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關(guān)鍵詞：
超高頻RFID
RFID
RF600
EPC-ID
機車定位
- 摘要：在鋼鐵廠生產(chǎn)過程中鐵水運輸是銜接生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鐵水的運輸物流復(fù)雜，需要運輸調(diào)度能夠及時響應(yīng)生產(chǎn)運行的瞬息變化，寶鋼湛江鋼鐵項目采用西門子超高頻RFID技術(shù)，在對各機車和混鐵車的位置進行跟蹤、對車號進行識別的基礎(chǔ)上進行機車與混鐵車的調(diào)度，保證管理部門及時、準確掌控機車和混鐵車的位置信息，保證了鐵水調(diào)度的合理性和正確性。通過項目的實施和運行驗證了西門子RFID技術(shù)是解決物流運輸領(lǐng)域優(yōu)化工作流程十分值得信賴的選擇。
1 RFID簡介
RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無線射頻識別技術(shù)，是一種基于通信技術(shù)。RFID技術(shù)可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學(xué)接觸。一套完整的RFID系統(tǒng)，主要由RFID閱讀器與電子標簽也稱作應(yīng)答器及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個部份所組成。
按照工作頻率的區(qū)別可將RFID劃分如下：
名稱 | 頻率范圍 |
低頻，LF | 100-135kHz |
高頻，HF | 13.56MHz |
超高頻，UHF | 868 MHz(歐洲)/ 915 MHz（美國） |
微波，MW | 2.4 GHz 和5.8 GHz |
1.1 RFID的工作原理
電子標簽進入磁場后，接受閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送存儲在標簽芯片中的數(shù)據(jù)信息，或者主動發(fā)送某一頻率的信號，閱讀器讀取信息并解碼后再送至中央系統(tǒng)進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。
目前，應(yīng)用最多的RFID頻率為高頻和超高頻這兩個頻段，其中高頻RFID通過電感耦合的方式進行供電和數(shù)據(jù)傳遞，通常感應(yīng)距離以cm為單位，超高頻RFID通過電磁耦合的方式進行功率傳遞和數(shù)據(jù)傳遞,通常感應(yīng)距離以m為單位。
圖1 高頻RFID工作原理圖
圖2 超高頻RFID工作原理圖
1.2 RFID的技術(shù)優(yōu)勢
1） 無需視覺接觸，基于電磁耦合的感應(yīng)原理使得數(shù)據(jù)傳遞更加快捷可靠；
2） 讀寫器和電子標簽等設(shè)備具有高等級的工業(yè)封裝，抵抗臟污和破壞性的惡劣環(huán)境；
3） 標簽可讀可寫，可重復(fù)使用，從而降低成本；
4） 可批量讀取標簽，提高工作效率。
2 寶鋼湛江鋼鐵物流數(shù)傳監(jiān)控平臺整體系統(tǒng)介紹
大型鋼鐵行業(yè)最大的特點之一就是物資的流動量非常大，從采購環(huán)節(jié)的鐵礦石、焦炭、廢鋼，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的燒結(jié)礦、生鐵、鋼坯，到銷售環(huán)節(jié)的鋼材以及廢棄物的處理，這么龐大而復(fù)雜的物流過程使鋼鐵企業(yè)不得不拿出相當一部分人力物力來處理這些事務(wù)。企業(yè)的采購、生產(chǎn)、銷售各個環(huán)節(jié)都有獨立的物流部門，而這些職能性質(zhì)相近的物流部門又由于不同環(huán)節(jié)之間的相對獨立而隔離開來，從而造成企業(yè)內(nèi)部物流的不順暢和效率低下。在企業(yè)內(nèi)部物流不便于外包的前提下，大型鋼鐵企業(yè)內(nèi)部物流實行專業(yè)化管理在鋼鐵行業(yè)將會發(fā)生更大的作用，鋼鐵行業(yè)需要專業(yè)化的物流。
