CN102722689B - 基于rfid技术的冶金钢水罐监测追踪系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于RFID技术的冶金钢水罐监测追踪系统及其实现方法，硬件主要包括系统中心服务器、若干个钢水注水室的PC终端和若干个钢水受水室的PC终端构成的监测网络，监测网络与MES联通，当钢水罐到达一个钢水注水室附近的射频读卡器有效读写距离时，射频读卡器读出钢水罐上射频卡内信息，并传输给上位PC机，操作人员根据钢水罐的容积、使用时间、位置和温度信息，确定本次需要注入钢水的精确体积；借助无线射频技术和网络技术、实现钢水罐的全程实时跟踪管理，为注水室、受水室、管理调度中心提供了详实准确必要信息，实现注水、受水、运行路线和时间的细粒度管理，提高运行效率、降低成本、降低污染、降低劳动强度，具有良好的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信和无线监控技术领域，特别涉及一种基于RFID技术的冶金钢水罐监测追踪系统及其实现方法。
背景技术
冶金和钢铁行业的信息化进程正在逐步向核心技术发展，仅仅依靠引进和模仿是不会有所作为的，需要对生产工艺和生产过程进行更严密的监测和优化以提高效率、降低成本、减小污染。由于钢铁企业在生产和运输环境中有很多难点，钢水对温度对环境和电子设备的要求极高就是其突出的问题，原采用的鱼雷罐方式不仅造成热量的损失，还会提高成本、降低效率。钢水的注入时，由于环境温度极高只能远距离查看钢水罐的大致型号，人工决定需要注入多少钢水，随着钢水罐使用时间的增加，保温层和保护层性能不断下降，操作人员凭经验再次注入同样的钢水可能造成极大地危险，此外不能跟踪钢水罐处于什么状态和到达什么位置。
射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，与接触式IC卡和条形码识别等系统比较，它有着巨大的优势，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
可承受更高的温度、更恶劣的环境。利用射频识别技术，能有效实现对数量大、分布区域广的信息进行智能化管理，达到高效快捷运作的目的。
如果在钢铁企业利用RFID技术，使高炉生产出的钢水经过必要的工艺流程处理后，通过RFID跟踪测距，以不更换钢水包的生产组织模式，直接兑入转炉冶炼钢水运输方式。与目前钢铁企业较普遍采用的鱼雷罐车钢水运输方式相比，此项技术低碳环保优势明显，避免人为的操作失误，提高了劳动生产率。
因此，如何利用RFID技术对钢水罐状态和位置进行跟踪监测，提出更简单可靠的方式，解决现有技术领域存在的问题，已成为本技术领域的研究方向。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于RFID技术的冶金钢水罐监测追踪系统及其实现方法，以求在高温、金属、粉尘等恶劣环境下通过RFID射频卡数据采集、存储；实现对钢水罐状态和位置进行跟踪监测，运动过程中自动采集信息、进行跟踪定位，并MES系统进行处理。
本发明是通过这样的技术方案实现的：基于RFID技术的冶金钢水罐监测追踪系统，其特征在于，硬件主要包括系统中心服务器、若干个钢水注水室的PC终端和若干个钢水受水室的PC终端构成的监测网络，监测网络与MES联通，MES为制造执行系统；
每个钢水注水室的PC终端分别通过交换机、数据线与一个射频读卡器连接；
每个钢水受水室的PC终端分别通过交换机、数据线与一个射频读卡器连接；
若干个钢水注水室和钢水受水室分布在钢水罐车运行轨道两侧；
每一个钢水注水室和每一个钢水受水室旁的位置上，安装一个射频读卡器，每个位置的射频读卡器分别与一个钢水注水室的交换机对应连接；
采用嵌入式的方式将射频卡安装在钢水罐侧面，用于存储钢水罐的使用时间、位置、容积、温度、任务索引号参数；
当钢水罐随钢水罐车沿钢水罐车运行轨道运行，每到达一个射频读卡器的附近时，相应位置的射频读卡器通过无线的方式遵循标准完成卡内信息的读取和写入；
