Предлагаемое изобретение относится к сфере автоматизации производственных процессов, в том числе, на металлургических предприятиях и предназначено для отслеживания местоположения перемещаемых по производственной площадке термонагруженных объектов, в частности, сталеразливочных ковшей или иного оборудования, местоположение которого необходимо знать для обеспечения производственного цикла.
Производственные предприятия, в частности металлургической промышленности, сталкиваются с проблемой слежения за положением сталеразливочных ковшей, перемещаемых по производственной площадке краном. Данные о месте нахождения конкретного ковша передаются, на большинстве предприятий, рабочим персоналом посредством сообщения по рации. Нередко возникают ситуации, когда передаваемая с постов информация о месте нахождения искажается, либо ее передача невозможна по ряду причин. Ошибочные или не в полном объеме переданные в систему автоматизации данные, могут привести к принятию неправильных решений, непосредственно влияющих на качество выпускаемой металлопродукции. Таким образом, существует потребность в разработке системы, которая обеспечивала бы возможность слежения за подвижными объектами, в частности, сталеразливочными ковшами.
Из уровня техники были выявлены системы, использующие различные принципы идентификации и слежения. Ряд решений предлагает использование компьютерного зрения для идентификации объектов. Системы, основанные на использовании видимого излучения электромагнитного спектра, обладают существенными недостатками, в частности, неудовлетворительной работой при наличии визуальных помех, как то: запыленности, наличии сажи, искр.
Предпочтительным выглядит применение систем, основанных на использовании радиочастотного канала связи, в частности, RFID системы. Уровень техники содержит сведения о системах, предназначенных для отслеживания местоположения сталеразливочных ковшей. Известно техническое решение по патенту Ю. Кореи на изобретение № 101691450 «Rfid tag system with heat resistant (система с термоустойчивой RFID меткой)» (МПК B66C13/16; G06K17/00; G06K19/077; C&I CO LTD et al, Респ. Корея, з. № KR20150094223A, 01.07.2015, к. 01.07.2015, публ. 05.01.2017). Согласно описанию, предложена система локальной идентификации ковшей для выплавки стали с термоустойчивой меткой. Система состоит из первой метки, закрепленной на корпусе сталь-ковша, второй метки, закрепленной на корпусе крана, перемещающего сталеразливочный ковш, множества приемников, установленных на кране для отслеживания положения ковша, хаб для сбора информации с приемников, центральный сервер для обработки информации и выдачи команд для крана по перемещению ковша.
Недостатками указанного технического решения являются высокая стоимость внедрения, обусловленная использованием большого количества считывателей, и низкая отказоустойчивость, вследствие чего при отказе хотя бы одной метки вся система теряет работоспособность. Отсутствует решение по обработке получаемых данных.
Сходным техническим назначением обладает и решение по патенту Ю. Кореи на изобретение № 100938424 «Device for tracking position information and number of ladle (Устройство для отслеживания положения и номера сталь-ковша)» (МПК H04B5/00; H04B7/00; POSCO, Респ. Корея, з. № KR20070134575A, 20.12.2007, публ. 22.01.2010). Суть решения заключается в отслеживании положения и номера сталь-ковша посредством установленной на него радиочастотной метки. Вдоль пути следования установлено множество приемников сигнала.
К недостаткам приведенного технического решения можно отнести те же, что и у первого упомянутого технического решения, а также низкую точность определения местоположения сталеразливочного ковша.
Наиболее близким решением является изобретение по патенту ЕС № 3198042 «Metal industry system and method for tracking a container, in particular of a metallurgical container (Система и способ отслеживания местоположения контейнера, в частности сталь-ковша)» (МПК C21C5/52; F27D19/00; F27D21/00; PRIMETALS TECHNOLOGIES AUSTRIA GMBH, Австрия, з. № 15750682A, 06.08.2015, приор. 24.09.2014, публ. 02.08.2017). Согласно описанию технического решения, система содержит множество приемо-передающих станций, через зону действия которых полностью или частично проходит сталеразливочный ковш, на котором установлен транспондер. Приемо-передающие станции сообщаются со шлюзом.
К недостаткам изобретения относится использование беспроводного способа передачи данных между считывателями и шлюзами, имеющего сравнительно низкую надежность, а также зависимость от окружающей среды и высокая стоимость внедрения, обусловленная использованием дорогостоящих шлюзов с беспроводным способом связи.
