浅析射频识别技术在选煤厂的应用

2020-02-20云艳

机电信息 2020年32期

云艳

（国家能源集团神东煤炭洗选中心，陕西榆林719315）

0 引言

根据2019年8月国家八部委联合印发的《关于推进煤矿智能化发展的指导意见（征集意见稿）》和2020年2月国家发改委发布的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，深入贯彻“四个革命、一个合作”的能源安全新战略，实现煤炭企业的智能化转型升级，已成为当今煤炭企业的首要工作任务。作为煤炭企业生产单位之一的选煤厂，其智能化转型升级同样迫在眉睫。

已具备生产条件的选煤厂在智能化升级改造时，首要任务是进一步完善自动化控制水平，在此基础上将选煤系统分级分类、整体谋划、局部打造，逐步实现智能化水平提升，最终融会贯通，实现固定岗位无人值守和远程监控的目标。为进一步提升现场自动化管理水平，加强现场人员安全监管、设备检修维护、物资管理及安保管理工作，选煤厂通过应用射频识别技术，在一定程度上提升了自动化管理水平，为企业下一步的智能升级改造工作奠定了扎实基础。

1 射频识别技术简介

射频识别技术最早于19世纪40年代提出，随着集成电路技术及芯片的不断发展，射频识别技术得以广泛应用，其主要应用于军事、安保、身份证件识别、食品溯源、资产管理及动物管理等不同领域。未来，随着物联网技术使用面的进一步扩大，全球基于无线连接的应用将会成倍增加，射频识别技术的应用范围将会更加广泛。

2 射频识别技术的定义

射频识别技术是一种利用微波实现短距离识别的通信技术，是无线连接技术中的核心，是通过磁场感应实现的一种非接触式双向通信技术。

3 射频识别技术的构成

射频识别技术主要包括射频标签、读写器、接收解读器及应用软件等。

3.1 射频标签

射频标签又称电子标签，是数据信息的载体、媒介，包括存储器、实现能量供应和读写通信的接口及微处理器，一般是直接安装在被辨识物体上，用于电量接收和能量转换。按照用途不同，射频标签可分为有源和无源标签，其中有源标签有电路供电，优点是识别距离远，缺点为耗电快，寿命短；无源标签靠自耦形式为自身提供电源，优点是使用范围广、寿命长，缺点是识别距离短。

3.2 读写器

读写器是一种数据读出装置，在一定范围内，以无接触形式自动对射频标签信息进行采集、辨识，它主要包括控制系统和高频接口。

3.3 接收解读器

接收解读器是连接读写器与应用软件之间的一种载体，既可以接收来自于应用软件发出的请求指令，又可以反馈读写器处理结果。

3.4 应用软件

应用软件是面向最终用户的一种人机交互界面，可以实现使用者的操作指令及对中间件的参数设定，它能以人们通俗易懂的方式展示在操控界面上，方便更多人操作使用。

4 射频识别技术的原理

下面以日常工作中常见的无源低频射频技术为例，对其关键技术做简单阐述。

4.1 射频标签的工作原理

无源低频射频识别标签的工作原理是通过射频信号及其本身具备的耦合、传输性质，对被测物体进行自动识别扫描，实现能量传递及信息的传输。射频信号经读写器发射后，需要通过电磁耦合、整流滤波、稳压3个过程，才能实现无线电波与电能的转换，能量的储备、供给，最终实现射频技术的无源供给。同时，它也是读写器发射信号，射频标签接收信号的一个过程。

4.1.1 耦合

当读写器发射信号，其射频标签天线的原边线圈L1接收到信号，副边线圈L2从L1中耦合电磁波信号，电路中获得耦合电压，与线路中与电感、电容、线路损耗电阻形成一个串联谐振回路。

4.1.2 整流滤波

电路接收到的耦合电压经整流电路进行整流，再经滤波电容进行滤波，与此同时也为电容进行充电，当电容充电值达到饱和值时，即可作为能量源为整个电路提供能量供给，但电压不稳定，还需进行稳压处理。

