專利名稱：基于rfid技術的冶金鋼水罐監測追蹤系統及其實現方法
技術領域：
本發明涉及網絡通信和無線監控技術領域，特別涉及一種基于RFID技術的冶金鋼水罐監測追蹤系統及其實現方法。
背景技術：
冶金和鋼鐵行業的信息化進程正在逐步向核心技術發展，僅僅依靠引進和模仿是不會有所作為的，需要對生產工藝和生產過程進行更嚴密的監測和優化以提高效率、降低成本、減小污染。由于鋼鐵企業在生產和運輸環境中有很多難點，鋼水對溫度對環境和電子設備的要求極高就是其突出的問題，原采用的魚雷罐方式不僅造成熱量的損失，還會提高成本、降低效率。鋼水的注入時，由于環境溫度極高只能遠距離查看鋼水罐的大致型號，人工決定需要注入多少鋼水，隨著鋼水罐使用時間的增加，保溫層和保護層性能不斷下降，操作人員憑經驗再次注入同樣的鋼水可能造成極大地危險，此外不能跟蹤鋼水罐處于什么狀態和到達什么位置。射頻識別即RFID (Radio Frequency IDentification)技術，又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術，與接觸式IC卡和條形碼識別等系統比較，它有著巨大的優勢，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。可承受更高的溫度、更惡劣的環境。利用射頻識別技術，能有效實現對數量大、分布區域廣的信息進行智能化管理，達到高效快捷運作的目的。如果在鋼鐵企業利用RFID技術，使高爐生產出的鋼水經過必要的工藝流程處理后，通過RFID跟蹤測距，以不更換鋼水包的生產組織模式，直接兌入轉爐冶煉鋼水運輸方式。與目前鋼鐵企業較普遍采用的魚雷罐車鋼水運輸方式相比，此項技術低碳環保優勢明顯，避免人為的操作失誤，提高了勞動生產率。因此，如何利用RFID技術對鋼水罐狀態和位置進行跟蹤監測，提出更簡單可靠的方式，解決現有技術領域存在的問題，已成為本技術領域的研究方向。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基于RFID技術的冶金鋼水罐監測追蹤系統及其實現方法，以求在高溫、金屬、粉塵等惡劣環境下通過RFID射頻卡數據采集、存儲；實現對鋼水罐狀態和位置進行跟蹤監測，運動過程中自動采集信息、進行跟蹤定位,并MES系統進行處理。本發明是通過這樣的技術方案實現的基于RFID技術的冶金鋼水罐監測追蹤系統，其特征在于，硬件主要包括系統中心服務器、若干個鋼水注水室的PC終端和若干個鋼水受水室的PC終端構成的監測網絡，監測網絡與MES聯通，MES為制造執行系統；
每個鋼水注水室的PC終端分別通過交換機、數據線與一個射頻讀卡器連接；
每個鋼水受水室的PC終端分別通過交換機、數據線與一個射頻讀卡器連接；若干個鋼水注水室和鋼水受水室分布在鋼水罐車運行軌道兩側；
每一個鋼水注水室和每一個鋼水注水室鋼水受水室旁的位置上，安裝一個射頻讀卡器，每個位置的射頻讀卡器分別與一個鋼水注入室的交換機對應連接；
采用嵌入式的方式將射頻卡安裝在鋼水罐側面，用于存儲鋼水罐的使用時間、位置、容積、溫度、任務索引號參數；
當鋼水罐隨鋼水罐車沿鋼水罐車運行軌道運行，每到達一個射頻讀卡器的附近時，相應位置的射頻讀卡器通過無線的方式遵循標準完成卡內信息的讀取和寫入；
當鋼水罐到達一個鋼水注水室附近的射頻讀卡器有效讀寫距離0. 15-3范圍內時，此位置的射頻讀卡器讀出鋼水罐上射頻卡內信息，并傳輸給上位PC機，操作人員根據鋼水罐的容積、使用時間、位置和溫度信息，確定本次需要注入鋼水的精確體積；· 鋼水罐沿鋼水罐車運行軌道運輸過程中，軌道旁的各個射頻讀卡器讀取鋼水罐上射頻卡內信息，判斷和確定鋼水罐的使用時間、位置和當前剩余鋼水體積，并抱本地數據庫寫入此時的溫度，同時將信息傳輸到系統服務器進行處理；
鋼水受水室利用附近射頻讀卡器提取的信息做相應處理，將結束后通知系統服務器，系統服務器根據當前各個鋼水罐的位置和剩余鋼水體積信息，由預制程序處理，確定下一次的調度任務。基于RFID技術的冶金鋼水罐監測追蹤系統的實現方法，所述方法按包括如下步驟