Системы, раскрытые в уровне техники не обеспечивают решения ряда технических проблем, в частности, создания системы слежения за подвижными объектами, обеспечивающей надежную идентификацию указанных объектов при их перемещении в пределах ограниченной территории с одновременным определением направления их перемещения, расчета времени их нахождения на позициях осуществления технологических операций, в том числе, при высоких температурах подвижных объектов и на местах осуществления технологических операций. Использование предлагаемой системы позволяет, за счет указанных выше свойств, значительно повысить уровень автоматизации производства, исключив человеческий фактор на отдельных стадиях производства. Дополнительно, получаемые системой данные, в частности, о продолжительности осуществления технологической операции, могут быть переданы в основную систему управления производственным процессом с целью последующего анализа и использования полученных данных для сбора статистики, определения корреляции между параметрами осуществления технологических операций и временем нахождения объекта, а также создания прогностических моделей с использованием полученных данных.
Техническая проблема решается следующим образом. Настоящим изобретением предложена локальная система слежения за подвижными объектами, включающая транспондер, установленный на отслеживаемом подвижном объекте, множество стационарно установленных радиочастотных считывателей, связанных между собой в сеть, содержащую средства обработки данных. Считыватели выполнены с возможностью электромагнитного взаимодействия с установленным на отслеживаемом подвижном объекте транспондере и размещены у позиций осуществления технологических операций таким образом, что по параметрам сигнала, получаемого, по меньшей мере, одним считывателем от транспондера отслеживаемого подвижного объекта устанавливают присутствие указанного объекта на позиции осуществления технологической операции.
Признаками, общими с аналогом, являются наличие транспондера, установленного на отслеживаемом подвижном объекте, множество стационарно установленных считывателей, связанных между собой в сеть, которая содержит средства обработки данных. Считыватели выполнены с возможностью электромагнитного взаимодействия с установленным на отслеживаемом подвижном объекте транспондере.
Признаками, отличающими систему от аналога, являются размещение считывателей у позиций осуществления технологических операций таким образом, что по параметрам сигнала, получаемого, по меньшей мере, одним считывателем от транспондера отслеживаемого подвижного объекта устанавливают присутствие указанного объекта на позиции осуществления технологической операции.
В первом частном случае система характеризуется тем, что подвижные объекты, на которых устанавливают транспондеры, являются температурно-нагруженными.
Во втором частном случае система дополнительно характеризуется тем, что температурно-нагруженным подвижным объектом является сталеразливочный ковш.
В третьем частном случае система отличается тем, что транспондер выполнен термостойким.
В четвертом частном случае система отличается тем, что транспондер содержит, по меньшей мере, пару радиочастотных меток.
В первом уточнении указанного частного случая система отличается тем, что метки установлены таким образом, что при перемещении отслеживаемого подвижного объекта уровень сигнала от меток, содержащихся в транспондере, различается.
Во втором уточнении, система отличающаяся тем, что метки установлены на монтажной пластине таким образом, что координаты каждой метки в горизонтальной и вертикальной плоскостях различны между собой.
В пятом частном случае, система отличающаяся тем, что при невозможности взаимодействия с, по меньшей мере, одной меткой транспондера, средства обработки данных формируют предупреждение о неисправности.
В шестом частном случае, система отличающаяся тем, что при взаимодействии с транспондером, радиочастотный считыватель получает информацию об идентификационном номере каждой метки, содержащейся в транспондере, о времени начала и окончания получения сигнала от метки соответствующего транспондера, об уровне сигнала RSSI и передает полученные данные средствам обработки данных, преобразующих поступающую информацию в форму базы данных и вычисляющих на основе математического алгоритма характеристики подвижного объекта, в частности направление его движения, время нахождения на позициях, положение объекта в реальном времени.
Система представляет собой программно-аппаратный комплекс, снабженный, в том числе, средствами радиосвязи, состоящими из приемо-передающих устройств и ответчиков, средств обработки и преобразования сигнала, вычислительных средств, и, опционально, средств отображения полученной информации в визуальной форме: графической, текстовой, табличной. На отслеживаемый объект устанавливают транспондер, представляющий, в общем случае, пассивную, полуактивную или активную радиочастотную метку, способную формировать ответный сигнал на запрос считывателя, который содержит уникальный код метки. По указанному уникальному коду осуществляют идентификацию объекта, на котором размещена метка. Перед началом работы системы производят сопоставление уникального номера метки и конкретного объекта, на котором она расположена. Считыватели размещают вблизи мест осуществления технологических операций.
