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(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)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(biāo)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：

1.1 RFID的工作原理

電子標(biāo)簽進(jìn)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(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)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(biāo)簽可讀可寫，可重復(fù)使用，從而降低成本；

4） 可批量讀取標(biāo)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(diǎn)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(dāng)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(dú)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(dú)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(shí)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(biāo)及定位

寶鋼湛江物流數(shù)傳監(jiān)控平臺整體解決方案運(yùn)用在線管理及信息技術(shù)，實(shí)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(yùn)、鐵路運(yùn)輸、汽車運(yùn)輸?shù)刃螒B(tài)的運(yùn)輸過程管理。系統(tǒng)以承運(yùn)需求為導(dǎo)向，貼近鋼鐵生產(chǎn)工藝，實(shí)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(yùn)輸是銜接鋼鐵廠生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它由機(jī)車司機(jī)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(zhǔn)確地送到煉鋼廠的指定工位點(diǎn)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(yùn)輸過程。

鐵水運(yùn)輸物流復(fù)雜，需要鐵水運(yùn)輸調(diào)度能夠及時響應(yīng)生產(chǎn)運(yùn)行的瞬息變化，本方案采用RFID技術(shù)，在對各機(jī)車和混鐵車的位置進(jìn)行跟蹤、對車號進(jìn)行識別的基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)車與混鐵車的調(diào)度，保證管理部門及時、準(zhǔn)確掌控機(jī)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(jī)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(biāo)簽的EPC-ID）計(jì)算機(jī)車和混鐵車的實(shí)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(jī)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(jìn)行實(shí)時顯示，幫助調(diào)度人員更好地進(jìn)行時間的掌控。EPC-ID是電子標(biāo)簽產(chǎn)品的唯一標(biāo)識符，長度通常64bits或96bits,可以通過RFID閱讀器進(jìn)行讀取和修改。

2.4 系統(tǒng)組成

2.4.1 車載單元

8臺機(jī)車上各安裝1臺RFID閱讀器，RFID的讀取天線分別安裝在機(jī)車的前后和機(jī)車底部，通過讀取鐵路上鋪設(shè)的RFID標(biāo)簽的EPC-ID信息來確定機(jī)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(jī)車配置1臺機(jī)車車載終端，用于鐵水調(diào)度指令的顯示、執(zhí)行確認(rèn)等用途，并且通過通訊接口接收RFID Reader的數(shù)據(jù)以及機(jī)車控制系統(tǒng)采集到的機(jī)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(jī)車運(yùn)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(shí)現(xiàn)對車速進(jìn)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(jìn)行監(jiān)控，實(shí)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(jī)車司機(jī)開始作業(yè)。

由于混鐵車溫度外圍0.5米，可達(dá)到180℃，外圍1米的地方可達(dá)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(jī)車和混鐵車底部均需安裝有一塊RFID TAG，保存機(jī)車和混鐵車的相關(guān)信息。為了提高混鐵車定位的準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(xiàng)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(biāo)簽

RFID設(shè)備選型的主要參考點(diǎn)：

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(biāo)簽的容量

4）系統(tǒng)集成的方式（PLC或IT）

本項(xiàng)目RFID標(biāo)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(biāo)簽

RF670R閱讀器和RF640A天線具有緊湊的外形和高達(dá)IP65的封裝等級，工作范圍為-25 ℃到+55 ℃。其堅(jiān)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(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳遞通過外部天線實(shí)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(jìn)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(biāo)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(diǎn)，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(qiáng)臺風(fēng)考驗(yàn)，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(jī)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(jī)車和魚雷罐車的準(zhǔn)確跟蹤，打下了堅(jiān)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(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)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(jìn)思想和理念的公司進(jìn)行合作，推動制造業(yè)和冶金行業(yè)向新一代發(fā)展。