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

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。

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。

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。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

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。

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。

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。

碼頭自動化堆場RFID、道閘系統(tǒng)作業(yè)流程如圖5所示。

圖5

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。

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。

[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.