(1)在系統中心服務器上安裝系統管理軟件平臺，PC終端安裝信息處理軟件，系統管理軟件平臺預先錄入各個鋼水罐使用時間、位置、容積、溫度、任務索引號信息，做好與各個PC終端對應的射頻讀卡器地址關聯準備，等待獲取各射頻讀卡器硬件地址；
(2)裝有射頻卡的鋼水罐沿鋼水罐車運行軌道到達一個鋼水注入室位置時，鋼水注入室附近的射頻讀卡器讀取射頻卡內罐體容積、使用時間、需求鋼水體積信息，通過交換機傳輸給本地PC終端，PC終端運行信息處理軟件，PC終端顯示此信息；
(3)PC終端顯示當前鋼水罐外形、實際容積和中心服務管理軟件提供的本次任務信息，其中，任務信息包括任務請求部門、需求體積、時間、溫度信息，操作人員經過確認之后執行此次任務，本次過程涉及的任務請求、溫度、時間、位置、容積等信息寫入本地PC信息處理軟件的數據庫，同時將執行結果傳輸到系統中心服務器，由系統中心服務器將處理結果傳輸給任務請求部門；
(4)裝有射頻卡的鋼水罐離開鋼水注入室位置時，本次注入鋼水體積、溫度、時間、位置信息已由PC機上的信息處理軟件寫入射頻卡的磁電存儲區；
(5)鋼水罐在到達任務請求部門途中，軌道旁邊的射頻讀卡器在讀卡的同時將信息傳輸給中心，中心將數據傳輸給任務請求部門，以再次確立本鋼水罐的運行速度和路線；
(6)鋼水罐到達鋼水罐受水室位置時，附近的射頻讀卡器讀取鋼水罐上的射頻卡內信息，然后將信息傳到鋼水罐受水室PC終端，由信息處理軟件顯示鋼水體積、溫度、來源時間、來源位置、信息并與正在進行的任務進行匹配處理，同時將處理結果傳到中心，最后將本次過程涉及的任務請求、溫度、時間、位置、容積信息寫入本地信息處理軟件數據庫；
(7)鋼水罐如有剩余容積，則射頻卡內再次記錄鋼水體積、溫度、時間、位置等信息，并按中心提供的調度指令去往下一個受水室。
所述射頻讀卡器采用由西門子生產的MOBY-U ;射頻卡采用由西門子生產的MDSU589。本發明具有積極的效果借助RFID無線射頻技術和網絡技術、計算機軟件等技術
實現鋼水罐的全程實時跟蹤管理，為注水室、受水室、管理調度中心提供了詳實準確必要信
息，達到了注水、受水、運行路線和時間的細粒度管理，提高運行效率、降低成本、降低污染、
降低勞動強度等目的，為企業的精細化管理運營提供支持，具有良好的社會效益和經濟效.、 Mo
圖I鋼水罐監測追蹤系統示意 圖2鋼水Sil外形不意 圖3標簽安裝位置 圖4軟件流程圖。圖中1.鋼水罐，2.隔熱層，3.射頻卡，4.墻體，5.射頻讀卡器安裝支架，6.射頻讀卡器，7.鋼水罐車運行軌道。
具體實施例方式更清楚的理解本發明，結合附圖和實施例詳細描述本發明
如圖I至圖4所示，基于RFID技術的冶金鋼水罐監測追蹤系統，硬件主要包括系統中心服務器、若干個鋼水注水室的PC終端和若干個鋼水受水室的PC終端構成的監測網絡，監測網絡與MES聯通，MES為制造執行系統；
每個鋼水注水室的PC終端分別通過交換機、數據線與一個射頻讀卡器連接；
每個鋼水受水室的PC終端分別通過交換機、數據線與一個射頻讀卡器連接；
若干個鋼水注水室和鋼水受水室分布在鋼水罐車運行軌道兩側，
每一個鋼水注水室和每一個鋼水注水室鋼水受水室旁的位置上，安裝一個射頻讀卡器，每個位置的射頻讀卡器分別與一個鋼水注入室的交換機對應連接；射頻讀卡器采用西門子 MOBY-U ；
采用嵌入式的方式將射頻卡安裝在鋼水罐側面，射頻卡采用西門子MDSU589，用于存儲鋼水罐的時間、位置、容積、溫度、任務索引號參數；
當鋼水罐隨鋼水罐車沿鋼水罐車運行軌道運行，每到達一個射頻讀卡器的附近時，相應位置的射頻讀卡器通過無線的方式遵循標準完成卡內信息的讀取和寫入；
當鋼水罐到達一個鋼水注水室附近的射頻讀卡器有效讀寫距離0. 15-3范圍內時，此位置的射頻讀卡器讀出鋼水罐上射頻卡內信息，并傳輸給上位PC機，操作人員根據鋼水罐的容積、使用時間、位置和溫度信息，確定本次需要注入鋼水的精確體積；