Радиус связи метки, установленной на объекте и считывателя ограничен. Когда метка попадает в зону работы считывателя, последний получает от метки уникальный номер, и далее, по мере приближения объекта с меткой к месту осуществления операции, в режиме реального времени считыватель передает на вычислительные средства значение уровня сигнала, по динамике которого определяют направление движения объекта с меткой к месту осуществления операции. После стабилизации уровня сигнала от метки вычисляется время осуществления технологической операции. Обратная динамика сигнала свидетельствует о направлении объекта от места операции на другую площадку. После чего цикл повторяется, но уже с другой меткой. Связь считывателя и метки происходит в радиодиапазоне 860 – 960 МГц с частотой опроса, например, 100 и более раз в секунду, причем частота опроса на считывателе является настраиваемым параметром. Все установленные на местности считыватели объединены в сеть, причем при установке системы заранее известны местоположения всех считывателей. По тому, какой считыватель получает сигнал от метки, возможно установить местонахождение подвижного объекта с точностью, достаточной для определения направления его движения и этапа производственного процесса, на котором он находится. Поскольку система предназначена, в первую очередь для производств с низкой вариативностью технологического цикла, то есть заранее известным маршрутом следования подвижного объекта с незначительными дополнительными или параллельными операциями, то знать положение с точностью, например, до нескольких сантиметров представляется излишним.
При коммуникации с транспондером, считыватель излучает электромагнитную энергию, а метка транспондера принимает сигнал от считывателя и формирует ответный, принимаемый антенной и обрабатываемый считывателем. В процессе работы метка получает энергию из электромагнитного поля считывателя и посылает обратно уникальный код путем модулирования несущей частоты.
Для обеспечения функционирования транспондера в условиях высокой термической нагрузки, он выполнен термостойким, причем таким образом, что температура, до которой нагревается метка в транспондере, не превышает ее рабочую температуру. Задачей транспондера является поддержание функциональной температуры для установленной в нем метки.
Наличие по меньшей мере пары радиочастотных меток, установленных на одном подвижном объекте, позволяет решить несколько дополнительных задач. В частности, обеспечивается более точное определение местоположения и направления движения объекта за счет наличия физического разделения меток. Поскольку между метками на подвижном объекте есть некоторое расстояние, то сила сигнала, принимаемого считывателем будет отличаться для каждой метки, поскольку одна из них, если они разнесены в горизонтальной или вертикальной плоскости, будет находиться дальше от считывателя и сигнал, получаемый с нее, будет слабее. За счет разницы сигнала и известности того, какая метка является дальней от считывателя в данный момент времени, возможно определить направление движения подвижного объекта даже в том случае, когда он находится строго напротив считывателя. Сценарий постепенного возрастания и убывания величины сигнала по мере прохождения метки мимо считывателя будет повторяться в случаях, когда подвижный объект движется к месту осуществления операции и от него. Соответственно, на некоторых отрезках времени проблематично достоверно установить, движется ли объект к месту операции или от него, так как траектории движения совпадают. За счет пары меток этого удается избежать. Иным положительным эффектом является повышение надежности системы за счет резервирования. При выходе из строя одной из меток транспондера, вторая метка продолжит функционировать и отвечать на сигнал. Таким образом, положение подвижного объекта также можно будет установить. Указанное обстоятельство не приведет к выходу из строя всей системы. Ответственным лицом может быть принято решение о проведении планово-предупредительных работ по выявлению причины неисправности и её устранению. Вместе с тем, управляющая часть системы может самостоятельно попытаться восстановить связь с меткой и, в случае удачной попытки, продолжить функционирование в штатном режиме. Указанное возможно по причине того, что временная потеря сигнала не всегда необходимо вызвана физическими причинами, т.е. аппаратной частью системы. Не исключены временные прерывания связи по причине сбоев в работе программных алгоритмов системы, проблем с распространением сигнала и иными подобными причинами.
Для отслеживания направления перемещения объекта как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, предлагается размещать метки таким образом, чтобы горизонтальные и вертикальные компоненты их координаты относительно некоторой точки корпуса транспондера (удобнее брать за начало отсчета, например, точку пересечения диагоналей, если пластина, на которой установлены метки имеет форму параллелограмма) различались. Иными словами, целесообразно расположить пару меток по диагонали в углах пластины, чтобы в процессе движения сигнал от меток, установленных в транспондере, отличался. Как уже было отмечено выше, заранее обладая информацией о месте установки метки, возможно определить направление перемещения объекта.
В соответствии с изобретением, один отслеживаемый объект может иметь и большее количество меток в транспондере. Наличие трех меток позволит точнее определять координаты объекта при перемещении и позволит повысить надежность системы за счет двойного резервирования. Установка большего количества меток также возможна, но представляется недостаточно целесообразной, в том числе по причине излишнего усложнения конструкции и удорожания производства транспондера.
Если на объекте требуется установка нескольких меток, то они могут быть размещены как в одном транспондере, так и в нескольких, закрепленных, например, с противоположных сторон объекта. Поскольку объекты, вследствие выполнения из материалов с низкой радиопрозрачностью, могут затруднять коммуникацию считывателя и метки вне прямой видимости, представляется возможным снабжение объекта парой и более транспондеров.
