毫米级RFID定位技术在轨道机车位移检测的应用

2024-04-24 09:47

摘要：

本文深入探讨了毫米级RFID定位技术在天车定位、皮带机定位、料车定位、龙门吊定位等轨道机车X轴位移检测中的应用。通过对RFID定位技术的原理及特点进行分析，结合轨道机车位移检测的实际需求，提出了毫米级RFID定位技术的解决方案，并对其在实际应用中的优势与挑战进行了详细讨论。

一、引言

随着轨道机车物流方式升级及自动化信息化快速发展，对轨道机车位移检测的安全性、定位精度和效率要求越来越高。常规的格雷母线定位、UWB定位、激光定位等轨道机车位移检测方法都有各自的特点和特定使用场景，在轨道机车位移检测的一些特殊场景存在一些缺陷。毫米级RFID定位技术具有无需布线、精度高、位置更新频率高和可间断敷设位置标识器的特点，为轨道机车位移检测需求提供了新的解决途径，文章展示了其在实际环境中的实施潜力。

二、毫米级RFID定位技术基本原理

高精度毫米级RFID定位技术系统核心技术为MLSIM定位技术。

MLSIM定位技术结合了信号处理和机器学习的优点，利用大量的数据训练模型，实现对轨道机车位移的精准定位。其主要基本原理包括以下几个方面：

1. 设备构成和部署：系统由位置采集器（也称RFID读写器）、RFID天线和位置标签（也称标签）组成，沿轨道按照一定间距敷设多个位置标签，RFID天线和位置采集器安装在移动站随机车移动。

2. 信号采集：位置采集器通过RFID天线发送电磁波，位置标签接收到无线电波后，获取电能同时使用回波信号调制的方式将存储的数据回传。位置采集器通过RFID天线接收到多个位置标签的信号数据，同时检测数据的信号强度、相位值等参数。

3. 数据处理：位置采集器对采集到各种数据进行降噪、滤波等预处理操作，再根据信号强度法、相位法建立多个读取模型，多个读取模型相互验证，计算出唯一的有效读取模型。

4. 位置数据计算：将读取模型与标准模型进行对比，对比出匹配程度最高的模型，同时计算出与标准模型的离散度，根据标准模型和离散度计算出轨道X轴的坐标位置，MLSIM技术X轴上的坐标位置由位置采集器计算完成，而不依赖上位机采集多个位置采集器数据计算完成。

三、毫米级RFID定位技术参数和特点

1. 非接触检测，全程绝对位置检测，没有盲区。

2. 精度高，分度值1mm，精度<10mm。

3. 位置更新频率100Hz，快速模式时位置采集器每间隔10ms更新1次位置。

4. 抗干扰能云顶集团，适应灰尘、水汽、电磁、低温等干扰强恶劣环境。

5. 无线电磁波供电，固定站位置标识器无需布线。

6. 全员设备状态代码。

四、毫米级RFID定位技术在轨道位移检测中的应用和优势

(一) 定位精度

1. 定位精度不同于检测精度，定位精度主要由检测精度和位置更新频率配合完成，这里暂且忽略机械配合精度，更高的位置更新频率才能实现高精度的定位精度。

2. 轨道机车运行时运行速度与位置更新频率的商才是真正的分度值，如机车运行速度为500mm/S，位置更新频率为20Hz，那么最小分度值就是25mm，MLSIM定位技术位置更新频率为100Hz，分度值为5mm，再叠加检测精度，运行状态下的检测精度为15mm，PLC趋势图见图1:

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图1

3. 从目前与多种传感器的检测精度和位置更新频率比较，毫米级RFID定位技术完全满足各类轨道机车的定位精度需求。

(二) 固定站位置标识器无需布线，单独安装

1. 无需布线，安全性更高，特别是有防爆要求场所，如焦化、煤化工、核工业场所，没有输电成本，同时减少大量维护量。

2. 位置标识器单独安装，自由拆分自由拼接，可保留检修位，如天车定位系统应用中，可设置自由闭合的活动护栏，通过护栏的打开，不需要拆装定位设备，就可完成天车车轮的装卸更换，方便好用。

3. 每个位置标识器安装高度随轨道高度单独调整，使位置标识器与RFID天线处于最佳读取范围，从而保证检测精度，在沉降等原因导致轨道不平整的场所检测精度问题就得到很好解决。

4. 通过多天线轮询或与绝对值编码器配合，可间隔一定距离安装1组位置标识器，不连续安装位置标识器也可实现全程高精度位置检测，2组位置标识器之间的空隙可作为车辆通道，在一些料�。霉δ懿唤隹山谠汲杀�，而且提高作业效率。

(三) 系统稳定可靠高效

1. MLSIM技术在底层设计时，就考虑复杂恶劣环境，采用标签数据可信机制，对采集的数据进行有效验证，只有被采信的数据才能进入下一步计算。

2. 大量实地模型训练，MLSIM技术通过多个标签的读取模型与标准模型的对比计算位置，在多个现场经过多年的实地数据训练，检测精度和更新时长2个方面做到很好的平衡。

3. 系统通过如更新时长和更新状态值等过程数据的监测，甚至监测底层原始数据，而不仅仅是位置数据的定位精度，在事前就对项目技术可行性进行测评，解决方案不仅仅停留在文档，得益于系统设备小型化的努力，售前服务人员可以用设备到现场进行事前环境适应性测评，事前验证项目的稳定可靠性，而不仅仅依靠售后服务。

4. 位置标识器IK08防撞击，更适合应用于现场机械检修频繁的有磕磕碰碰的重工领域环境，很大程度降低设备损坏的几率。

5. 融合开关量，MLSIM技术融合了多路开关量的读写功能，位移检测设备在应用上在响应时间有很高的要求，开关量控制和读取直接与芯片引脚连接，毫米级响应时间，不同于常规传感器通过外部串口再通过�？樵倭拥テ�，在滑触线供电的项目该功能尤为重要。

(四) 系统维护

1. 全员设备状态代码

系统对位置采集器、RFID单元、RFID天线、固定站设置的位置标识器进行监测，保证系统安全的同时为快速诊断提供数据。

2. MLSIM技术融合了WIFI�？�，对底层采集的原始数据、位置计算的过程数据可远程监测，为用户故障分析和排查提供数据依据。

3. 设备更换，无需专业人员、专业工具，可通过厂家技术人员与现场维护人员远程配合即可完成更换或修复。

五、结论与展望

毫米级RFID定位技术在轨道机车位移检测中具有广阔的应用前景，通过不断优化技术方案、提高系统性能，再进一步提高检测精度，减少位置标识器的安装数量，减低用户维护成本。未来，随着物联网、大数据和AI等技术的不断发展，毫米级RFID定位技术将与这些先进技术再进一步深度融合，为轨道机车位移检测的云顶集团化、自动化发展注入新的动力。

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