鋼水罐沿鋼水罐車運行軌道運輸過程中，軌道旁的各個射頻讀卡器讀取鋼水罐上射頻卡內信息，判斷和確定鋼水罐的時間、位置和當前剩余鋼水體積，并迪本地數據庫寫入此時的溫度，同時將信息傳輸到系統服務器進行處理；
鋼水受水室利用附近射頻讀卡器提取的信息做相應處理，將結束后通知系統服務器，系統服務器根據當前各個鋼水罐的位置和剩余鋼水體積信息，由預制程序處理，確定下一次的調度任務；
RFID卡采用MDSU589，符合IS018000-4標準的2. 4G無線射頻傳感器，內部存儲容量為IK字節，可用于存儲時間、位置、容積、溫度、任務索引號等參數。射頻讀卡器采用M0BY-U， 一種卓越的微波識別系統，讀寫距離為0. 15-3米，可參數化；存儲容為磁電RAM容量32KB ;廣泛的狀態功能和診斷功能預防性診斷。數據采集方法
I :讀卡器與RFID卡均符合IS018000-4國際標準，鋼水罐追蹤管理過程中分布于軌道兩側和注水室、受水室旁的讀卡器通過無線的方式遵循標準完成卡內信息的讀取和寫入。2 :系統中的溫度信息由原來企業提供的比色測溫裝置提供；位置信息即讀卡器所在位置，系統中運行的軟件都含有一個所有讀卡器編號與位置信息對應的數據庫，根據收到的讀卡器編號解析位置信息；鋼水罐容積信息與罐體RFID卡的TID存儲于軟件數據中，RFID卡的TID為全球唯一編號，以此作為罐體的標示，軟件收到TID信息即可根據數據庫解析罐體信息。安裝位置要求由于鋼水罐溫度可達600度左右，RFID卡需在此溫度下長期工作，需選擇耐高溫卡并提供保護。軌道兩側和注水室、受水室旁的環境溫度最高可達180度，需采用具有ATEX許可的耐熱200度的讀卡器，并且符合IP68防護等級。本系統安裝方式首先對鋼水罐進行整體熱測量確定溫度較低、易于安裝、不易被外界碰觸的安裝部位，在此部位經隔熱處理，將標簽安裝于特制的金屬盒中，表面用鏈條簾保護便于維護并降低金屬物對射頻卡的影響(參見圖3)。本系統實現了鋼水罐的全程實時跟蹤管理和智能信息處理、智能決策，針對高溫特殊環境完成了
1.異形鋼水罐RFID高溫金屬環境下安裝防護；
2.高溫、金屬、粉塵等惡劣環境下RFID射頻卡數據采集、存儲；
3.鋼水罐容積、溫度、時間、位置信息實時采集處理；
4.鋼水罐運行路線和時間的優化和實時智能調度；
本系統技術特點
RFID與MES系統無縫結合，數據共享；
運動過程中自動采集信息、進行跟蹤定位；
克服異形鋼水罐高溫金屬環境干擾，直接安裝于罐體；
根據系統動態數據，基于遺傳算法確定鋼水罐的運行路線和時間；
克服高溫、金屬、粉塵等惡劣環境對讀卡器的影響，將讀卡器安裝于軌道兩側，實現射頻卡數據關鍵位置采集和位置服務；
采用工業級2. 4G射頻卡和特殊設計線性天線，達到100%數據穩定采集；
本系統實現了鋼水罐的全程實時跟蹤管理，注水、受水、運行路線和時間的細粒度管理，減低運行過程的熱損耗，降低了原煤和燃油消耗，達到了提高運行效率、降低成本、降低污染、降低勞動強度等目的，為企業的精細化管理運營提供支持，具有良好的社會效益和經濟效益。 根據上述說明，結合本領域技術可實現本發明的方案。
權利要求
1.基于RFID技術的冶金鋼水罐監測追蹤系統，其特征在于，硬件主要包括系統中心服務器、若干個鋼水注水室的PC終端和若干個鋼水受水室的PC終端構成的監測網絡，監測網絡與MES聯通，MES為制造執行系統； 每個鋼水注水室的PC終端分別通過交換機、數據線與一個射頻讀卡器連接； 每個鋼水受水室的PC終端分別通過交換機、數據線與一個射頻讀卡器連接； 若干個鋼水注水室和鋼水受水室分布在鋼水 罐車運行軌道兩側； 每一個鋼水注水室和每一個鋼水注水室鋼水受水室旁的位置上，安裝一個射頻讀卡器，每個位置的射頻讀卡器分別與一個鋼水注入室的交換機對應連接； 采用嵌入式的方式將射頻卡安裝在鋼水罐側面，用于存儲鋼水罐的使用時間、位置、容積、溫度、任務索引號參數； 當鋼水罐隨鋼水罐車沿鋼水罐車運行軌道運行，每到達一個射頻讀卡器的附近時，相應位置的射頻讀卡器通過無線的方式遵循標準完成卡內信息的讀取和寫入； 當鋼水罐到達一個鋼水注水室附近的射頻讀卡器有效讀寫距離0. 