Как указано выше, при отсутствии сигнала от одной из меток, установленной на отслеживаемом объекте, система, после попыток восстановления связи программными средствами, может генерировать сообщения лицу, ответственному за эксплуатацию системы. Для этого система может быть снабжена интерфейсом и средствами преобразования для вывода данный через указанный интерфейс.
Перемещение объекта между площадками, на которых осуществляются операции, происходит за некоторый промежуток времени. Если рассматривать частный случай использования системы для металлургического производства, а именно для слежения за сталеразливочными ковшами, необходимо учитывать время передвижения полного сталеразливочного ковша между постами, в частности, для прогнозирования температуры расплава. Для этого система может быть снабжена математическим алгоритмом, исполняемым включенными в систему средствами вычисления, высчитывающим, по определенной формуле, температуру, которой будет обладать расплав при прибытии на место осуществления следующей технологической операции. Счет времени нахождения на месте осуществления технологической операции позволяет на основе полученных данных, применив математическую модель для анализа протекания технологических процессов, просчитывать температуру расплава, циклы плавок, а также с более высокой точностью планировать плановые и капитальные ремонты сталеразливочных ковшей и исключить человеческий фактор при выборе ковша в работу.
В зависимости от заранее известного местоположения под установку считывающего устройства, попадание в его поле метки, делается вывод о том, какой сейчас сталеразливочный ковш находится на позиции, а так же откуда он туда прибыл и сколько времени находился вне технологических операций, например, остывал.
Заявляемую группу изобретений составляет термозащищенный транспондер. Метка, основанная, в том числе, на технологии RFID, не обладает высокой температурной стойкостью. Для защиты метки от температурных воздействий могут применяться различные термозащитные устройства. Из уровня техники известно техническое решение по патенту КНР на полезную модель № 202904596 «High temperature resistant steel ladle recognizing device (Устройство распознавания сталь-ковша, устойчивое к высокой температуре)» (МПК B22D41/00; G06K19/067; G06K7/00; CONTROLLING NETWORK ENGINEERING CO LTD, КНР, з. № CN201220538051U, 19.10.2012, к. 19.10.2012, публ. 24.04.2013). Предложена конструкция термозащищенной радиочастотной метки, закрепленной на сталеразливочном ковше, закрытой теплоизолирующим материалом
К недостаткам приведенного технического решения относится неэффективная система теплоизоляции, которая в реальных условиях эксплуатации не сможет обеспечить функционирование метки. При постоянном нагреве температура внутри теплоизоляционного слоя начнет постепенно повышаться, пока не достигнет пороговой величины, при которой произойдет отключение метки. Понижение температуры внутри теплоизоляционного слоя будет происходить медленно, поскольку слой будет удерживать тепло внутри, функционируя по принципу сосуда Дьюара. Кроме того, расположение метки, как показано на прилагаемых к описанию фигурах, не позволит защитить метку от попадания, например, частиц расплава.
Предлагаемая конструкция транспондера позволяет избежать указанных недостатков. Термозащищенный транспондер для системы слежения за подвижными объектами, содержит корпус, включающий площадку для установки средств радиочастотной связи, и средства радиочастотой связи, установленные на площадке, отличающийся тем, что транспондер дополнительно снабжен термозащитным экраном, размещенным между корпусом и поверхностью корпуса подвижного объекта с образованием воздушного зазора, и прикреплен к корпусу подвижного объекта.
Общими с аналогом признаками изобретения являются наличие корпуса, площадки для установки средств радиочастотной связи и сами средства радиочастотной связи, установленные на площадке. Отличительными признаками являются наличие термозащитного экрана, размещенного между корпусом транспондера и поверхностью подвижного объекта с образованием воздушного зазора, а также прикрепление транспондера к корпусу объекта
В соответствии с первым частным случаем прикрепление к подвижному объекту выполнено посредством подвесного кронштейна.
В соответствии со вторым частным случаем, транспондер отличается тем, что подвижным объектом, на котором он установлен, является сталеразливочный ковш.
В первом уточнении второго частного случая, транспондер отличается тем, что он консольно закреплен под кольцевым ребром жесткости сталеразливочного ковша таким образом, что внешний габарит корпуса транспондера расположен внутри диаметра кольцевого ребра жесткости.
Во втором уточнении указанного частного случая транспондер дополнительно характеризуется тем, что крепление к кольцевому ребру жесткости сталеразливочного ковша осуществляют посредством скобы.
В соответствии с третьим частным случаем, транспондер отличается тем, что кронштейн выполнен в виде уголка, одна часть которого прикреплена к средствам для соединения с корпусом подвижного объекта, а ко второй подвешены корпус транспондера и термозащитный экран.
