淺析射頻識別技術在選煤廠的應用

云 艷

（國家能源集團神東煤炭洗選中心，陜西榆林719315）

0 引言

根據2019年8月國家八部委聯合印發的《關于推進煤礦智能化發展的指導意見（征集意見稿）》和2020年2月國家發改委發布的《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，深入貫徹“四個革命、一個合作”的能源安全新戰略，實現煤炭企業的智能化轉型升級，已成為當今煤炭企業的首要工作任務。作為煤炭企業生產單位之一的選煤廠，其智能化轉型升級同樣迫在眉睫。

已具備生產條件的選煤廠在智能化升級改造時，首要任務是進一步完善自動化控制水平，在此基礎上將選煤系統分級分類、整體謀劃、局部打造，逐步實現智能化水平提升，最終融會貫通，實現固定崗位無人值守和遠程監控的目標。為進一步提升現場自動化管理水平，加強現場人員安全監管、設備檢修維護、物資管理及安保管理工作，選煤廠通過應用射頻識別技術，在一定程度上提升了自動化管理水平，為企業下一步的智能升級改造工作奠定了扎實基礎。

1 射頻識別技術簡介

射頻識別技術最早于19世紀40年代提出，隨著集成電路技術及芯片的不斷發展，射頻識別技術得以廣泛應用，其主要應用于軍事、安保、身份證件識別、食品溯源、資產管理及動物管理等不同領域。未來，隨著物聯網技術使用面的進一步擴大，全球基于無線連接的應用將會成倍增加，射頻識別技術的應用范圍將會更加廣泛。

2 射頻識別技術的定義

射頻識別技術是一種利用微波實現短距離識別的通信技術，是無線連接技術中的核心，是通過磁場感應實現的一種非接觸式雙向通信技術。

3 射頻識別技術的構成

射頻識別技術主要包括射頻標簽、讀寫器、接收解讀器及應用軟件等。

3.1 射頻標簽

射頻標簽又稱電子標簽，是數據信息的載體、媒介，包括存儲器、實現能量供應和讀寫通信的接口及微處理器，一般是直接安裝在被辨識物體上，用于電量接收和能量轉換。按照用途不同，射頻標簽可分為有源和無源標簽，其中有源標簽有電路供電，優點是識別距離遠，缺點為耗電快，壽命短；無源標簽靠自耦形式為自身提供電源，優點是使用范圍廣、壽命長，缺點是識別距離短。

3.2 讀寫器

讀寫器是一種數據讀出裝置，在一定范圍內，以無接觸形式自動對射頻標簽信息進行采集、辨識，它主要包括控制系統和高頻接口。

3.3 接收解讀器

接收解讀器是連接讀寫器與應用軟件之間的一種載體，既可以接收來自于應用軟件發出的請求指令，又可以反饋讀寫器處理結果。

3.4 應用軟件

應用軟件是面向最終用戶的一種人機交互界面，可以實現使用者的操作指令及對中間件的參數設定，它能以人們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 射頻識別技術的原理

下面以日常工作中常見的無源低頻射頻技術為例，對其關鍵技術做簡單闡述。

4.1 射頻標簽的工作原理

無源低頻射頻識別標簽的工作原理是通過射頻信號及其本身具備的耦合、傳輸性質，對被測物體進行自動識別掃描，實現能量傳遞及信息的傳輸。射頻信號經讀寫器發射后，需要通過電磁耦合、整流濾波、穩壓3個過程，才能實現無線電波與電能的轉換，能量的儲備、供給，最終實現射頻技術的無源供給。同時，它也是讀寫器發射信號，射頻標簽接收信號的一個過程。

4.1.1 耦合

當讀寫器發射信號，其射頻標簽天線的原邊線圈L1接收到信號，副邊線圈L2從L1中耦合電磁波信號，電路中獲得耦合電壓，與線路中與電感、電容、線路損耗電阻形成一個串聯諧振回路。

4.1.2 整流濾波

電路接收到的耦合電壓經整流電路進行整流，再經濾波電容進行濾波，與此同時也為電容進行充電，當電容充電值達到飽和值時，即可作為能量源為整個電路提供能量供給，但電壓不穩定，還需進行穩壓處理。