4.1.3 稳压

将整流滤波电压作为输入电压，给稳压管与电路中电阻并联供电，使稳压管输出电流在最大极限下，通过调节压降，实现电压输出值不变，起到稳压作用。

4.2 阅读器的工作原理

当阅读器停止信号发射后，射频标签中的电感电容放电，信号通过线圈将能量传递给阅读器接收天线，实现能量的进一步转化，此时射频标签中的信息被读取，通过信号放大、整形处理，输入接收解读器及应用软件，实现信息处理。其中信号放大的原理主要是利用功率放大器加以实现，它能将原有的低功率输入信号放大到几倍甚至几十倍，而且输出波形与原有波形基本不发生改变。

5 射频识别技术的优势

随着科技的进步，物联网技术在企业中纵深推进，射频识别技术因其集成芯片体积小、成本低廉、扫描速度快、非接触等识别优势在各个行业中都得到广泛应用，它在信息管理、物资管理、设备管理等领域大幅提高企业效率，降低人工成本，最终提升企业综合竞争力。

射频识别技术主要有以下几个方面优势：

5.1 体积小，形状多样

随着射频识别技术近几十年的发展，射频识别系统形态更加趋于小型化和形式多样化，且识别精准度也不受限于制作尺寸和印刷品质的影响，使用范围进一步扩大。

5.2 辨别速度快

在竞争日趋激烈的当下，射频技术因其辨别速度快的优势，足以在相似的技术应用中脱颖而出，当射频标签进入磁场范围，解读器可以在瞬时读出芯片中所涵盖的信息内容，且可以同时多标签读取数据信息，为批量处理问题提供了便捷条件。

5.3 读取信息采用非接触模式

射频识别技术可以在一定范围内，实现物体的非接触识别，其中自带电池的射频识别标签，其识别范围可达30 m以上。

5.4 环境适应性强，使用范围广

射频识别技术因其采用封闭包装，抗污染能力强，耐用性持久，较传统纸张打印的条形码使用时间长；同时，纸质打印的条形码一般粘贴于外包装纸箱上，容易出现折损等情况，但基于射频识别的条形码是将数据信息存储于芯片上，因此不易受到外力折弯；又因射频识别技术采用非接触形式，其可应用于有油污、粉尘等污染比较严重的环境及放射性企业。

5.5 标签信息可重复使用

射频识别标签可以通过编程器对其数据进行修改、重新写入或删除，可以实现反复使用，方便实时更新信息。而普通的条形码却不具备这项功能，其一经打印，就无法对其信息进行更改。

5.6 射频识别技术可实现无障碍读取数据

射频识别技术具有穿透功能，它可以将纸张、木材等不透明的非金属物质进行穿透扫描，可以穿透外包装，读取物体信息，较普通条形码应用范围更广。

5.7 通信实时性

射频标签正常发射频率为50～100 Hz，只要被识别的物体进入识别范围，射频解读器会及时收到发射信号频率，实现对被识别物体的动态监测、追踪。

5.8 信息安全性强

射频标签可以进行密码保护，所以其存储信息安全性较强，不容易被其他商家伪造、造假。

5.9 存储容量大

射频标签存储容量较大，且可以外接扩充容量备件，适应于未来大数据时代的应用。

然而，射频识别技术因各大研发商家使用标准不同，存在设备之间不兼容、互通性不强的问题，如这一问题得不到及时解决，将在很大程度上制约射频识别技术的使用。

6 射频识别技术在选煤厂的应用

随着选煤行业智能化水平的不断提升，基于物联网基础的射频识别技术也在选煤厂全过程生产管理中起到了重要作用，主要应用于智能照明与人员识别管理、设备维修管理、物资管理及安全门禁管理等方面。

6.1 射频识别技术在智能照明与人员识别管理中的应用

煤矿企业作为高危行业的代名词，其安全工作一直被视为一切工作的基础、日常工作的重点，作为煤矿辅助单位的选煤厂，其安全工作也不容一丝一毫的疏忽。本智能照明与人员定位系统就是在考虑人员安全管控的基础上，综合节能管理工作，利用射频识别技术所研发的一套应用系统。