当钢水罐到达一个钢水注水室附近的射频读卡器有效读写距离0.15-3范围内时，此位置的射频读卡器读出钢水罐上射频卡内信息，并传输给钢水注水室的PC终端，操作人员根据钢水罐的容积、使用时间、位置和温度信息，确定本次需要注入钢水的精确体积；
钢水罐沿钢水罐车运行轨道运输过程中，轨道旁的各个射频读卡器读取钢水罐上射频卡内信息，判断和确定钢水罐的使用时间、位置和当前剩余钢水体积，并向本地数据库写入此时的温度，同时将信息传输到系统服务器进行处理；
钢水受水室利用附近射频读卡器提取的信息做相应处理，将结束后通知系统服务器，系统服务器根据当前各个钢水罐的位置和剩余钢水体积信息，由预制程序处理，确定下一次的调度任务。
基于RFID技术的冶金钢水罐监测追踪系统的实现方法，所述方法按包括如下步骤：
（1） 在系统中心服务器上安装系统管理软件平台，若干个钢水注水室和若干个钢水受水室的PC终端安装信息处理软件，系统管理软件平台预先录入各个钢水罐使用时间、位置、容积、温度、任务索引号信息，做好与各个PC终端对应的射频读卡器地址关联准备，等待获取各射频读卡器硬件地址；
（2） 装有射频卡的钢水罐沿钢水罐车运行轨道到达一个钢水注水室位置时，钢水注水室附近的射频读卡器读取射频卡内罐体容积、使用时间、需求钢水体积信息，通过交换机传输给对应钢水注水室，此PC终端运行信息处理软件，此PC终端显示此信息；
（3）钢水注水室PC终端显示当前钢水罐外形、实际容积和中心服务管理软件提供的本次任务信息，其中，任务信息包括任务请求部门、需求体积、时间、温度信息，操作人员经过确认之后执行此次任务，本次过程涉及的任务请求、温度、时间、位置、容积信息写入对应钢水注水室PC终端的信息处理软件的数据库，同时将执行结果传输到系统中心服务器，由系统中心服务器将处理结果传输给任务请求部门；
（4）装有射频卡的钢水罐离开钢水注水室位置时，本次注入钢水体积、温度、时间、位置信息已由对应PC终端上的信息处理软件写入射频卡的磁电存储区；
（5） 钢水罐在到达任务请求部门途中，轨道旁边的射频读卡器在读卡的同时将信息传输给中心，中心将数据传输给任务请求部门，以再次确立本钢水罐的运行速度和路线；
（6） 钢水罐到达钢水罐受水室位置时，附近的射频读卡器读取钢水罐上的射频卡内信息，然后将信息传到钢水罐受水室PC终端，由信息处理软件显示钢水体积、温度、来源时间、来源位置信息并与正在进行的任务进行匹配处理，同时将处理结果传到中心，最后将本次过程涉及的任务请求、温度、时间、位置、容积信息写入本地信息处理软件数据库；
（7） 钢水罐如有剩余容积，则射频卡内再次记录钢水体积、温度、时间、位置信息，并按中心提供的调度指令去往下一个受水室。
所述射频读卡器采用由西门子生产的MOBY-U；射频卡采用由西门子生产的MDSU589。
本发明具有积极的效果：借助RFID无线射频技术和网络技术、计算机软件等技术实现钢水罐的全程实时跟踪管理，为注水室、受水室、管理调度中心提供了详实准确必要信息，达到了注水、受水、运行路线和时间的细粒度管理，提高运行效率、降低成本、降低污染、降低劳动强度等目的，为企业的精细化管理运营提供支持，具有良好的社会效益和经济效益。
附图说明
图1 钢水罐监测追踪系统示意图；
图2钢水罐外形示意图；
图3标签安装位置图；
图4软件流程图。
图中：1. 钢水罐，2.隔热层，3. 射频卡，4.墙体，5. 射频读卡器安装支架，6. 射频读卡器，7. 钢水罐车运行轨道。
具体实施方式
更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1至图4所示，基于RFID技术的冶金钢水罐监测追踪系统，硬件主要包括系统中心服务器、若干个钢水注水室的PC终端和若干个钢水受水室的PC终端构成的监测网络，监测网络与MES联通，MES为制造执行系统；
每个钢水注水室的PC终端分别通过交换机、数据线与一个射频读卡器连接；
每个钢水受水室的PC终端分别通过交换机、数据线与一个射频读卡器连接；
