RFID技術在多功能搶險救援車上的應用

漢京勇　李迎武　李軍

摘 要：本文針對多功能搶險救援車上配備的多種作業屬具，而每一種作業屬具工作時對液壓系統的流量和壓力需求各不相同，提出了基于RFID技術的多功能搶險救援車作業屬具的自動識別和管理控制系統，對利用RFID技術解決多功能搶險救援車作業屬具的管理解決方案進行了概述，并設計RFID讀寫器的作業屬具自動識別控制原理圖，最后分析了將RFID 技術應用在多功能搶險救援車作業屬具自動識別的優勢。

關鍵詞：多功能搶險救援車 RFID技術 作業屬具

Application of RFID Technology in Multifunctional Rescue Vehicles

Han Jingyong Li Yingwu Li Jun

Abstract：This article focuses on a multi-functional rescue vehicle based on RFID technology for the various work attachments equipped on the multifunctional rescue vehicle， and each work attachment has different requirements for the flow and pressure of the hydraulic system when working. The automatic identification and management control system of work attachments， and the use of RFID technology to solve the management solutions of multi-functional rescue vehicle work attachments are summarized， and the work attachment automatic identification control schematic diagram of RFID readers is designed， and finally the advantages of applying RFID technology to the automatic identification of multifunctional rescue vehicle operating attachments are analyzed.

Key words：multifunctional rescue vehicle， RFID technology， work attachments

1 引言

多功能搶險救援車是一種重型應急搶險救援車輛，主要用在當地震、塌方、洪水、泥石流等自然災害發生時，道路清障、堰塞湖疏通、廢墟清理、掩埋救援等方面，該車輛主要具有挖掘、起重、拖拽、推土清障等多種功能，同時該車輛還配備多種作業屬具，通過快換裝置連接到挖掘臂上可實現破碎、抓取、剪切、切割等多種功能[1]。多功能搶險救援車配備多種作業屬具時，為了提高作業屬具的更換效率，提升整車的智能化水平，配備作業屬具自動識別和管理系統尤為重要。通過此系統，操作機手只需要連接上作業屬具，即可自動識別作業屬具的類型，控制系統將會自動切換到該種屬具所對應的工作模式，同時在作業屬具工作的過程中，該系統還可記錄每種作業屬具的使用頻次、工作時間、故障次數等數據參數，實現對所有作業機具的有效管理。

2 RFID技術的介紹

RFID的全稱為“Radio Frequency Identification”，即射頻技術，該技術是一種非接觸似的自動識別技術，通過射頻信號方式進行非接觸雙向通信，達到自動識別對象的目的并獲取相關數據信息。它具有無接觸式、大容量、快速、高容錯、抗干擾和耐腐蝕、安全可靠等諸多優點，不僅識別距離可近可遠，而且可同時識讀取多個RFID標簽。RFID技術在工業自動化、物體跟蹤、交通運輸管理、防偽和軍事用途等領域都有很好的應用[2]。此外在車輛管理和定位稱量、物流管理和設備管理方面也有廣泛的應用，大大的提高了工作的管理效率[3]。

目前的RFID主要有三種類別，分別為無源RFID、有源RFID和半有源RFID[4]。本文所使用的為無源RFID，無源RFID的電子標簽（載碼體）通過接收射頻識別讀寫器（讀寫頭+控制器）發送的微波信號，并通過電磁感應線圈獲取能量，可以使電子標簽（載碼體）在短時間內即可完成信息的交換。無源RFID由于不需要電源系統，其產品的體積可以做到厘米級別，并且具有結構簡單，使用成本低，使用壽命長等優點，但是無源RFID的有效識別的距離比較短，一般應用在近距離接觸的物體識別。

3 RFID系統的工作原理

應用在多功能搶險救援車上RFID系統選用倍加福的，該系統主要由以下部分構成：載碼體、讀/寫頭、控制器和線纜等，RFID控制器采用倍加福的型號為IC-KP2-1HB17-2V1D，該控制器為單通道，Profinet接口，讀寫頭的型號為IPH-18GM-V1，高頻讀寫頭，讀取距離為40mm，數據載碼體的型號為IPC03-16GK，抗金屬超高頻載碼體。在實際的應用過程中，載碼體的位置一般安裝在被識別物體的表面或者物體的內部，當帶有載碼體的需要識別的物體在讀寫頭可讀取的范圍內，載碼體內部的識別信息將被讀寫頭讀取出來反饋至控制器內，從而實現自動識別物體的類別等信息;相反，當需要將某些信息寫入載碼體時，可使用控制器通過讀寫頭的寫入功能將信息傳送到載碼體內存儲起來，本文提到的RFID系統的工作原理如圖1所示。

