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RFID 智能道閘系統(tǒng)在自動化輪胎式起重機堆場中的應(yīng)用

作者:宋祥吉 韓春杰 馬著
來源:起重運輸機械雜志社
日期:2021-03-15 14:26:37
摘要:介紹了基于RFID 無線射頻識別技術(shù)的智能道閘系統(tǒng)在自動化輪胎式起重機堆場中應(yīng)用,實現(xiàn)碼頭堆場管理系統(tǒng)對作業(yè)集卡的統(tǒng)籌管理。RFID 讀取車牌號信息,與碼頭管理系統(tǒng)自動核對,并控制道閘系統(tǒng)自動開放閘。同時,堆場內(nèi)系統(tǒng)通過碼頭通訊網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳送至碼頭中控室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫分析后反饋給碼頭管理系統(tǒng),統(tǒng)籌安排及調(diào)度相關(guān)作業(yè)任務(wù)。
關(guān)鍵詞:RFID技術(shù)

引言

現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展,帶動了港口生產(chǎn)和管理技術(shù)的長足進(jìn)步,港口堆場內(nèi)的自動化場橋的智能化水平成為碼頭提高生產(chǎn)率一個重要標(biāo)簽。在現(xiàn)行集裝箱信息管理標(biāo)準(zhǔn)條件下,結(jié)合了現(xiàn)代計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、軟件工程技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、射頻識別技術(shù),實現(xiàn)了自動化堆場進(jìn)場道口的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備自動控制、業(yè)務(wù)自動處理的高效堆場系統(tǒng)[1]。

全球港口場橋設(shè)備中輪胎式起重機(以下簡稱輪胎吊)占據(jù)比例較大,軌道式起重機占據(jù)比例較小。因此,自動化、智能化綠色港口的發(fā)展離不開輪胎吊,同樣,輪胎吊自動化改造[2] 將會為綠色港口、港機制造企業(yè)走向自動化、智能化起到積極推動作用。

文中詳細(xì)介紹了無線射頻識別技術(shù)(RadioFrequency Identification,簡稱RFID)[3] 以及車輛道閘系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作流程及其在輪胎吊自動化改造中的應(yīng)用。RFID 數(shù)據(jù)采集技術(shù)具有其特殊性,需要綜合考慮現(xiàn)場機械及作業(yè)環(huán)境的特點、實際使用需求、智能射頻技術(shù)實現(xiàn)理念和整體作業(yè)功能結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計,將RFID 智能設(shè)計與道閘系統(tǒng)配合使用,并融入碼頭堆場管理中,基于整個生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行設(shè)計和實施,與港內(nèi)其他作業(yè)子系統(tǒng)既相互獨立,又存在很多交互和關(guān)聯(lián),最終為碼頭提供一個功能完善、設(shè)備先進(jìn)、操作方便、安全可靠、投資經(jīng)濟(jì)的自動化系統(tǒng)集成解決方案。

1 系統(tǒng)設(shè)計

碼頭自動化堆場入口配置的RFID、道閘系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計為三層架構(gòu)。三層架構(gòu)的設(shè)計思想以接口規(guī)范化為基礎(chǔ),充分滿足了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、系統(tǒng)組成的靈活性。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計思想

1)提供系統(tǒng)軟硬件標(biāo)準(zhǔn)接口的設(shè)備連接框架(包括RFID 設(shè)備、車輛檢測器等),為生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù),同時擔(dān)負(fù)對設(shè)備的聯(lián)動控制。系統(tǒng)提供無縫集成連接,各種設(shè)備可以正常獨立工作,也可以在系統(tǒng)時序控制邏輯的控制下協(xié)調(diào)聯(lián)動。

2)運用現(xiàn)代先進(jìn)的軟件工程學(xué)根據(jù)業(yè)務(wù)流程提供信息處理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),合理規(guī)范數(shù)據(jù)流。同時提供易用、界面友好的客戶端操作系統(tǒng)。體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計遵從先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、靈活性和規(guī)范性。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)

智能堆場RFID、道閘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為三層架構(gòu)設(shè)計,第一層是客戶端(用戶界面),提供用戶與系統(tǒng)的友好訪問;第二層是應(yīng)用服務(wù)器,負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn);第三層是數(shù)據(jù)服務(wù)器,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的存儲、訪問及其優(yōu)化。由于業(yè)務(wù)邏輯被提取到應(yīng)用服務(wù)器,大大降低了客戶端的負(fù)擔(dān),因此也稱為瘦客戶(Thin Client)結(jié)構(gòu),如圖1 所示。

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圖1 三層架構(gòu)設(shè)計

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)勢

三層結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)的二層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了應(yīng)用服務(wù)器,將應(yīng)用邏輯單獨進(jìn)行處理,從而使用戶界面與應(yīng)用邏輯位于不同的平臺上,兩者之間的通信協(xié)議由系統(tǒng)自行定義。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計可使應(yīng)用邏輯被所有用戶共享,是兩層結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件與三層應(yīng)用軟件之間最大的區(qū)別。

首先,通過將整個系統(tǒng)分為不同的邏輯塊,大大降低了應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)成本。三層結(jié)構(gòu)將表示部分和業(yè)務(wù)邏輯部分按照客戶層和應(yīng)用服務(wù)器相分離,客戶端和應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的通訊、異構(gòu)平臺之間的數(shù)據(jù)交換等都可以通過中間件或者相關(guān)程序來實現(xiàn)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫或者應(yīng)用服務(wù)器的業(yè)務(wù)邏輯改變時,客戶端并不需要改變,反之亦然,大大提高了系統(tǒng)模塊的復(fù)用性,縮短了開發(fā)周期,降低了維護(hù)費用。其次,系統(tǒng)的擴(kuò)展性大大增強。模塊化系統(tǒng)易于在縱向和水平兩個方向進(jìn)行拓展:一方面可以將系統(tǒng)升級為更大、更有力的平臺,同時也可以適當(dāng)增加規(guī)模來增強系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。由于擺脫了系統(tǒng)同構(gòu)性的限制,使分布數(shù)據(jù)處理成為可能。