若干个钢水注水室和钢水受水室分布在钢水罐车运行轨道两侧，
每一个钢水注水室和每一个钢水注水室钢水受水室旁的位置上，安装一个射频读卡器，每个位置的射频读卡器分别与一个钢水注水室的交换机对应连接；射频读卡器采用西门子MOBY-U；
采用嵌入式的方式将射频卡安装在钢水罐侧面，射频卡采用西门子MDSU589，用于存储钢水罐的时间、位置、容积、温度、任务索引号参数；
当钢水罐随钢水罐车沿钢水罐车运行轨道运行，每到达一个射频读卡器的附近时，相应位置的射频读卡器通过无线的方式遵循标准完成卡内信息的读取和写入；
当钢水罐到达一个钢水注水室附近的射频读卡器有效读写距离0.15-3范围内时，此位置的射频读卡器读出钢水罐上射频卡内信息，并传输给上位PC机，操作人员根据钢水罐的容积、使用时间、位置和温度信息，确定本次需要注入钢水的精确体积；
钢水罐沿钢水罐车运行轨道运输过程中，轨道旁的各个射频读卡器读取钢水罐上射频卡内信息，判断和确定钢水罐的时间、位置和当前剩余钢水体积，并向本地数据库写入此时的温度，同时将信息传输到系统服务器进行处理；
钢水受水室利用附近射频读卡器提取的信息做相应处理，将结束后通知系统服务器，系统服务器根据当前各个钢水罐的位置和剩余钢水体积信息，由预制程序处理，确定下一次的调度任务；
RFID卡采用MDSU589，符合IS018000-4标准的2.4G无线射频传感器，内部存储容量为1K字节，可用于存储时间、位置、容积、温度、任务索引号等参数。
射频读卡器采用MOBY-U,是一种卓越的微波识别系统，读写距离为0.15-3米，可参数化；存储容为磁电RAM容量32KB；广泛的状态功能和诊断功能 预防性诊断。
数据采集方法：
1：读卡器与RFID卡均符合ISO18000-4国际标准，钢水罐追踪管理过程中分布于轨道两侧和注水室、受水室旁的读卡器通过无线的方式遵循标准完成卡内信息的读取和写入。
2：系统中的温度信息由原来企业提供的比色测温装置提供；位置信息即读卡器所在位置，系统中运行的软件都含有一个所有读卡器编号与位置信息对应的数据库，根据收到的读卡器编号解析位置信息；钢水罐容积信息与罐体RFID卡的TID存储于软件数据中，RFID卡的TID为全球唯一编号，以此作为罐体的标示，软件收到TID信息即可根据数据库解析罐体信息。
安装位置要求：由于钢水罐温度可达600度左右，RFID卡需在此温度下长期工作，需选择耐高温卡并提供保护。轨道两侧和注水室、受水室旁的环境温度最高可达180度，需采用具有ATEX许可的耐热200度的读卡器，并且符合IP68防护等级。
本系统安装方式：首先对钢水罐进行整体热测量确定温度较低、易于安装、不易被外界碰触的安装部位，在此部位经隔热处理，将标签安装于特制的金属盒中，表面用链条帘保护便于维护并降低金属物对射频卡的影响(参见图3)。
本系统实现了钢水罐的全程实时跟踪管理和智能信息处理、智能决策，针对高温特殊环境完成了：
1. 异形钢水罐RFID高温金属环境下安装防护；
2. 高温、金属、粉尘等恶劣环境下RFID射频卡数据采集、存储；
3. 钢水罐容积、温度、时间、位置信息实时采集处理；
4. 钢水罐运行路线和时间的优化和实时智能调度；
本系统技术特点：
RFID与MES系统无缝结合，数据共享；
运动过程中自动采集信息、进行跟踪定位；
克服异形钢水罐高温金属环境干扰，直接安装于罐体；
根据系统动态数据，基于遗传算法确定钢水罐的运行路线和时间；
克服高温、金属、粉尘等恶劣环境对读卡器的影响，将读卡器安装于轨道两侧，实现射频卡数据关键位置采集和位置服务；
采用工业级2.4G射频卡和特殊设计线性天线，达到100%数据稳定采集；
本系统实现了钢水罐的全程实时跟踪管理，注水、受水、运行路线和时间的细粒度管理，减低运行过程的热损耗，降低了原煤和燃油消耗，达到了提高运行效率、降低成本、降低污染、降低劳动强度等目的，为企业的精细化管理运营提供支持，具有良好的社会效益和经济效益。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (3)