2.1 目標及定位
寶鋼湛江物流數(shù)傳監(jiān)控平臺整體解決方案運用在線管理及信息技術(shù)，實現(xiàn)大型鋼鐵企業(yè)產(chǎn)成品、在制品、原輔料等環(huán)節(jié)的倉儲堆放管理以及后續(xù)展開水運、鐵路運輸、汽車運輸?shù)刃螒B(tài)的運輸過程管理。系統(tǒng)以承運需求為導(dǎo)向，貼近鋼鐵生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)對生產(chǎn)物流和銷售物流的管理和支撐。
2.2 系統(tǒng)概述
鐵水運輸是銜接鋼鐵廠生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它由機車司機接受調(diào)度員的調(diào)度指令，將高爐里受鐵完畢的混鐵車按時準確地送到煉鋼廠的指定工位點倒出鐵水，并將空混鐵車經(jīng)過倒渣清理罐口后拉回高爐，完成一次鐵水的運輸過程。
鐵水運輸物流復(fù)雜，需要鐵水運輸調(diào)度能夠及時響應(yīng)生產(chǎn)運行的瞬息變化，本方案采用RFID技術(shù)，在對各機車和混鐵車的位置進行跟蹤、對車號進行識別的基礎(chǔ)上進行機車與混鐵車的調(diào)度，保證管理部門及時、準確掌控機車和混鐵車的位置信息，保證了鐵水調(diào)度的合理性和正確性。
2.3 系統(tǒng)方案
本系統(tǒng)采用鐵路機車車輛車號射頻自動識別技術(shù)，借助RFID技術(shù)采集到的物流設(shè)備信息（即RFID標簽的EPC-ID）計算機車和混鐵車的實時位置，并顯示在鐵水調(diào)度控制室的工藝鐵路電子地圖上。鐵水調(diào)度員及其它相關(guān)用戶可以通過此畫面查看到機車和混鐵車最新的布局，為車輛調(diào)度提供基礎(chǔ)信息。同時采集生產(chǎn)過程中的相應(yīng)信息，進行實時顯示，幫助調(diào)度人員更好地進行時間的掌控。EPC-ID是電子標簽產(chǎn)品的唯一標識符，長度通常64bits或96bits,可以通過RFID閱讀器進行讀取和修改。
2.4 系統(tǒng)組成
2.4.1 車載單元
8臺機車上各安裝1臺RFID閱讀器，RFID的讀取天線分別安裝在機車的前后和機車底部，通過讀取鐵路上鋪設(shè)的RFID標簽的EPC-ID信息來確定機車所處的位置，以及所攜帶的第一臺魚雷罐車的信息。同時每臺機車配置1臺機車車載終端，用于鐵水調(diào)度指令的顯示、執(zhí)行確認等用途，并且通過通訊接口接收RFID Reader的數(shù)據(jù)以及機車控制系統(tǒng)采集到的機車速度、狀態(tài)等信息，發(fā)送給地面服務(wù)器。
此外，車載終端通過對機車運行速度、狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控，結(jié)合路段信息，可實現(xiàn)對車速進行監(jiān)控與預(yù)警，提高調(diào)度作業(yè)的安全性；同時對RFID Reader、RFID TAG等設(shè)備的狀態(tài)進行監(jiān)控，實現(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)管理。 在車載終端接收到新的作業(yè)指令時，將利用聲光報警提示機車司機開始作業(yè)。
由于混鐵車溫度外圍0.5米，可達到180℃，外圍1米的地方可達到100℃，以及混鐵車上不具備供電電源，因此混鐵車上不安裝RFID Reader。
2.4.2 地面單元
每臺機車和混鐵車底部均需安裝有一塊RFID TAG，保存機車和混鐵車的相關(guān)信息。為了提高混鐵車定位的準確性與可靠性，在工藝鐵路的檢修區(qū)和倒灌站位置的軌道下方安裝地面RFID Reader，在混鐵車經(jīng)過時，讀取混鐵車底部的RFID TAG信息，判斷混鐵車的位置，與系統(tǒng)中采用虛擬推算方式得出的混鐵車位置進行比較校對，修正混鐵車的位置信息。
