射频识别技术在自动炼钢生产中的应用

关键词：射频识别技术;天车;位置检测

一.引言

　　炼钢生产的特点是地域广、设备多，环境恶劣，生产程控性差。所以炼钢厂自动化生产及管理实现难度较大。但经过分析我们不难发现，炼钢生产过程的物质流动过程主要是通过天车实现的，从生铁入炉炼钢、出炉、炉外精炼到连铸，一直到连铸坯出厂几个独立的生产环节都是由天车有机联系起来的。所以对天车的行为进行跟踪和辨识就能准确掌握炼钢生产的节奏，通过对物流方向及重量变化的判断就能为炼钢自动化生产管理提供可靠的手段。为实现工厂ERP管理 提供理想的现场实时数据资源。

二.射频式位置检测技术

　　射频识别（即Radio frequency identification,以下简称RFID）技术是九十年代兴起的一项新型自动识别技术，它的突出优点是利用无线射频方式进行非接触识别，无需外露电触点，无源电子标签可按不同的应用要求来封装。系统可同时识别多个静止的和高速运动的电子标签。以完成多目标识别。

　　1.射频识别原理

　　典型的RFID系统由电子标签（Tag）、读写器（Read/write Device）以及数据交换和管理等系统组成，读写器由无线收发模块、天线、及接口电路等组成。

　　下图是RFID系统的原理示意。

射频识别系统原理图

　　典型的电子标签是无源系统,电子标签内不含电池，能量是由读写器发出的射频脉冲提供。电子标签接收射频脉冲、整流并给电容充电，电容电压经稳压后作为工作电压为电子标签供电。数据调制部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑处理器。控制逻辑处理器接收指令完成存储，发送数据及其它操作。EEPROM用来存储电子标签的固定地址和其它用户数据。

　　2.天车位置识别的实现方法

　　根据对天车监控精度的要求，沿天车轨道按一定间隔放置电子标签;在天车上对应位置安装识别装置，所有埋设的电子标签都存储有互不重复的地址编码， 当天车途经或到达所埋设的电子标签位置时，车载读码器读出该标签地址编码，由单片机将此编码与在EEPROM中预储的编码检索匹配即可知道该车所在位置。依据位置移动方向及载重变化通过数学模型分析可判断天车的行为。同时配备我们自行开发的数据通讯装置，实现运行中各车行为的识别、重量数据接收、显示、并向地面站传送信号。

　　利用RFID技术进行天车的全程位置跟踪是一种全新的技术。，它的主要优点是：

　　1. 成本低廉。便于大面积使用，提高了系统的可靠性

　　2. 电子标签无须裸露，可用耐火材料或陶瓷封装，耐腐蚀，最高耐温可超过300C°。可长期工作于高频强干扰、震动、粉尘、油污等各种恶劣环境。极为适合在炼钢厂使用。

　　3. 安装维护简便。标签安装无严格要求，接收距离最远可达2米。

　　4. 采用绝对编址，无累计误差。使位置识别准确无误。

三.设计要求

　　1. 经济实用，简练可靠。

　　2. 开放式结构，软硬件配置灵活，管理功能可以组件形式向上升级。根据实际需要和可能，即可只配置成基本系统，完成位置识别和连锁保护功能;又可配置其它组件，构成较完善系统，实现较高层次的管理功能。

　　3. 所有需要辩识的设备动作都可以实时动态模拟，模拟精度取决于埋设标签的密度。

　　4. 除各类称重数据外，还具有冶炼时间、开浇时间、故障时间以及温度、压力、成分等实时数据采集功能。

四.系统构成

　　系统的整体构成示意如下图

　　每部天车设分站，完成位置识别、重量检测和地面站无线通讯联络;调度室设地面站，负责无线网络管理、行为识别、数据记录、查询报表工作。地面站的计算机，通过有线网络与厂领导及相关科室实现资源共享。

五.功能

　　全程动态检测天车位置，实时接收天车重量数据，准确辩识天车行为。

　　1、系统能以俯视图和3D动画模拟仿真现场设备运行，示意天车行为。画面上动态显示、记录钢包皮重、毛重、自动计算净重，并记录各炉产量、消耗。 与色谱仪、自动打号机及终端连接可自动生成炉号、班产及连轧材质单。

　　2、 据用户要求提供约定格式的班报，日报，月报。

　　3、 过厂内计算机网络实现图像和数据资源共享。使厂领导和有关管理人员能方便获得所关心的数据，能实时查看生产操作状况。

六.系统软件硬件配置

　　每部天车都配有射频识别装置和无线分站。无线分站由智能仪表和无线分模块组成。智能仪表采用双CPU结构。其中一个CPU管理无线通讯模块，完成和地面站的通讯联络另一个CPU实时接收射频识别装置的位置信号和天车称的重量信号;两CPU间以行方式相互交换数据。

　　在地面站设无线通讯主站和装有配套软件的计算机。无线通讯主站也由无线通讯模块和智能表组成，同样，智能表也采用双CPU结构，其中一个CPU管理无线通讯模块，完成无线组网功能;另一个CPU完成与计算机的数据通讯。

　　在计算机上安装了用VB6.0编写的软件，完成动画显示、行为辩识、数据处理和记录、数据查询功能;并将班，日，月数据转储到ACCESS，VFP等标准数据库中，以便其它管理人员使用相关数据。

七.结束语

　　本系统是炼钢厂ERP管理系统的基础，它的开放性结构和良好的可扩充性必将为自动化炼钢提供方便实用、经济实惠的实现手段。本系统已在石家庄钢铁股份有限公司使用近一年的时间，炉号识别率95%以上，取得了良好的效果。

参考文献

　　[1][美] JOSEPH J.CARR 箸：射频电路设计 ：电子工业出版社

　　[2]徐科军 信号处理技术：武汉理工大学出版社

　　[3]樊尚春，周浩敏 箸：信号与测试技术：北京航空航天大学出版社