1.基于RFID技术的冶金钢水罐监测追踪系统，其特征在于，硬件主要包括系统中心服务器、若干个钢水注水室的PC终端和若干个钢水受水室的PC终端构成的监测网络，监测网络与MES联通，MES为制造执行系统；
每个钢水注水室的PC终端分别通过交换机、数据线与一个射频读卡器连接；
每个钢水受水室的PC终端分别通过交换机、数据线与一个射频读卡器连接；
若干个钢水注水室和钢水受水室分布在钢水罐车运行轨道两侧；
每一个钢水注水室和每一个钢水受水室旁的位置上，安装一个射频读卡器，每个位置的射频读卡器分别与一个钢水注水室的交换机对应连接；
采用嵌入式的方式将射频卡安装在钢水罐侧面，用于存储钢水罐的使用时间、位置、容积、温度、任务索引号参数；
当钢水罐随钢水罐车沿钢水罐车运行轨道运行，每到达一个射频读卡器的附近时，相应位置的射频读卡器通过无线的方式遵循标准完成卡内信息的读取和写入；
当钢水罐到达一个钢水注水室附近的射频读卡器有效读写距离0.15-3米范围内时，此位置的射频读卡器读出钢水罐上射频卡内信息，并传输给钢水注水室的PC终端，操作人员根据钢水罐的容积、使用时间、位置和温度信息，确定本次需要注入钢水的精确体积；
钢水罐沿钢水罐车运行轨道运输过程中，轨道旁的各个射频读卡器读取钢水罐上射频卡内信息，判断和确定钢水罐的使用时间、位置和当前剩余钢水体积，并向本地数据库写入此时的温度，同时将信息传输到系统中心服务器进行处理；
钢水受水室利用附近射频读卡器提取的信息做相应处理，将结束后通知系统中心服务器，系统中心服务器根据当前各个钢水罐的位置和剩余钢水体积信息，由预制程序处理，确定下一次的调度任务。
2.基于RFID技术的冶金钢水罐监测追踪系统的实现方法，所述方法按包括如下步骤：
（1）在系统中心服务器上安装系统管理软件平台，若干个钢水注水室和若干个钢水受水室的PC终端安装信息处理软件，系统管理软件平台预先录入各个钢水罐使用时间、位置、容积、温度、任务索引号信息，做好与各个PC终端对应的射频读卡器地址关联准备，等待获取各射频读卡器硬件地址；
（2）装有射频卡的钢水罐沿钢水罐车运行轨道到达一个钢水注水室位置时，钢水注水室附近的射频读卡器读取射频卡内罐体容积、使用时间、需求钢水体积信息，通过交换机传输给对应钢水注水室PC终端，此PC终端运行信息处理软件，此PC终端显示此信息；
（3）钢水注水室PC终端显示当前钢水罐外形、实际容积和中心服务管理软件提供的本次任务信息，其中，任务信息包括任务请求部门、需求体积、时间、温度信息，操作人员经过确认之后执行此次任务，本次过程涉及的任务请求、温度、时间、位置、容积信息写入对应钢水注水室PC终端的信息处理软件的数据库，同时将执行结果传输到系统中心服务器，由系统中心服务器将处理结果传输给任务请求部门；
（4）装有射频卡的钢水罐离开钢水注水室位置时，本次注入钢水体积、温度、时间、位置信息已由对应PC终端上的信息处理软件写入射频卡的磁电存储区；
（5） 钢水罐在到达任务请求部门途中，轨道旁边的射频读卡器在读卡的同时将信息传输给系统中心服务器，系统中心服务器将数据传输给任务请求部门，以再次确立本钢水罐的运行速度和路线；
（6）钢水罐到达钢水罐受水室位置时，附近的射频读卡器读取钢水罐上的射频卡内信息，然后将信息传到钢水罐受水室PC终端，由信息处理软件显示钢水体积、温度、来源时间、来源位置信息并与正在进行的任务进行匹配处理，同时将处理结果传到中心，最后将本次过程涉及的任务请求、温度、时间、位置、容积信息写入本地信息处理软件数据库；
（7）钢水罐如有剩余容积，则射频卡内再次记录钢水体积、温度、时间、位置信息，并按中心提供的调度指令去往下一个受水室。
3.如权利要求1所述的基于RFID技术的冶金钢水罐监测追踪系统，其特征在于，射频读卡器采用由西门子生产的MOBY-U；射频卡采用由西门子生产的MDSU589。
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