В уточнении указанного частного случая, транспондер дополнительно характеризуется тем, что кронштейн выполнен в виде трубок, согнутых под прямым углом. Трубки могут быть выполнены полыми для снижения теплопроводности, заполненными жидкостью или выполненными из материала с низкой теплопроводностью.
В соответствии с четвертым частным случаем, транспондер дополнительно характеризуется тем, что термозащитный экран имеет площадь, не менее площади основания корпуса транспондера.
В соответствии с пятым частным случаем, транспондер дополнительно характеризуется тем, что корпус транспондера дополнительно снабжен теплозащитным слоем, ориентированным по направлению к источнику тепла.
Прикрепление может быть осуществлено посредством стальной скобы с винтовым зажимом, либо сваркой через воздушный зазор (например, на ножках) к телу сталеразливочного ковша.
Основным компонентом термозащищенного транспондера являются средства радиочастотной связи, выполненные, например, в виде пары радиочастотных меток, как было указано выше при описании локальной системы слежения. Радиочастотные метки имеют уникальный идентификатор. Радиочастотные метки располагают на пластине и ориентируют таким образом, чтобы проходящий в зоне действия считывателя сталеразливочный ковш посредством указанных меток формировал ответный сигнал на запрос считывателя. Целесообразно располагать метки, например на прямоугольной монтажной пластине. Вместе с тем, форма площадки для установки меток может быть произвольной, при соблюдении условия возможности монтажа средств радиочастотной связи. Корпус устройства может состоять как из одной пластины с монтажной площадкой, так и иметь более сложную конструкцию, в том числе, снабжаться кожухами, пластинчатыми радиаторами для эффективного отвода тепла в окружающую атмосферу, дополнительными теплоизоляционными слоями, как в соответствии с одним из частных случаев. Вместе с тем, дополнительные элементы не должны в значительной мере препятствовать возможности коммуникации меток со считывателями. Например, закрытие меток кожухом из радиопоглощающего материала приведет в потере работоспособности системы слежения. Размещение площадки с установленными метками осуществлено таким образом, что корпус устройства не имеет непосредственного контакта с поверхностью подвижного объекта. Контакт происходит через элементы крепления, например, через кронштейн как указано в одном из частных случаев. Для защиты от высокой температуры между корпусом транспондера и подвижным объектом размещают термозащитный экран, устанавливаемый, как правило, на том же креплении, что и корпус транспондера. Вместе с тем, экран может быть размещен и на своем собственном креплении, оставаясь частью устройства транспондера. Поверхность экрана, ближайшая к площадке, на которой установлены метки, может иметь вогнутую форму для улучшения радиообмена между считывателем и средствами радиочастотной связи. Воздушный зазор, создаваемый экраном, позволяет дополнительно снизить теплопередачу от поверхности подвижного объекта к площадке, на которой установлены метки. При размещении экрана без непосредственного контакта с поверхностями корпуса транспондера и подвижного объекта, образуется два воздушных зазора. Количество экранов можно увеличивать, если это способствует снижению температурной нагрузки на средства радиочастотной связи.
Прикрепление к отслеживаемому подвижному объекту посредством кронштейна позволяет разместить корпус транспондера на необходимом расстоянии от его поверхности. Целесообразно закреплять транспондер под кольцевым ребром жесткости сталеразливочного ковша. Такое расположение позволит защитить устройство от брызг, искр и расплава. Для этих целей внешний габарит транспондера также, предпочтительно, не должен выходить за пределы радиуса ребра жесткости.
Прикрепить кронштейн возможно к торцевой части кольцевого ребра. Такой вариант монтажа позволит использовать, например, тисочный зажим, без необходимости выполнения отверстий в корпусе отслеживаемого объекта. Кроме того, такой тип крепежа может применяться для закрепления тисков на кольцевых ребрах различной высоты. Раствор тисков, в таком случае, должен быть не менее высоты кольцевого ребра. Фиксация может осуществляться, например, винтом или аналогичным средством. Тем не менее, возможность прикрепления не ограничивается одним типом крепежа. Могут применяться, например, косынки, приваривающиеся к поверхности отслеживаемого объекта. Не исключено использование разъемных резьбовых либо сварных соединений в случаях, если иным образом закрепить транспондер не представляется возможным.
Кронштейн, в соответствии с частными случаями, может быть выполнен различным образом. Так, целесообразно выполнение кронштейна L-образным для подвешивания на нем корпуса транспондера и термозащитного экрана, что позволяет сократить теплообмен между отслеживаемым объектом и корпусом транспондера. Модификацией такого кронштейна может быть выполнение его в виде одной или нескольких трубок, например полых или выполненных из материала с низкой теплопроводностью. Это снизит площадь контакта нагретых элементов конструкции и корпуса транспондера.