1.4 系統(tǒng)架構(gòu)實現(xiàn)

智能堆場RFID 識別、道閘系統(tǒng)利用識別到的車輛信息結(jié)合碼頭運營管理系統(tǒng)為進(jìn)場作業(yè)提供數(shù)據(jù)比對、動態(tài)地為遠(yuǎn)程核心控制工作人員提供操作信息并對各種出錯信息進(jìn)行報警和提示。對于這樣復(fù)雜的系統(tǒng),采用的系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)直接決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、實用性。本系統(tǒng)設(shè)計采用三層軟件系統(tǒng)架構(gòu),平衡各種硬件設(shè)備和關(guān)聯(lián)系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的資源利用,最大程度優(yōu)化系統(tǒng)資源,使系統(tǒng)具有靈活性、使用維護(hù)便捷性、運行穩(wěn)定性以及良好的開放性、靈活的擴(kuò)展性和層次的可伸縮性。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

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圖2 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)組成

碼頭自動化RTG 堆場RFID 系統(tǒng)由RFID 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RTG 通道道閘系統(tǒng)、出口道閘系統(tǒng)三部分組成,如圖3 所示。

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圖3 集裝箱堆場RFID 閘口管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.1 RFID 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

RFID 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由電子車牌、RFID 讀寫器、射頻天線、嵌入式主機、電磁感應(yīng)線圈、車輛檢測器等組成。在堆場中,RFID 道口弱電箱設(shè)備安裝在道口金屬立桿上,金屬立桿的門框桿上安裝RFID 天線,設(shè)備箱中安裝RFID 讀卡器、工控機、網(wǎng)絡(luò)交換機、車輛檢測器等設(shè)備,如圖4 所示。RFID 電子車牌貼在車輛前擋風(fēng)玻璃上,通過道口觸發(fā)讀卡。

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圖4 RFID 通道布置示意圖

2.2 RTG 通道道閘系統(tǒng)

當(dāng)RTG 轉(zhuǎn)場時,遠(yuǎn)控中心需要知道RTG 離開或進(jìn)入另一個堆場,為此設(shè)置RTG 通道道閘系統(tǒng)。接收移動指令后,由安全人員負(fù)責(zé)手工或通過無線遙控器打開RTG 通道道閘,待RTG 全部通過并確認(rèn)安全后,再現(xiàn)場手動或無線遙控進(jìn)行落桿關(guān)閉通道。

2.3 車輛出口道閘系統(tǒng)

車輛出口道閘系統(tǒng)主要功能是限制車輛逆向進(jìn)入堆場。由出口道閘、車輛檢測器、網(wǎng)絡(luò)控制、地感線圈組成。車輛離開駛近出口時,觸發(fā)抬桿地感,道閘抬桿放行,駛出通道離開落桿地感后,道閘自動落桿。車輛離開道閘落桿后,道閘系統(tǒng)會通過網(wǎng)絡(luò)控制器向港內(nèi)遠(yuǎn)程控制中心發(fā)送車輛離開信號,便于后臺管理系統(tǒng)進(jìn)行車輛作業(yè)計數(shù)統(tǒng)計。逆向車輛駛?cè)肼錀U地感線圈道閘不抬桿。

3 系統(tǒng)作業(yè)流程

碼頭自動化堆場RFID、道閘系統(tǒng)作業(yè)流程如圖5所示。

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圖5

4 實施效果

碼頭堆場RFID、道閘系統(tǒng)功能調(diào)試及測試完成后,2 個堆場4 臺自動化輪胎吊投入使用。堆場RFID、道閘系統(tǒng)性能穩(wěn)定,整個堆場自動化系統(tǒng)運用情況良好。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用不僅減輕了自動化輪胎吊遠(yuǎn)控中心操作人員的作業(yè)壓力,同時還可清楚集卡進(jìn)出堆場的情況。使自動化輪胎吊自動調(diào)度系統(tǒng)作業(yè)更加合理。

5 結(jié)論與展望

對天津太平洋堆場RFID、道閘系統(tǒng)進(jìn)行了單功能測試、抗干擾性測試、可靠性測試、系統(tǒng)測試與作業(yè)系統(tǒng)融合性測試等多項測試,測試結(jié)果表明,RFID、道閘系統(tǒng)應(yīng)用于港口、碼頭作業(yè)管理可簡化作業(yè)流程。該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)RFID 自動識別車牌號,在港區(qū)作業(yè)過程中實現(xiàn)自動作業(yè)核對,而且還能夠控制堆場內(nèi)道閘快速開放閘,為港口管理及高效運行帶來便利。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單,投資費用少,易于實施,非常適用于箱區(qū)無人化管理的大型集裝箱碼頭,具有很好的行業(yè)推廣使用價值。

參考文獻(xiàn):

[1] 喬俊杰. RTG 集裝箱堆場智能化遠(yuǎn)程控制技術(shù)綜述及探討[J]. 裝備制造技術(shù),2016(12):123-126.

[2] 尹飛. 集裝箱碼頭RTG 遠(yuǎn)程半自動化操作堆場實現(xiàn)方法研究[J]. 中國新產(chǎn)品新技術(shù),2018(1):30,31.

[3]Wang W J,Yuan Y,Wang X, etal. RFID implementation issues in China: Shanghai Port case study[J].Journal of Internet Commerce,2006,5(4): 89-103.