15-3范圍內時，此位置的射頻讀卡器讀出鋼水罐上射頻卡內信息，并傳輸給上位PC機，操作人員根據鋼水罐的容積、使用時間、位置和溫度信息，確定本次需要注入鋼水的精確體積； 鋼水罐沿鋼水罐車運行軌道運輸過程中，軌道旁的各個射頻讀卡器讀取鋼水罐上射頻卡內信息，判斷和確定鋼水罐的使用時間、位置和當前剩余鋼水體積，并向本地數據庫寫入此時的溫度，同時將信息傳輸到系統服務器進行處理； 鋼水受水室利用附近射頻讀卡器提取的信息做相應處理，將結束后通知系統服務器，系統服務器根據當前各個鋼水罐的位置和剩余鋼水體積信息，由預制程序處理，確定下一次的調度任務。
2.基于RFID技術的冶金鋼水罐監測追蹤系統的實現方法，所述方法按包括如下步驟 (1)在系統中心服務器上安裝系統管理軟件平臺，PC終端安裝信息處理軟件，系統管理軟件平臺預先錄入各個鋼水罐使用時間、位置、容積、溫度、任務索引號信息，做好與各個PC終端對應的射頻讀卡器地址關聯準備，等待獲取各射頻讀卡器硬件地址； (2)裝有射頻卡的鋼水罐沿鋼水罐車運行軌道到達一個鋼水注入室位置時，鋼水注入室附近的射頻讀卡器讀取射頻卡內罐體容積、使用時間、需求鋼水體積信息，通過交換機傳輸給本地PC終端，PC終端運行信息處理軟件，PC終端顯示此信息； (3)PC終端顯示當前鋼水罐外形、實際容積和中心服務管理軟件提供的本次任務信息，其中，任務信息包括任務請求部門、需求體積、時間、溫度信息，操作人員經過確認之后執行此次任務，本次過程涉及的任務請求、溫度、時間、位置、容積等信息寫入本地PC信息處理軟件的數據庫，同時將執行結果傳輸到系統中心服務器，由系統中心服務器將處理結果傳輸給任務請求部門； (4)裝有射頻卡的鋼水罐離開鋼水注入室位置時，本次注入鋼水體積、溫度、時間、位置信息已由PC機上的信息處理軟件寫入射頻卡的磁電存儲區； (5)鋼水罐在到達任務請求部門途中，軌道旁邊的射頻讀卡器在讀卡的同時將信息傳輸給中心，中心將數據傳輸給任務請求部門，以再次確立本鋼水罐的運行速度和路線； (6)鋼水罐到達鋼水罐受水室位置時，附近的射頻讀卡器讀取鋼水罐上的射頻卡內信息，然后將信息傳到鋼水罐受水室PC終端，由信息處理軟件顯示鋼水體積、溫度、來源時間、來源位置、信息并與正在進行的任務進行匹配處理，同時將處理結果傳到中心，最后將本次過程涉及的任務請求、溫度、時間、位置、容積信息寫入本地信息處理軟件數據庫； (7)鋼水罐如有剩余容積，則射頻卡內再次記錄鋼水體積、溫度、時間、位置等信息，并按中心提供的調度指令去往下一個受水室。
3.如權利要求I所述的基于RFID技術的冶金鋼水罐監測追蹤系統，其特征在于，射頻讀卡器采用由西門子生產的MOBY-U ;射頻卡采用由西門子生產的MDSU589。
全文摘要
本發明涉及基于RFID技術的冶金鋼水罐監測追蹤系統及其實現方法，硬件主要包括系統中心服務器、若干個鋼水注水室的PC終端和若干個鋼水受水室的PC終端構成的監測網絡，監測網絡與MES聯通，當鋼水罐到達一個鋼水注水室附近的射頻讀卡器有效讀寫距離時，射頻讀卡器讀出鋼水罐上射頻卡內信息，并傳輸給上位PC機，操作人員根據鋼水罐的容積、使用時間、位置和溫度信息，確定本次需要注入鋼水的精確體積；借助無線射頻技術和網絡技術、實現鋼水罐的全程實時跟蹤管理，為注水室、受水室、管理調度中心提供了詳實準確必要信息，實現注水、受水、運行路線和時間的細粒度管理，提高運行效率、降低成本、降低污染、降低勞動強度，具有良好的社會效益和經濟效益。
文檔編號G06K7/00GK102722689SQ201210235438
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者萬紹潔, 任延深, 劉哲, 李秀云, 韓洪, 香亞楠 申請人:天津市電視技術研究所