RFID技术在多功能抢险救援车上的应用

汉京勇　李迎武　李军

摘 要：本文针对多功能抢险救援车上配备的多种作业属具，而每一种作业属具工作时对液压系统的流量和压力需求各不相同，提出了基于RFID技术的多功能抢险救援车作业属具的自动识别和管理控制系统，对利用RFID技术解决多功能抢险救援车作业属具的管理解决方案进行了概述，并设计RFID读写器的作业属具自动识别控制原理图，最后分析了将RFID 技术应用在多功能抢险救援车作业属具自动识别的优势。

关键词：多功能抢险救援车 RFID技术 作业属具

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

多功能抢险救援车是一种重型应急抢险救援车辆，主要用在当地震、塌方、洪水、泥石流等自然灾害发生时，道路清障、堰塞湖疏通、废墟清理、掩埋救援等方面，该车辆主要具有挖掘、起重、拖拽、推土清障等多种功能，同时该车辆还配备多种作业属具，通过快换装置连接到挖掘臂上可实现破碎、抓取、剪切、切割等多种功能[1]。多功能抢险救援车配备多种作业属具时，为了提高作业属具的更换效率，提升整车的智能化水平，配备作业属具自动识别和管理系统尤为重要。通过此系统，操作机手只需要连接上作业属具，即可自动识别作业属具的类型，控制系统将会自动切换到该种属具所对应的工作模式，同时在作业属具工作的过程中，该系统还可记录每种作业属具的使用频次、工作时间、故障次数等数据参数，实现对所有作业机具的有效管理。

2 RFID技术的介绍

RFID的全称为“Radio Frequency Identification”，即射频技术，该技术是一种非接触似的自动识别技术，通过射频信号方式进行非接触双向通信，达到自动识别对象的目的并获取相关数据信息。它具有无接触式、大容量、快速、高容错、抗干扰和耐腐蚀、安全可靠等诸多优点，不仅识别距离可近可远，而且可同时识读取多个RFID标签。RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输管理、防伪和军事用途等领域都有很好的应用[2]。此外在车辆管理和定位称量、物流管理和设备管理方面也有广泛的应用，大大的提高了工作的管理效率[3]。

目前的RFID主要有三种类别，分别为无源RFID、有源RFID和半有源RFID[4]。本文所使用的为无源RFID，无源RFID的电子标签（载码体）通过接收射频识别读写器（读写头+控制器）发送的微波信号，并通过电磁感应线圈获取能量，可以使电子标签（载码体）在短时间内即可完成信息的交换。无源RFID由于不需要电源系统，其产品的体积可以做到厘米级别，并且具有结构简单，使用成本低，使用寿命长等优点，但是无源RFID的有效识别的距离比较短，一般应用在近距离接触的物体识别。

3 RFID系统的工作原理

应用在多功能抢险救援车上RFID系统选用倍加福的，该系统主要由以下部分构成：载码体、读/写头、控制器和线缆等，RFID控制器采用倍加福的型号为IC-KP2-1HB17-2V1D，该控制器为单通道，Profinet接口，读写头的型号为IPH-18GM-V1，高频读写头，读取距离为40mm，数据载码体的型号为IPC03-16GK，抗金属超高频载码体。在实际的应用过程中，载码体的位置一般安装在被识别物体的表面或者物体的内部，当带有载码体的需要识别的物体在读写头可读取的范围内，载码体内部的识别信息将被读写头读取出来反馈至控制器内，从而实现自动识别物体的类别等信息;相反，当需要将某些信息写入载码体时，可使用控制器通过读写头的写入功能将信息传送到载码体内存储起来，本文提到的RFID系统的工作原理如图1所示。

4 多功能搶险救援车的结构组成

本文提到的多功能抢险救援车辆具有挖掘、起重、破碎、切割、推土、抓取、牵引等功能。该车结构主要由专用底盘、折叠起重臂、可伸缩式挖掘臂、挖掘臂回转平台、起重臂回转机构、上车驾驶室、快换装置、作业属具、电控系统和液压系统等组成。可伸缩式挖掘臂可通过快换装置连接不同的作业属具，作业属具主要包括：铲斗、破碎锤、液压剪、岩石锯和抓石器。这些作业属具在工作时对液压系统的流量和压力需求都是不同的，此时就需要判定当前挖掘臂连接的属具类别，根据当前属具的类别来控制液压系统分配给属具的流量和压力，作业属具的流量和压力最大需求如表1所示。

5 多功能抢险救援车作业属具自动识别系统

在以往的挖掘机上配有多种作业属具时，一般都是通过操作手来判断当前挖掘臂上连接的是何种作业属具，然后通过手动方式切换到该种作业属具的工作模式下，工作效率和智能化水平都不高，而且对作业属具的管理缺乏科学的数据统计，不利于作业属具的维护保养。

本文所设计的作业属具自动识别系统主要包括：主控制器、触摸式显示屏、转换器、RFID控制器、读写头和载码体组成，系统的控制原理图如图2所示。

快换装置包括上耦合件和下耦合件两大部分，载码体安装在快换装置的下耦合件上，下耦合件固定在作业属具上，具体安装位置如图3所示，读写头安装在快换装置的上耦合件上，上耦合件安装固定在快换装置上，快换装置与可伸缩式挖掘臂通过液压油缸及销轴进行连接，具体安装位置如图4所示。RFID控制器主要是通过读写头对载码体实现读写操作，载码体具有唯一的作业属具的ID，编码信息写入载码体中。ID包含作业属具的类别、属具累计工作时间、重量和故障情况等信息，形成载码体和作业属具的一一配对，RFID控制器接收到载码体的信息后，通过CAN总线等将数据经主控制器传送到触摸式显示器上。转换器的作用是将RFID控制器的Profinet转换为CAN总线的通信，主控制器选用威卡的IMC T3654，该控制器是一款通用可编程控制器，凭借32位的Tricore高速处理器，及最快180MHz的时钟频率，可快速的处理各种任务，主要负责控制和协调各功能部分，实现数据采集和指令的响应，根据当前的作业属具的信息实现对液压系统的压力和流量进行控制。显示屏为威卡ICP6600系列7英寸触摸式显示器，主要是对控制器采集到的作业属具的信息进行显示，提供给操作机手进行确认。

6 结束语

本文将RFID技术应用在多功能抢险救援车的作业属具的识别和管理中，操作手只需要连接上作业属具，控制系统即可自动识别作业属具的种类，即可自动切换到该种属具所对应的工作模式，从而控制液压系统的流量和压力处于该属具模式下。同时该系统还可记录每种作业属具的使用频次、累计工作时间、故障次数等数据，实现对多功能抢险救援车配备的作业属具有效管理，大大的提高了多功能抢险救援车的智能化水平。

基金项目：国家重点研发计划资助项目（2016YFC0802905）

参考文献：

[1]李军，张勇，刘玉川.应急救援车概念创新设计中的QFD_TRIZ_AD集成方法[J].中国工程机械学报，2018，（2）：35-41.

[2]徐旭，胡玲玲，徐江.物联网环境下RFID技术在世博会园区车辆安全监管系统中的应用设计[J].警察技术，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.無线射频识别技术（RFID）系统技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007.