4 多功能搶險救援車的結構組成

本文提到的多功能搶險救援車輛具有挖掘、起重、破碎、切割、推土、抓取、牽引等功能。該車結構主要由專用底盤、折疊起重臂、可伸縮式挖掘臂、挖掘臂回轉平臺、起重臂回轉機構、上車駕駛室、快換裝置、作業屬具、電控系統和液壓系統等組成。可伸縮式挖掘臂可通過快換裝置連接不同的作業屬具，作業屬具主要包括：鏟斗、破碎錘、液壓剪、巖石鋸和抓石器。這些作業屬具在工作時對液壓系統的流量和壓力需求都是不同的，此時就需要判定當前挖掘臂連接的屬具類別，根據當前屬具的類別來控制液壓系統分配給屬具的流量和壓力，作業屬具的流量和壓力最大需求如表1所示。

5 多功能搶險救援車作業屬具自動識別系統

在以往的挖掘機上配有多種作業屬具時，一般都是通過操作手來判斷當前挖掘臂上連接的是何種作業屬具，然后通過手動方式切換到該種作業屬具的工作模式下，工作效率和智能化水平都不高，而且對作業屬具的管理缺乏科學的數據統計，不利于作業屬具的維護保養。

本文所設計的作業屬具自動識別系統主要包括：主控制器、觸摸式顯示屏、轉換器、RFID控制器、讀寫頭和載碼體組成，系統的控制原理圖如圖2所示。

快換裝置包括上耦合件和下耦合件兩大部分，載碼體安裝在快換裝置的下耦合件上，下耦合件固定在作業屬具上，具體安裝位置如圖3所示，讀寫頭安裝在快換裝置的上耦合件上，上耦合件安裝固定在快換裝置上，快換裝置與可伸縮式挖掘臂通過液壓油缸及銷軸進行連接，具體安裝位置如圖4所示。RFID控制器主要是通過讀寫頭對載碼體實現讀寫操作，載碼體具有唯一的作業屬具的ID，編碼信息寫入載碼體中。ID包含作業屬具的類別、屬具累計工作時間、重量和故障情況等信息，形成載碼體和作業屬具的一一配對，RFID控制器接收到載碼體的信息后，通過CAN總線等將數據經主控制器傳送到觸摸式顯示器上。轉換器的作用是將RFID控制器的Profinet轉換為CAN總線的通信，主控制器選用威卡的IMC T3654，該控制器是一款通用可編程控制器，憑借32位的Tricore高速處理器，及最快180MHz的時鐘頻率，可快速的處理各種任務，主要負責控制和協調各功能部分，實現數據采集和指令的響應，根據當前的作業屬具的信息實現對液壓系統的壓力和流量進行控制。顯示屏為威卡ICP6600系列7英寸觸摸式顯示器，主要是對控制器采集到的作業屬具的信息進行顯示，提供給操作機手進行確認。

6 結束語

本文將RFID技術應用在多功能搶險救援車的作業屬具的識別和管理中，操作手只需要連接上作業屬具，控制系統即可自動識別作業屬具的種類，即可自動切換到該種屬具所對應的工作模式，從而控制液壓系統的流量和壓力處于該屬具模式下。同時該系統還可記錄每種作業屬具的使用頻次、累計工作時間、故障次數等數據，實現對多功能搶險救援車配備的作業屬具有效管理，大大的提高了多功能搶險救援車的智能化水平。

基金項目：國家重點研發計劃資助項目（2016YFC0802905）

參考文獻：

[1]李軍，張勇，劉玉川.應急救援車概念創新設計中的QFD_TRIZ_AD集成方法[J].中國工程機械學報，2018，（2）：35-41.

[2]徐旭，胡玲玲，徐江.物聯網環境下RFID技術在世博會園區車輛安全監管系統中的應用設計[J].警察技術，2010（1）：13-15.

[3]WU N C，NYSTROM M A，LIN T R，YU H. C. Challenges to global RFID adoption[J].Technovation，2006，26（12）：1317-1323.

[4]慈新新.無線射頻識別技術（RFID）系統技術與應用[M].北京：人民郵電出版社，2007.