Площадь защитного экрана не должна быть меньше площади корпуса транспондера, чтобы оградить средства радиосвязи от теплового излучения, исходящего от корпуса отслеживаемого объекта. Целесообразно экранировать корпуса транспондера подобным образом с тех сторон, где количество теплового излучения наиболее высоко. Если транспондер устанавливают под кольцевым ребром жесткости, то возможно выполнение термозащитного экрана не только между задней стенкой корпуса транспондера и поверхностью подвижного объекта, но и между верхним торцом корпуса и кольцевым ребром жесткости.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими фигурами:
Фиг. 1 – Общий компонентный состав системы;
Фиг. 2 – Продольный разрез термозащищенного транспондера
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 – транспондер;
2 – подвижный объект;
3 – радиоканал;
4 – считыватель;
5 – локальная [вычислительная] сеть;
6 – маршрутизатор;
7 – сервер, содержащий базу данных;
8 – сервер АСУТП
9 – крепление;
10 – кронштейн;
11 – корпус транспондера;
12 – термозащитный экран;
13 – RFID метка;
14 – кольцевое ребро жесткости
15 – локальный компьютер
16 – удаленный терминал
Для понимания принципов работы и особенностей различных реализаций изобретения, ниже приведено описание фигур технического решения. Хотя в тексте описания подробно объясняются предпочтительные варианты реализации технического решения, необходимо понимать, что возможны и иные варианты реализации изобретения. Соответственно, нет необходимости в ограничении объема правовой охраны технического решения исключительно представленными реализациями и перечнями подсистем, узлов и компонентов. Изобретение может быть реализовано и иными способами. Вместе с тем, при описании предпочтительных вариантов технического решения, для ясности понимания основных принципов изобретения специалистом, необходимо уточнить термины, применяемые в описании.
Необходимо отметить, что используемые в единственном числе в описании и формуле узлы и детали устройства, также представляют собой и множественные формы, если прямо не сказано обратное. Например, указание на составной элемент устройства также означает указание на совокупность (множество) таких элементов.
Также, при описании предпочтительных вариантов выполнения, для обеспечения ясности понимания, используются специальные термины. Предполагается, что термин используется в самом широком смысле, в каком он может быть истолкован специалистами в данной области техники и включает все технические эквиваленты, используемые тем же образом и с той же целью. Так, в частности, термин «система слежения» означает совокупность программно-аппаратных средств, предназначенных для определения положения объекта в пространстве в некоторые моменты времени. Система является локальной с той точки зрения, что отслеживание объекта происходит на некоторой замкнутой территории, предпочтительно, при перемещении объекта по определенным и заранее известным маршрутам. Под термином «транспондер» понимают приемо-передающее устройство, использующее радиоволны для передачи информации. Устройство, а именно содержащиеся в нем средства радиосвязи, могут быть пассивными, активными и полупассивными. Транспондер в общем виде также снабжен антеннами для радиокоммуникаций. Термин «считыватель» относится к приемо-передающим устройствам, позволяющим генерировать исходящий сигнал, получаемый транспондером и принимать ответный сигнал, преобразуя его в форму, воспринимаемую средствами обработки информации. В случае настоящего изобретения, фраза «размещены у позиций» применяется для описания места установки считывателя. Считыватель размещают таким образом, что транспондер, размещенный на объекте, гарантированно попадает в зону работы считывателя в тот промежуток времени, когда над объектов или его содержимым осуществляется конкретная технологическая операция. По меньшей мере один считыватель установлен у каждого места осуществления технологической операции. Объект, отдалившийся от зоны осуществления операции, прекращает связь со считывателем. Термин «присутствие» означает наличие подвижного объекта на месте осуществления технологической операции и включает прибытие объекта на место, выполнение операции и начало перемещения объекта по направлению к следующей операции в цикле. Фраза «параметры сигнала» означает, что по одной из характеристик сигнала, будь то сила, форма, конфигурация, время ответа, возможно достоверно установить нахождение объекта на месте осуществления операции либо в зоне, находящейся в непосредственной близости от этого места. Словосочетание «температурно-нагруженный» означает такую температуру отслеживаемого объекта, при которой размещаемые на объекте средства радиочастотной связи не будут функционировать в штатном режиме по причине превышения паспортной температуры эксплуатации. Сигнал может быть признан «различающимся» при условии, что разница в уровне сигнала разных меток, установленных на одном объекте, отличается на величину, двукратно большую, чем погрешность средств измерения сигнала, обусловленная классом точности или условиями окружающей среды, в которых распространяется сигнал. Термин «в реальном времени» означает, что положение объекта может быть определено с необходимой для производственного процесса точностью в дискретные моменты времени, определяемые, в том числе, частотой опроса считывателем метки и временим распространения сигнала в среде. Термин «позиция», означает определенную точку технологического процесса, которая является неотъемлемой его частью и является ключевой, без прохождения которой сталеразливочный ковш не продолжит движение, пока не пройдет определённый технологический процесс на одной из технологических точек.