智能照明及人员定位系统，是一种基于射频识别技术研发的应用系统，它是将具有定位功能的智能灯具作为定位基站，按照厂房光照度进行有序安装，且在视频识别范围之内。当持有人员识别卡的员工进入厂区，每经过一盏智能照明灯时，射频识别卡与读卡器都会进行通信、反馈，最终确定人员的行径轨迹，并上传上位机进行记录、存储。工作人员一旦离开作业区域或进入特殊场所，系统会及时报警，提醒调度监控人员，并能及时通过短信或邮件通知到相关管理人员。当工作人员遇到紧急情况，可通过按压定位卡上的SOS按键发送告警信息至监控中心，监控中心的专用软件会在控制界面中对此报警信息进行实时显示，结合人员定位，快速做出救援判断，为减少现场人员安全事故的发生及应急处置方案的制定提供了强有力的技术保障，提高了企业的可视化、自动化安全管理水平。

同时，此系统还可以实现智能照明的功能，系统通过采用多种方式的远程控制模式，实现监控室一键启停操作，使系统的照明时间更为科学、合理。智能照明系统还加装有声控感知技术，当人员进入声控感知范围，声控开关触发智能灯照明，当人员走出声控感知范围，声控开关触发智能灯熄灭，实现照明按需供给，“人来灯亮、人走灯灭”的功能，有效延长灯具使用寿命，为选煤厂节能管理工作奠定了基础。

6.2 射频识别技术在设备维修管理中的应用

设备维修管理是指从设备安装到设备报废移交的这一过程，在机电管理中起着至关重要的作用，是机电管理工作的基础、重心。设备在使用过程中，会因各种原因出现故障，根据故障不同，对生产也会造成或大或小的影响，为有效缩短设备故障时间，应在设备管理中对设备进行检查、维护，从而延长设备的使用寿命。在此过程中，建立设备履历，可以为设备检修维护管理工作提供科学依据。但随着企业标准化管理工作的逐步推进，传统电子版的设备履历档案已无法满足设备管理需求及现场设备信息调用，对设备维护、抢修工作也不能起到指导作用，不利于设备的高效运行管理。

因此，基于射频识别技术的电子溯源系统便引起了人们的关注。它是利用射频识别技术，对已写入射频卡中的设备参数、入厂使用信息、设备维修、保养等信息通过应用软件写入射频标签，将射频标签张贴于设备固定位置，通过读卡器与射频标签电波传输，实现对设备信息的现场调用。同时，对现场设备实施的检修，要及时写入射频标签，最终形成设备履历。检修人员通过对射频信息的查阅，可以及时、全面地掌握设备情况，准确判断设备在运行过程中的状态，发现并及时解决设备隐患。在一定周期内，检修人员对射频标签内的信息进行读取，针对设备检修、维护、故障处理等情况分析，有利于掌握设备常见故障的原因并制定解决方案，同时为设备日常诊断工作的开展及预防性检修工作的安排提供依据，为现场设备的抢修维护工作提供指导，对设备基础管理工作起到积极的推进作用，确保设备运行高效、状态完好。

6.3 射频识别技术在物资管理方面的应用

在以往的企业管理中，物资管理往往不被管理层重视，认为物资管理不能创造价值。但在实际运营过程中，物资管理却与企业经营运作有着直接的关系。在现代企业中，物资管理是衡量一个企业高效运行与否的一个重要指标，通过对物资的科学、有效管理，可降低物资购置成本，加快企业资金周转，从而加速企业盈利，最终提升企业竞争力。

为提升企业物资管理信息化水平，将射频识别技术与物资信息化管理系统有机融合，可减少人为操作失误，提高物资账卡物管理水平，实现位置查询功能。

利用射频识别技术，将入库物资产品、属性、数量、货位等信息写入射频标签，并将载入物资信息的射频标签张贴于物资规定部位或托盘部位，通过读写器读取载有物资信息的射频标签，实现物资信息与托盘的绑定及货位号的绑定，上传物资管理系统进行存储、记录。在出库过程中，将托盘上的射频标签信息与出库批准数量进行比对、扣减，最终将出库数量更新于物资信息系统。企业通过对射频识别技术的应用，提高了物资出入库管理效率，保证了物资账卡物的准确性，提升了物资的信息化管理水平，为物资利库、材料购置工作提供依据，同时方便员工对库房物资的查询及领取，为后期无人值守仓储建设项目的研发及实施提供技术支撑。