基于RFID的铁包跟踪系统的设计

　　钢铁企业现场由于环境恶劣，一般的定位跟踪技术难以满足要求，如红外和GPS定位技术，GPS定位跟踪系统的建设成本及运营成本高，且在城市中受到极大的限制，而红外定位由于高温、多粉尘的工作环境，所以在铁包跟踪定位的应用上也有一定的限制。以 RFID技术为核心的定位方法技术则具有能在雨、雪、高温、多粉尘和强电干扰等恶劣环境下稳定工作的适应能力，具有很低的维修费用和较长的使用寿命，除了作为行、台车定位之外，它还可以给出速度和方向等其他信息。

　　1 系统概述

　　铁包跟踪系统采用三层数据架构模式，阅读器、电子标签和测重传感器构成一级采集装置，行台车定位为二级采集平台，三级为功能实现和综合展示层，该层需要完成炼铁MES、炼钢MES、计量管理等系统的数据链接。采用RFID技术的定位系统主要由电子标签、阅读器、天线组成。无源电子标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。阅读器控制射频发射射频信号，通过射频收发器接收来自标签上的己编码射频信号，对标签的认证识别信息进行解码并将其传输到上位机以供处理。

　　1.1台车定位

　　要跟踪铁包的工作轨迹，必须确定铁包所在的台车或行车位置。利用RFID技术对台车的定位主要方法是：沿台车的轨道按一定距离放置电子标签，对铺设的电子标签设置唯一的编码将其作为相对应的位置作标，用台车上安装的读写器来识别和确定台车的位置。当台车运行在铺设有电子标签的轨道上，经过贴有电子标签的位置时，安装在台车上的RFID阅读器将作为坐标信息的采集装置，读出该位置上的电子标签的地址编码，并采用无线局域网技术，将数据发送到车间指挥调度站。指挥调度站对接受的数据进行分析处理，判断铁包的当前操作状态并录入数据库，同时通过数据服务器，可与其它相关部门实现数据资源共享。台车定位结构如图2所示。

　　1.2行车定位

　　对于行车定位的方法与台车定位的方法类似，但由于行车有横向和纵向两种运行方式，大车横向移动(X轴方向)，小车纵向移动(Y轴方向)，故在各自的运行轨道上按照台车定位相同的方式放置电子标签，并将两个阅读器分别安装在大车和小车上用于读取各自对应轨道上的电子标签。行车位置坐标便由(X，Y)坐标确定。由于铁包运向转炉过程中，需要对铁水进行预处理如烘烤、脱硫等工序，所以在各个工序相对应的行车轨道和跨间的位置放置电子标签，设置工位编码位，确保对行车吊起铁包时的位置进行精确定位。同时，行车上安装有重量传感器，所以在向指挥调度工作站发送数据时，通过PLC控制器将两个阅读器的位置坐标信息和重量传感器的信息封装成数据包发送到工作站的调度系统中，为调度提供实时准确的信息。

　　2 数据采集设备工作原理

　　2.1设备选型

　　根据前面所提到的RFID技术在铁包跟踪系统中应用的要求，根据现场实际环境，为了跟踪的准确性，电子标签之间安装距离为25cm，故需要考虑到下面几点。第一，要求读写速度快，如行车的移动速度一般为2m/s，在理想情况下阅读器每秒读取9个电子标签即可保证不漏读，但实际场景中阅读器向上级系统传输数据中会出现延迟和丢包等情况，所以应尽量提高读取速度，即工作频率尽量高;第二，防碰撞机制，防止阅读器同时读到多个标签而造成干扰;第三，可靠性高，阅读器和电子标签能在高温环境下长时间运行。

　　综合以上因素，阅读器采用的UHF频段的915MHz为工作频率，读取速度为平均每单字(32bit)读取时间为6ms。采用标准为ISO/IEC18000-6，通信模式为TYPE B，此标准的通信模式有相应二进制数防碰撞算法，可避免阅读器同时读取多个标签时造成响应信息的混乱，提高系统的可靠性。并且在阅读器上安装增益天线，确保准确读到电子标签，阅读距离设为0-50cm。阅读器外壳采用PVC材料，电子标签采用无源型陶瓷电子标签，都有较好的防高温辐射处理，适合钢厂的高温工作环境。

　　2.2系统数据采集流程和信号传输

　　RFID阅读器的数据采集流程如图所示，当阅读器第一次采集到电子标签的信息后，再次发送读取指令，用来验证当前的读取数据与上次数据是否匹配，若匹配成功则将采集数据发送到上位机系统，若不成功再次重新采集数据。

　　RFID阅读器利用RS-485与PLC控制器以自由口通信方式的进行串口通信。首先，对PLC串口进行初始化，然后根据RFID阅读器的串口通信协议发送命令包和接收返回包。每次接收完一个返回包，进行数据校验，判断数据包是否有效，通过返回包的内容判断是否读到标签，读到的标签信息发送到缓存区并连同其它的行车信息一起发送至上位机系统进行处理。如此循环运行，即完成了铁包信息的实时采集。

　　3 系统应用

　　通过该系统可实时获得炼铁区域台、行车和铁水包的位置和操作状态等重要信息。铁厂L2级网段用户按系统管理人员分配的操作权限，对铁包跟踪系统进行相应的操作，通过钢铁厂的应用发布平台，将铁包跟踪的实时监控画面发布到L3级，供公司内其他用户查询，了解铁包的运行状况。其系统跟踪界面如下图5所示。

　　4 结束语

　　该铁包跟踪系统满足了重庆某钢铁厂的生产和管理的需求，能及时掌握铁包的实时状态，提高了铁包的使用效率，加快了生产节奏，为高效节能生产创造了效益，有效节约了大量人力使用，提高了数据准确性，为公司取得了较大的经济效益。