基于RFID 技术的罐号跟踪系统
解决方案
杭州钱江称重技术有限公司戴明新，申屠小进鞍钢质计中心
高启胜
[摘要]随着钢铁企业“一罐到底”工艺的提出及普及，同时为减少铁水罐的使用量、提高铁水罐的周转率，从而最终达到降低铁水温度损耗之目的，这就需要对所有在用的铁水罐进行全厂定位、跟踪，从而使得罐号识别项目应运而生。本文主要讲解了我公司研制的基于R FID 技术的高温标签，应用于铁水罐跟踪的解决方案。
[关键词]R FID ；罐号跟踪；高温标签；安装位置[中图分类号]U294.3+21
[文献标识码]B [文章编号]1003-5729（2019）04-0028-05
Solution of tank number tracking system based on RFID technology
Article abstract:The advancing and popularization of "The Same Transfer Ladle"technology in iron and st
eel enterprises excellently reduce the use of hot metal ladles and improve the turnover rate of hot metal ladles,and ultimately achieve the goal of reducing the temperature loss of hot metal.So it is necessary to locate and track all used hot metal ladles throughout the plant.As a result,the project of Ladles No.identifieation emerges as the times require.This paper mainly describes the high temperature tag based on RFID technology which is developed by our company and the solution applied to hot metal ladle tracking.Key words:RFID;Ladle No tracking;high temperature tag;installation position
1项目来源钢铁企业中，铁水、钢水的流转和供应是整个企业的关键，因此作为铁水、钢水的运输容器，铁包、钢包的管理的重要性和必要性不言而喻。铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，铁水物理热约占转炉热收入的50%。铁水温度高有利于稳定操作和转炉的自动控制，铁水的温度过低，不利于成渣和去除杂质，容易发生喷溅，而铁水在运输和待装过程中散失的热量占了较大比例。有了铁水罐跟踪系统能最大限度的减少空包时间和满包等待时间，保证铁水、钢水的温度，不仅有利于最终产品
的控制，也很好的降低了生产能耗。所以铁水罐跟踪系统就是一套有效管理铁水、钢水运输容器的钢铁企业生产辅助系统，在给企业产能提供有力保障的同时，也对企业产品的质量有着积极影响。
作者简介：戴明新，电气工程师，专业从事轨道称重行业十余年，具有多项技术专利和发明专利，多次参与轨道称重装置
的研发。
2高温标签的研发
铁水罐跟踪系统的核心是给每个铁水罐安装电子标签，通俗的讲，就是给各个铁水罐安装一个“身份证”。由于铁水罐的表面温度太高，我们跟踪了铁水罐会经过的各个工艺环节，测得其在转炉对铁时温度最高，最高温度约350℃，所以不能采用常规的电子标签，必须研发出能经受得住如此高温环境的高温电子标签。
我公司经过长达1年多时间的摸索、研发，并到钢铁厂实地观察铁水罐运行的各个工艺过程，并基于射频识别RFID（Radio Frequency Identifi-cation）技术，研发成功可应用于铁水罐表面的高温标签！RFID又称无线射频识别，是一种通信技术，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。它的突出优点是利用无线射频方式进行非接触双向通讯，从而达到识别目标和数据交换的目的，利用电子标签的信息标识可以完成多目标识别。