3 西門子RFID識別系統(tǒng)
西門子公司作為RFID技術(shù)的先驅(qū)，自1983年首次推出其 Moby M系列以來，其射頻識別產(chǎn)品擁有先進成熟的技術(shù)和廣泛的應(yīng)用。目前擁有高頻和超高頻兩大系列產(chǎn)品。其中高頻系列為RF200和RF30，超高頻為RF600。
3.1本項目RFID系統(tǒng)的構(gòu)成及應(yīng)用開發(fā)
一套完整的西門子RFID系統(tǒng)主要分為以下四個部分：
1）通訊模塊（可選，集成至IT系統(tǒng)時不需要）
2）讀寫器
3）天線（可選，部分讀寫器帶有集成天線）
4）電子標簽
RFID設(shè)備選型的主要參考點：
1）讀寫距離
2）安裝方式（金屬環(huán)境或非金屬環(huán)境）
3）電子標簽的容量
4）系統(tǒng)集成的方式（PLC或IT）
本項目RFID標簽的讀寫距離在100cm左右，需要將RFID設(shè)備集成至基于PC的IT系統(tǒng)，因此采用的RFID型號為：
1）超高頻RF670R
2）RF640A圓極化天線
3）第三方電子標簽
RF670R閱讀器和RF640A天線具有緊湊的外形和高達IP65的封裝等級，工作范圍為-25 ℃到+55 ℃。其堅固的封裝和寬溫范圍能夠保證其在惡劣的戶外環(huán)境下直接使用，非常適合在生產(chǎn)物流和配送領(lǐng)域應(yīng)用。集成的數(shù)據(jù)處理能力使其能夠在復(fù)雜環(huán)境中更容易使用，閱讀器最多可連接4個外部天線RF640A，閱讀器與標簽之間的數(shù)據(jù)傳遞通過外部天線實現(xiàn)。
3.2 軟件配置及組態(tài)
1）使用西門子提供的PST 4.2軟件對RF670R分配IP地址及Device Name；
2）使用西門子RF-MANAGER Basic V3軟件進行讀寫器的參數(shù)組態(tài)，需要設(shè)置的常用參數(shù)為：連接的外部天線的型號，端口發(fā)射功率和天線增益以及天線饋線損耗等；
3）通過西門子提供的XML標記語言API接口，方便快速地將RF670R讀寫器集成到基于C# 高級語言開發(fā)的IT應(yīng)用系統(tǒng)之中。
4 總結(jié)語
西門子以型號為RF670R為典型代表的超高頻RFID閱讀器，克服了在不同環(huán)境下工作的特點，特別是安裝于室外的天線，2015年在湛江鋼鐵現(xiàn)場經(jīng)受了難得一遇的強臺風考驗，性能始終保持穩(wěn)定。RFID閱讀器的工作模式可以采用被動觸發(fā)和主動讀取兩種形式，很好地滿足了上位機應(yīng)用系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)采集的要求，對于整個工藝鐵路上機車和魚雷罐車的準確跟蹤，打下了堅固的基礎(chǔ)。
近年來出現(xiàn)的“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域和合作形式。
可以說，基于識別技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)對于整個工業(yè)4.0的發(fā)展來說，起到了舉足輕重的地位。“工業(yè)4.0” 出自德國，并已上升為國家級戰(zhàn)略，作為全球工業(yè)制造的領(lǐng)頭者，西門子公司已經(jīng)開始將這一概念引入其工業(yè)軟件開發(fā)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)之中。寶信軟件對于工業(yè)4.0也有著深刻體會，作為在裝備制造行業(yè)和冶金行業(yè)，在國內(nèi)有著領(lǐng)導(dǎo)力量的寶信軟件，自然需要和西門子這樣有著工業(yè)4.0先進思想和理念的公司進行合作，推動制造業(yè)和冶金行業(yè)向新一代發(fā)展。