Слова «состоящий», «содержащий», «включающий» означают, что, по меньшей мере указанный компонент, элемент, часть или шаг способа присутствует в композиции, предмете или способе, но не исключает присутствие иных компонентов, материалов, частей, шагов способа, даже если такой компонент, материал, часть, шаг способа выполняет ту же функцию, что и указанный.
Материалы, из которых изготовлены различные элементы настоящего изобретения, указанные ниже при описании примеров конкретного выполнения устройства, являются типичными, но не обязательными для применения. Указанные в настоящих примерах выполнения материалы, могут быть заменены многочисленными аналогами, выполняющими ту же функцию, что и приведенные в описании примеры материалов.
Обратимся к прилагаемым фигурам. В соответствии с одной из частных реализаций настоящего изобретения, система предназначена для отслеживания местоположения сталеразливочных ковшей на литейном производстве. Система представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из транспондеров 1, закрепленных на сталеразливочных ковшах, множества считывателей, установленных у постов осуществления технологических операций, в частности: у сталеплавильной печи, установки ковш-печь, установки ковшевого вакуумирования, машины непрерывного литья заготовки и у поста очистки от шлака. Транспондеры на ковшах выполнены с возможностью обмена информацией со считывателями. Считыватели объединены в локальную сеть посредством проводной связи и соединены с маршрутизатором 6, передающим данные на сервер 7, содержащий базу данных. Сигнал, поступающий от транспондеров, преобразуется средствами вычисления в табличную форму и заносится в базу данных. Информация из базы выводится на экран локального компьютера 15 или удаленного устройства 16, а также может использоваться при интеграции с автоматизированной системой управления технологическим процессом, размещенной на собственном сервере 8. На каждом сталеразливочном ковше закреплен транспондер 1. Крепление, в частном случае, выполнено посредством струбцины 9, закрепленной на кольцевом ребре жесткости сталеразливочного ковша. Фиксация зажима осуществляется винтом. К зажиму присоединен подвесной кронштейн 10, выполненный в виде пары полых трубок. С противоположного конца к трубкам подвешен корпус транспондера 11 и термозащитный экран 12, расположенный между корпусом транспондера и боковой поверхностью сталеразливочного ковша 2. Экран выполнен из муллитокремнеземистой плиты или может быть выполнен из иного подобного материала, например, рулонного фетра, установленного в рамке из листового металла. Сторона основания экрана составляет 350 мм, величина воздушного зазора от задней стенки экрана до поверхности ковша в среднем равна 50-70 мм. Величина первого воздушного зазора может быть больше и зависит от величины вылета кольцевого ребра жесткости 14 сталеразливочного ковша. В указанном частном случае, многослойный теплоизоляционный контур состоит из первого воздушного зазора, первого теплоизоляционного слоя, образуемого термозащитным экраном, второго воздушного зазора и второго слоя теплоизоляционного слоя из термозащитной вставки, закрепленной на корпусе. Корпус транспондера 11 образован металлическим каркасом из, в частности листового металла, содержащим площадку для установки радиочастотных меток Физические размеры корпуса составляют от 100 до 250 мм. Площадка выполнена в виде плоской металлической поверхности, допускающей размещение на ней пары радиочастотных меток. Метки 13 представляют собой серийные устройства, выполненные на чипах ipj-p6005-x2at или аналогичных и установленные на монтажной площадке взаимно диагонально, как показано на Фиг. 2. В одном из частных случаев реализации возможно закрепление термозащитного экрана непосредственно к корпусу подвижного оборудования, в частности, сталеразливочного ковша в области, находящейся под кольцевым ребром жесткости. Прикрепление экрана может быть осуществлено посредством монтажной пластины, непосредственно прикрепленной к корпусу и экрану, например, сваркой. Корпус транспондера может быть соединен с экраном посредством ножек для образования воздушного зазора. Лицевая поверхность корпуса транспондера, в месте установки радиочастотных меток может быть дополнительно защищена козырьком, выполненным, например, из листовой стали или иного подобного материала. Такая конструкция дополнительно защищает устройство от брызг металла.