图1是我公司研发的并已经成功应用的高温电子标签外形图，主要应用于多粉尘、多烟雾、多腐蚀气体和高温等恶劣复杂环境中，它是基于射频识别技术的耐高温芯片，采用耐高温隔热材料、抗震外壳、防撞环为一体的机电一体化设备。它从以下几个方面的设计，保证了其使用的可靠性。
2.1双层隔热设计
高温标签内壳采用特殊隔热材料，隔热性能优异，且能兼顾对标签的物理撞击保护作用。电子标签周围填充进口隔热材料，对电子标签进行双层隔热保护。
2.2防撞设计
我们在高温标签最外侧做了一个防撞环的设计，金属防撞环，可以应付在常规的物理冲击下，高温标签不受损伤。
2.3散热设计
散热也是提高标签高温性能的一个不可忽视的重要途径，我们在高温标签外壳的防撞环上开孔，铁水罐车在运行过程中，让空气更快的带走标签的热量。同时，标签安装上采用点式安装，尽量减少标签与罐体表面的接触面积，减少热传导。
3钢铁企业罐号跟踪系统的解决方案
铁水常规的铁运输方式有铁水罐车运输方式和罐车运输方式。因为罐的罐体与车架不会分离，所以罐车的罐号识别系统所用到的标签就不用安装在罐体上，可以安装在远离罐体的车架上，标签的工作环境温度与正常的工作环境温度相同，所以实现罐车的罐号识别没有什么难度。而铁水罐车与车架可以分离，在炼钢、清渣等车间需要吊罐作业，放罐时又是随意组合，即铁水罐与车架的组合不是固定的，因此无法通过读取车架号（车架温度低）来实现罐号的识别，必须在罐体表面安装真正的高温标签来实现罐号的自动采集。所以，本文着重讲解的是铁水罐车的罐号识别系统。
3.1高温标签安装位置的确定
高温标签的安装位置以及安装的数量，取决于铁水罐的大小、形状、罐体外壁的工作温度，通常有罐体侧面安装与罐体底部安装两种方式。
3.1.1罐体侧面安装方式，如图2所示。该安装方式一般要求罐体侧面自带固定的加强筋板，可以将高温标签的安装支柱焊接在加强筋板上，并用螺栓将标签固定在4个支柱上。如果罐体放入车架时可能与之前放置的方向发生180度旋转，那么就要求在对角同时安装一个标签，或者在铁水罐的两侧均安装识别天线。至于是用一罐一标签双天线、还是用一罐二标签单天线，完全取
决图1高温电子标签外形图
于现场检测点的多少，需要检测的点少，那就采用一罐一标签双天线；需要检测的点多，那就采用一罐二标签单天线。如果铁水罐体不会发生旋转，那么每个铁水罐只需要安装一个标签即可。侧面安装也有其缺点，因为铁水罐的高度较高，识别天线要扫描到安装在铁水罐上的标签、就需要将天线固定在一根立杆上，遇到一些路口不具备立杆条件但又是检测的关键点，侧面安装就不能胜任这样的场合。
3.1.2罐体底部安装方式，如图3所示。遇到铁水罐体侧面没有可安装位置或者侧面安装无法立杆的情况下，可以将高温罐号标签安装于铁水罐底部的非正中心位置，天线安装位置为基本贴地，以形成垂直角度，如下图所示。这种安装
方式，每个铁水罐只需安装1个标签即可，彻底解决了铁水罐因旋转而带来的需要安装2个标签的问题，因为铁水罐不管怎么转，高温标签都会在两股轨道之间，识别天线都能读取到该标签；同时也解决了有些场合无法进行立杆的问题，因为识别天线只需安装在地面。
安装在铁水罐底部的高温标签，其所受到温度会高于侧面安装的标签，所以采用底部的安装方式，就要求标签的耐高温性能更加可靠。同时，采用底部的安装方式，被撞击的可能性要大于侧面的安装方式，这就要求企业加强起吊、安放铁水罐过程的管理，尽量避免高温标签非正常撞击所带来的损坏。
3.2系统结构的组成
罐号识别技术最初步的应用是与铁水罐轨道衡相结合，从而可以真正实现无人值守。前文中叙述了由于铁水罐温度高的特殊性，常规的铁水罐轨道衡无人值守只是做到了集中计量，计量员还是要在集中计量大厅通过视频凭肉眼看铁水罐的罐号，然后再录入计算机中，这给司磅人员带来较大的工作量，而且存在抄错、漏抄、作弊等现象，如果因为网络问题或视频设备问题，还会造成无法看到过磅铁水罐罐号的现象。罐号识别技术的发展彻底解决了这个问题。
罐号识别更深层次的应用就是用铁水罐的全厂定位、跟踪，我们在高炉出铁口、铁路线岔道口、轨道衡位置、炼钢道口等一些关键位置，安装标签识别天线，当铁水罐经过或者位于识别装置安装点时，会自动上传罐号数据、过车信息到服务器，经过管理软件处理，实现铁水罐的全厂
图2罐体侧面安装示意图图3罐体底部安装示意
图图4系统结构图
高温标签
识别天线高温标签
识别天线