4.1.3 穩壓

將整流濾波電壓作為輸入電壓，給穩壓管與電路中電阻并聯供電，使穩壓管輸出電流在最大極限下，通過調節壓降，實現電壓輸出值不變，起到穩壓作用。

4.2 閱讀器的工作原理

當閱讀器停止信號發射后，射頻標簽中的電感電容放電，信號通過線圈將能量傳遞給閱讀器接收天線，實現能量的進一步轉化，此時射頻標簽中的信息被讀取，通過信號放大、整形處理，輸入接收解讀器及應用軟件，實現信息處理。其中信號放大的原理主要是利用功率放大器加以實現，它能將原有的低功率輸入信號放大到幾倍甚至幾十倍，而且輸出波形與原有波形基本不發生改變。

5 射頻識別技術的優勢

隨著科技的進步，物聯網技術在企業中縱深推進，射頻識別技術因其集成芯片體積小、成本低廉、掃描速度快、非接觸等識別優勢在各個行業中都得到廣泛應用，它在信息管理、物資管理、設備管理等領域大幅提高企業效率，降低人工成本，最終提升企業綜合競爭力。

射頻識別技術主要有以下幾個方面優勢：

5.1 體積小，形狀多樣

隨著射頻識別技術近幾十年的發展，射頻識別系統形態更加趨于小型化和形式多樣化，且識別精準度也不受限于制作尺寸和印刷品質的影響，使用范圍進一步擴大。

5.2 辨別速度快

在競爭日趨激烈的當下，射頻技術因其辨別速度快的優勢，足以在相似的技術應用中脫穎而出，當射頻標簽進入磁場范圍，解讀器可以在瞬時讀出芯片中所涵蓋的信息內容，且可以同時多標簽讀取數據信息，為批量處理問題提供了便捷條件。

5.3 讀取信息采用非接觸模式

射頻識別技術可以在一定范圍內，實現物體的非接觸識別，其中自帶電池的射頻識別標簽，其識別范圍可達30 m以上。

5.4 環境適應性強，使用范圍廣

射頻識別技術因其采用封閉包裝，抗污染能力強，耐用性持久，較傳統紙張打印的條形碼使用時間長；同時，紙質打印的條形碼一般粘貼于外包裝紙箱上，容易出現折損等情況，但基于射頻識別的條形碼是將數據信息存儲于芯片上，因此不易受到外力折彎；又因射頻識別技術采用非接觸形式，其可應用于有油污、粉塵等污染比較嚴重的環境及放射性企業。

5.5 標簽信息可重復使用

射頻識別標簽可以通過編程器對其數據進行修改、重新寫入或刪除，可以實現反復使用，方便實時更新信息。而普通的條形碼卻不具備這項功能，其一經打印，就無法對其信息進行更改。

5.6 射頻識別技術可實現無障礙讀取數據

射頻識別技術具有穿透功能，它可以將紙張、木材等不透明的非金屬物質進行穿透掃描，可以穿透外包裝，讀取物體信息，較普通條形碼應用范圍更廣。

5.7 通信實時性

射頻標簽正常發射頻率為50～100 Hz，只要被識別的物體進入識別范圍，射頻解讀器會及時收到發射信號頻率，實現對被識別物體的動態監測、追蹤。

5.8 信息安全性強

射頻標簽可以進行密碼保護，所以其存儲信息安全性較強，不容易被其他商家偽造、造假。

5.9 存儲容量大

射頻標簽存儲容量較大，且可以外接擴充容量備件，適應于未來大數據時代的應用。

然而，射頻識別技術因各大研發商家使用標準不同，存在設備之間不兼容、互通性不強的問題，如這一問題得不到及時解決，將在很大程度上制約射頻識別技術的使用。

6 射頻識別技術在選煤廠的應用

隨著選煤行業智能化水平的不斷提升，基于物聯網基礎的射頻識別技術也在選煤廠全過程生產管理中起到了重要作用，主要應用于智能照明與人員識別管理、設備維修管理、物資管理及安全門禁管理等方面。

6.1 射頻識別技術在智能照明與人員識別管理中的應用

煤礦企業作為高危行業的代名詞，其安全工作一直被視為一切工作的基礎、日常工作的重點，作為煤礦輔助單位的選煤廠，其安全工作也不容一絲一毫的疏忽。本智能照明與人員定位系統就是在考慮人員安全管控的基礎上，綜合節能管理工作，利用射頻識別技術所研發的一套應用系統。

智能照明及人員定位系統，是一種基于射頻識別技術研發的應用系統，它是將具有定位功能的智能燈具作為定位基站，按照廠房光照度進行有序安裝，且在視頻識別范圍之內。當持有人員識別卡的員工進入廠區，每經過一盞智能照明燈時，射頻識別卡與讀卡器都會進行通信、反饋，最終確定人員的行徑軌跡，并上傳上位機進行記錄、存儲。工作人員一旦離開作業區域或進入特殊場所，系統會及時報警，提醒調度監控人員，并能及時通過短信或郵件通知到相關管理人員。當工作人員遇到緊急情況，可通過按壓定位卡上的SOS按鍵發送告警信息至監控中心，監控中心的專用軟件會在控制界面中對此報警信息進行實時顯示，結合人員定位，快速做出救援判斷，為減少現場人員安全事故的發生及應急處置方案的制定提供了強有力的技術保障，提高了企業的可視化、自動化安全管理水平。