Варианты реализации настоящего изобретения не ограничиваются приведенными выше примерами конкретного выполнения. Могут быть предложены и иные формы реализации технического решения, не отдаляясь от смысла изобретения.
Раскрытые выше примеры выполнения приведены с целью показать промышленную применимость устройства и дать общее впечатление о возможностях системы и транспондера. Объем правовой охраны технического решения определяется формулой изобретения, а не представленным описанием, и все изменения, совершенные с применением эквивалентных признаков, подпадают под правовую охрану настоящего изобретения.
Предложена локальная система слежения за подвижными объектами. Система содержит транспондер, установленный на отслеживаемом подвижном объекте, множество стационарно установленных радиочастотных считывателей, связанных между собой в сеть. Считыватели размещают у позиций осуществления технологических операций таким образом, что по параметрам сигнала, получаемого считывателем от транспондера отслеживаемого подвижного объекта, устанавливают присутствие указанного объекта на позиции осуществления технологической операции. Предложен также термозащищенный транспондер. Достигается надежная идентификация перемещаемых объектов, повышение автоматизации. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.
1. Локальная система слежения за подвижными объектами, включающая транспондер, установленный на отслеживаемом подвижном объекте, множество стационарно установленных радиочастотных считывателей, связанных между собой в сеть, содержащую средства обработки данных, и выполненных с возможностью электромагнитного взаимодействия с установленным на отслеживаемом подвижном объекте транспондере, отличающаяся тем, что считыватели размещены у позиций осуществления технологических операций таким образом, что по параметрам сигнала, получаемого, по меньшей мере, одним считывателем от транспондера отслеживаемого подвижного объекта устанавливают присутствие указанного объекта на позиции осуществления технологической операции.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что подвижные объекты, на которых устанавливают транспондеры, являются температурно-нагруженными.
3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что температурно-нагруженным подвижным объектом является сталеразливочный ковш.
4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что транспондер выполнен термостойким.
5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что транспондер содержит, по меньшей мере, пару радиочастотных меток.
6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что метки установлены таким образом, что при перемещении отслеживаемого подвижного объекта уровень сигнала от меток, содержащихся в транспондере, различается.
7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что метки установлены на монтажной пластине таким образом, что координаты каждой метки в горизонтальной и вертикальной плоскостях различны между собой.
8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что при невозможности взаимодействия с, по меньшей мере, одной меткой транспондера средства обработки данных формируют предупреждение.
9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что при взаимодействии с транспондером радиочастотный считыватель получает информацию об идентификационном номере каждой метки, содержащейся в транспондере, о времени начала и окончания получения сигнала от метки соответствующего транспондера и передает полученные данные средствам обработки данных, преобразующих поступающую информацию в форму базы данных и вычисляющих на основе математического алгоритма характеристики подвижного объекта, в частности направление его движения, время нахождения на позициях, положение объекта в реальном времени.
10. Термозащищенный транспондер для системы слежения за подвижными объектами, содержащий корпус, включающий площадку для установки средств радиочастотной связи, и средства радиочастотой связи, установленные на площадке, отличающийся тем, что транспондер дополнительно снабжен термозащитным экраном, размещенным между корпусом и поверхностью корпуса подвижного объекта с образованием воздушного зазора, и прикреплен к корпусу подвижного объекта.
11. Транспондер по п. 10, отличающийся тем, что прикрепление к корпусу подвижного объекта выполнено посредством подвесного кронштейна.
12. Транспондер по п. 10, отличающийся тем, что подвижным объектом, на котором он установлен, является сталеразливочный ковш.
13. Транспондер по п. 12, отличающийся тем, что он консольно закреплен кольцевым ребром жесткости сталеразливочного ковша таким образом, что внешний габарит корпуса транспондера расположен внутри диаметра кольцевого ребра жесткости.
14. Транспондер по п. 13, отличающийся тем, что крепление к кольцевому ребру жесткости сталеразливочного ковша осуществляют посредством струбцины.
15. Транспондер по п. 10, отличающийся тем, что кронштейн выполнен в виде уголка, одна часть которого прикреплена к средствам для соединения с корпусом подвижного объекта, а ко второй подвешены корпус транспондера и термозащитный экран.
16. Транспондер по п. 15, отличающийся тем, что кронштейн выполнен в виде трубок, согнутых под прямым углом.
17. Транспондер по п. 10, отличающийся тем, что термозащитный экран имеет площадь не менее площади основания корпуса транспондера.
18. Транспондер по п. 10, отличающийся тем, что корпус транспондера дополнительно снабжен теплозащитным слоем, ориентированным по направлению к источнику тепла.
| WO 2016045859 A1, 31.03.2016 | |||
| CN 103107830 А, 15.05.2013. |