跟踪。过车信息包括方向判断、车型判断、车数判断，通过过车信息与标签数据的结合，可以实现标签是否损坏的自动判断如图4所示。
3.3
系统可实现的主要功能
如图5所示系统可实现的主要功能：
◆图形化显示铁水罐、机车当前位置；◆自动识别机车与铁水罐的编组；
◆多功能智能报警，如空包或满包时长报警、烘罐时长报警、铁包维修预警等；
◆铁水温度变化查询统计（需要输入或采集铁水温度）；
◆铁水罐单包运行轨迹查询；各工位生产历史数据查询统计；
◆根据指定轨迹（指定起点和终点）的生产和行车情况的查询统计；
◆智能生产调度，可提供最优的调度参考方案；
◆高温标签自动判断是否损坏（需判车设备及软件支持）；
◆标签识别装置工作状态自动检测；
◆接口：支持与轨道衡、高炉铁水液位计、炼钢天车秤、钢包旋转台称重、天车定位管理系统、铁水检测系统等无缝连接；支持与用户各级管理系统无缝连接。
3.4
系统应用软件功能3.4.1动态模拟跟踪
运输模拟跟踪包括对火车定位、行车定位、铁包跟踪、钢包跟踪以及设备状况的跟踪，并通过在一整幅图像中展示各设备的动态运转状况。
铁水温度
铁水罐在高炉受铁后，车辆经计量毛重后前往炼钢车间，结合MES 系统，依托RFID 和无线
通讯等技术，实时跟踪并通过图形方式动态模拟显示铁包位置，同时接收M ES 系统传送的铁水重量信息，直至炼钢车间接收或到达铸铁机为止。炼钢车间内，根据铁、钢包和行车的匹配情况及行车运行轨迹，对铁、钢包进行跟踪，实现各KR 、转炉、精炼、连铸、维修间等分班次的全程炉号传递、钢种传递、出钢重量自动准确记录统计、工序进出时刻记录等功能。
3.4.2铁钢包全生命周期管理
铁钢包全生命周期管理主要针对包龄、耐材用量、包侵蚀情况、包等级判定等进行管理，并
制定铁钢包维修计划、记录维修维护实绩等。
3.4.3
RFID 标签管理
对系统中所在用的RFID 标签进行管理，根据PDA 数据，自动记录标签使用信息并记录维护、更换信息等。
3.4.4接口管理
该系统接口包括但不仅限于如下类别：（1）与产销信息系统接口；
（2）与铁、钢等相关工序L2系统接口；（3）与移动信息平台接口；（4）与视频监控系统接口。4
定位跟踪说明4.1火车跟踪
铁水罐从高炉出铁至炼钢采用火车一罐到底进行运输，从铁水罐受铁开始，准确记录运输铁水过程。对火车进行跟踪定位，铁水罐与火车进行关联绑定，来跟踪监控铁水罐的全流程运输过程，包括运输位置、铁水罐状态、铁水重量、关键作业节点等信息的记录，采用图形化界面，实现铁水罐的动态跟踪定位。定位点的设置必须满足铁水罐全流程流转过程的跟踪定位，在规定位置的定位必须准确可靠，必要时可设冗余措施。
火车定位应保证在夜晚或光线不充足时、雨雾冰雪、扬尘等恶劣条件下定位跟踪正常，定位精度小于5m 。
如图6所示，是系统的主界面，在主界面中显示出了铁水罐的罐号及当前的位置。
4.2炼钢车间铁、钢包跟踪
本系统对炼钢车间中所有铁、钢包进行定位
图5
·与高炉称重式铁水液位计得到的皮重，毛重等数据结合；
·实现对铁水罐的全厂跟踪，来帮助整个生产工艺过程中铁水罐的调度。
·炼钢根据罐号检索出该罐铁水重量、成分等信息制定炼钢配方；
·与铁水成分分析数据结合；
·与炼钢炼铁结算轨道衡的重量数据结合，实现毛重、皮重的自动匹配；
图6系统主界面
跟踪，跟踪方式采用行车定位跟踪，行车定位数据采集行车本身的X轴与Y轴实时数据。
本系统在炼钢车间实现铁包在炼钢的全程跟踪以及钢包在各转炉、精炼、连铸等分班次的全程炉号传递、钢种传递、出钢重量自动准确记录统计。铁、钢包采用天车、过跨车、工艺车等在炼钢各工序间流转，对天车、过跨车、工艺车进行跟踪定位，即可完成对铁钢包的跟踪定位，如图7所示
。
5结束语
由于钢材市场的竞争越来越激烈，各个钢铁企
业不断的加强对吨钢成本的控制，而每吨铁水的温
度哪怕每减少1℃损耗、换算至全年产量所产生的
效益，也是一笔很大的数目。铁水罐跟踪系统，它
正是加强成本控制的有效方法，我们可以预见在不
远将来，将会有越来越多的钢铁企业上这套系统。
我们公司看中该项目的巨大潜力，早在2015年向
国家知识产权局申请了发明专利，并获得批准，附
专利证书。我们随时欢迎有罐号识别或铁水罐跟踪
需求的客户来电来函一起探讨、共同进步！
（作者通讯地址：浙江省杭州市余杭区良运街勾庄工业园
：455000
收稿日期：2019-01-17）
[编辑史超]
图7炼钢内部铁钢包跟踪图