对基于RFID定位的漏斗车自动装卸控制系统的改进

摘要

目前，铁路罐车主要通过机械碰撞的方式来实现自动装卸，具有噪声大、易磨损、维护工作量大等缺点。文献[1]提出了一种根据RFID接收场强阈值进行定位的方式，其定位精度基本可满足罐车自动装卸的需要，从而开拓了RFID新的应用方式，即将RFID用作位置传感器。该方式将无线通信、有线通信、位置识别于一体，极大地简化了列车自动装卸系统的结构。该方法由地面阅读器作位置信标，当移动的标签接近阅读器时，标签接收场强值会越来越大，通过跟踪此场强，并判断是否达到一定的强度，可知标签当前的位置。由于每个地面定点阅读器的ID信息不一样，因此，标签可随时获取到达位置的准确信息，并将此信息通过RS485发送给PLC控制器，由PLC判定当前工位，继而完成指定的装卸动作。
　　 该控制方式提高了灌装流动货物装卸的自动化程度，使铁路货场装卸技术水平得到提高。对利用该设计思想设计的系统样机进行了大量实验，实验验证了该系统的可行性，同时也暴露出一些不足，不克服这些不足难以实现产品化。其不足主要是:1）电源自动开启和关闭控制有时失效;2）不同RFID在定位点上呈现较大分散性;3）标签失效率较高，使系统工作不可靠;4）在文献[1]中，PLC与RFID电子标签通信采用基于RS485接口的自定义通信协议，该协议采用多对一的方式，虽然通过合理安排，完成该系统的通信任务没有问题，但理论上存在数据传输不可靠的缺点，尤其是在将来进行应用拓展，定点位置比较密集，定位点比较多的情况下，其隐患会更加突出。
　　 基于此控制系统的不足，本人查阅了大量相关资料，研究了漏斗车自动装卸控制系统的硬件和软件系统，查找问题根源，进而有针对性地对系统硬件和软件进行改进。提出了用多标签冗余，并限制系统工作时间的电源管理方法，大大增强了电源控制的可靠性;提出了一种跟踪场强最大值的定位方法，使不同标签之间定位分散性得到改善;查出了ESD是标签失效的主要原因，并提供了有效的静ESD抑制方法和电路，实验证明了该方法和电路的有效性;本文还将工业控制通用的MODBUS通信协议引入漏斗车自动装卸控制系统，并成功将其移植到所选MPU。此通信协议通过对从站的轮询来保证从站与主站通信的唯一性，可避免通信过程中的数据冲突和丢失，大大减少系统的操作错误，还可通过后台修改相关参数来完成系统的参数修正工作，使现场安装调试更加方便，也便于系统功能的拓展。基于前人和本文的工作，成功开发了一套基于RFID定位的漏斗车装卸自动控制系统产品，各种实验验证了该系统的可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 漏斗车自动装卸控制系统的现状

1．2 论文研究的目的和意义

1．3 本文研究的主要内容

1．4 创新点

1．5 论文结构

第二章 漏斗车自动装卸控制系统设计方案

2．1 漏斗车自动装卸控制系统环境条件

2．2 漏斗车自动装卸控制系统装卸货场工位布置情况

2．3 漏斗车自动装卸控制系统控制要求

2．3．1 电源控制要求

2．3．2 装货场、卸货场控制要求

2．3．3 防静电要求

2．4 漏斗车自动装卸控制系统方案

2．4．1 PLC和电子标签在车上的安装位置

2．4．2 电子标签阅读器与RFID电子标签

2．4．3 漏斗车自动装卸控制系统硬件总体方案

2．4．4 漏斗车自动装卸控制系统软件方案

2．5 本章小结

第三章 漏斗车自动装卸控制系统硬件设计改进

3．1 RFID电子标签失效现象及导致失效的原因

3．2 防静电改进方案

3．2．1 静电的相关知识

3．2．2 防静电改进具体措施

3．3 电源控制改进方案

3．3．1 多RFID冗余控制方案

3．3．2 限制系统工作时间

3．4 本章小结

第四章 漏斗车自动装卸控制系统软件设计改进

4．1 最大场强值跟踪方案

4．1．1 最大场强值跟踪方法

4．1．2 最大场强值跟踪程序流程

4．2 MODBUS协议移植

4．2．1 MODBUS协议

4．2．2 MODBUS协议轮询工作机制

4．2．3 MODBUS协议在RFID电子标签中的移植

4．2．4 MODBUS协议在PLC中的应用

4．3 本章小结

第五章 系统实验与分析

5．1 电源控制实验

5．2 最大场强值跟踪实验

5．3 RFID电子标签静电实验

5．4 MODBUS协议实验

5．4．1 串口调试助手

5．4．2 电脑与标签MODBUS通信模拟实验

5．4．3 标签与PLC基于MODBUS的通信实验

5．5 系统改进后整机实验

5．6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间发表的论文)

附录B 控制系统总体接线图

附录C 改进控制系统总体接线图

附录D RFID电子标签原理图

附录E MODBUS协议相应功能码程序