與吊鉤的電子稱重，實現(xiàn)了天車位置與起吊物品重量的實時顯示[7-9]。本課題是基于某鋼廠的要求而開展研究的。

1 主要功能和性能指標

1)天車自動稱重功能。能實現(xiàn)主鉤和副鉤的實施重量檢測，并將數(shù)據(jù)實時傳送給車間大屏幕，滿足現(xiàn)場監(jiān)測要求。稱重精度能夠達到1/1 000，數(shù)據(jù)傳輸延遲小于100 ms。

2)天車超載報警功能，即天車起重量限制器功能。報警精度要求達到1/100;

3)天車定位控制系統(tǒng)。天車定位控制需實時確定天車的大車和小車位置坐標及吊鉤高度。大車和小車的位置控制精度一般不高于20 cm，吊鉤精度不高于10 cm即能滿足控制要求。

4)數(shù)據(jù)無線傳輸功能。數(shù)據(jù)傳輸延遲要求小于100 ms。

5)系統(tǒng)具備一定的擴展功能和良好的適應性。

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

基于主要功能，設計了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，主要由定位模塊、稱重模塊和數(shù)據(jù)處理與顯示模塊組成，如圖1。

3 天車定位系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)由電子標簽(Tag)、讀寫器(Reader)和天線(Antenna)三部分組成。將電子標簽放置在平行于大、小車運行軌道的專門支架上，分別在大、小車上放置2臺閱讀器。本系統(tǒng)采用無源標簽，其能量全部通過天線來提供。工作原理是將位置信息編碼寫進電子標簽，大、小車運動時，其上安裝的讀寫器通過天線不間斷發(fā)射出射頻信號，大、小車當運動到某個位置電子標簽進入到射頻信號范圍時，標簽會自動接收讀寫器的射頻信號并獲得能量，激活標簽內(nèi)的電路而發(fā)出存儲在芯片上的信息，讀寫器讀取信息并進行調(diào)制、解調(diào)與解碼，發(fā)送至中央處理器進行進行數(shù)據(jù)處理，就完成了一次位置檢測。通過對不同位置上電子標簽位置信息的讀取，閱讀器便依序接收解讀數(shù)據(jù),并通過RS232傳送到智能儀表中，獲得大車和小車的位置信息。此位置信息經(jīng)過處理后顯示在天車操控室的液晶顯示屏幕上。另一路通過RS485傳輸?shù)綗o線數(shù)傳電臺，無線傳送到地面主站監(jiān)控室等。這樣就實現(xiàn)了對天車當前位置信息的實時監(jiān)測，構(gòu)成一套基于RFID射頻技術的天車智能定位系統(tǒng)。技術原理見圖2。

3.1 標簽與讀寫器的布放

本系統(tǒng)對大車X、小車Y兩個運動方向定位，因此分別在大車運行軌道X軸和小車運行軌道Y軸方向上布置標簽。因為需要分別讀取大車、小車的位置信息，因此天車上要安裝兩部讀寫器，讀取X、Y兩個方向的位置標簽信息。讀寫器、標簽的安裝要確定其位置。

3.2 大、小車定位模塊

當帶有RFID標簽的載體進入射頻讀寫設備感應范圍內(nèi)時，由安裝在大車和小車內(nèi)的射頻讀寫設備讀取射頻標簽內(nèi)容，并將標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)進行處理后，分別通過兩路RS232傳輸?shù)街悄軆x表，智能儀表對數(shù)據(jù)進行處理，獲得位置信息，一路連接操作室的顯示屏，將位置信息顯示在顯示屏上；另一路通過Rs485與無線數(shù)傳電臺連接，由無線電臺將位置信息無線傳出，供地面主站監(jiān)控室等接收使用。定位模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖4。

3.3 稱重模塊

本系統(tǒng)采用電阻式應變壓力傳感器，通過CS5530ADC進行信號放大和A/D轉(zhuǎn)換，然后通過CPU處理由Rs485傳輸?shù)街悄軆x表，其重量信息一路傳輸?shù)斤@示屏顯示重量信息；另一路由Rs485傳輸?shù)綗o線數(shù)傳電臺將重量信息無線傳出，由地面主站監(jiān)控室等接收。

3.4 數(shù)據(jù)處理與顯示模塊

此模塊由單片機、液晶顯示屏、DA7612、無線數(shù)傳電臺等組成，主要實現(xiàn)以下功能：

1)接收來自天車大、小車讀寫器傳輸?shù)奈恢眯畔ⅲ?/p>

2)接收重量傳感器傳輸?shù)闹亓啃畔ⅲ?/p>

3)將接收信息處理后，在液晶顯示屏顯示位置信息和重量信息。

該模塊包括3路輸入串口，分別接收來自定位和稱重模塊的數(shù)據(jù)，其中2路采用RS232串口分別與兩路RFID讀寫器通訊，接收大車和小車的位置數(shù)據(jù)；一路RS485對大車的重量信息進行采集。輸出包括三路，一路通過RS485數(shù)據(jù)輸出串口連接無線數(shù)傳電臺，將位置與重量信息無線傳出；第二路連接顯示屏，將重量數(shù)據(jù)和天車位置信息顯示在天車操控室的顯示屏上；第三路通過DA7612數(shù)模轉(zhuǎn)換，兩路模擬量分別輸出大車位置、小車位置。模塊結(jié)構(gòu)圖如圖6。

4 應用效果

本課題設計的天車智能定位系統(tǒng)可以應用于煉鋼車間的天車、發(fā)電廠車間、碼頭物流等管理系統(tǒng)中。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)過任何故障，現(xiàn)場滿意度100%。定位精度達到20 cm，定位距離最大500 m(理論距離無限制，且能實現(xiàn)曲線位移測量)，稱重精度達1/10 000，數(shù)據(jù)傳輸延遲不超過50 ms。與其他天車定位系統(tǒng)相比，雖然定位精度稍差，但系統(tǒng)可靠性好，維護工作量小，半年多來未更換過任何器件，且定位卡片在灰塵較大時系統(tǒng)仍能夠可靠工作；另外，價格也有明顯優(yōu)勢，在控制精度要求不高的場合，具有很強的競爭力。