同時，此系統還可以實現智能照明的功能，系統通過采用多種方式的遠程控制模式，實現監控室一鍵啟停操作，使系統的照明時間更為科學、合理。智能照明系統還加裝有聲控感知技術，當人員進入聲控感知范圍，聲控開關觸發智能燈照明，當人員走出聲控感知范圍，聲控開關觸發智能燈熄滅，實現照明按需供給，“人來燈亮、人走燈滅”的功能，有效延長燈具使用壽命，為選煤廠節能管理工作奠定了基礎。

6.2 射頻識別技術在設備維修管理中的應用

設備維修管理是指從設備安裝到設備報廢移交的這一過程，在機電管理中起著至關重要的作用，是機電管理工作的基礎、重心。設備在使用過程中，會因各種原因出現故障，根據故障不同，對生產也會造成或大或小的影響，為有效縮短設備故障時間，應在設備管理中對設備進行檢查、維護，從而延長設備的使用壽命。在此過程中，建立設備履歷，可以為設備檢修維護管理工作提供科學依據。但隨著企業標準化管理工作的逐步推進，傳統電子版的設備履歷檔案已無法滿足設備管理需求及現場設備信息調用，對設備維護、搶修工作也不能起到指導作用，不利于設備的高效運行管理。

因此，基于射頻識別技術的電子溯源系統便引起了人們的關注。它是利用射頻識別技術，對已寫入射頻卡中的設備參數、入廠使用信息、設備維修、保養等信息通過應用軟件寫入射頻標簽，將射頻標簽張貼于設備固定位置，通過讀卡器與射頻標簽電波傳輸，實現對設備信息的現場調用。同時，對現場設備實施的檢修，要及時寫入射頻標簽，最終形成設備履歷。檢修人員通過對射頻信息的查閱，可以及時、全面地掌握設備情況，準確判斷設備在運行過程中的狀態，發現并及時解決設備隱患。在一定周期內，檢修人員對射頻標簽內的信息進行讀取，針對設備檢修、維護、故障處理等情況分析，有利于掌握設備常見故障的原因并制定解決方案，同時為設備日常診斷工作的開展及預防性檢修工作的安排提供依據，為現場設備的搶修維護工作提供指導，對設備基礎管理工作起到積極的推進作用，確保設備運行高效、狀態完好。

6.3 射頻識別技術在物資管理方面的應用

在以往的企業管理中，物資管理往往不被管理層重視，認為物資管理不能創造價值。但在實際運營過程中，物資管理卻與企業經營運作有著直接的關系。在現代企業中，物資管理是衡量一個企業高效運行與否的一個重要指標，通過對物資的科學、有效管理，可降低物資購置成本，加快企業資金周轉，從而加速企業盈利，最終提升企業競爭力。

為提升企業物資管理信息化水平，將射頻識別技術與物資信息化管理系統有機融合，可減少人為操作失誤，提高物資賬卡物管理水平，實現位置查詢功能。

利用射頻識別技術，將入庫物資產品、屬性、數量、貨位等信息寫入射頻標簽，并將載入物資信息的射頻標簽張貼于物資規定部位或托盤部位，通過讀寫器讀取載有物資信息的射頻標簽，實現物資信息與托盤的綁定及貨位號的綁定，上傳物資管理系統進行存儲、記錄。在出庫過程中，將托盤上的射頻標簽信息與出庫批準數量進行比對、扣減，最終將出庫數量更新于物資信息系統。企業通過對射頻識別技術的應用，提高了物資出入庫管理效率，保證了物資賬卡物的準確性，提升了物資的信息化管理水平，為物資利庫、材料購置工作提供依據，同時方便員工對庫房物資的查詢及領取，為后期無人值守倉儲建設項目的研發及實施提供技術支撐。

6.4 射頻識別技術在門禁管理方面的應用

在現代企業管理中，為防范物資丟失、增強廠區內安防管理工作，選煤廠利用射頻識別技術，在物資庫房及廠區門口都設有門禁系統。

6.4.1 物資庫房門禁系統的設置

為進一步完善物資庫房管理，防止偷盜事件的發生，選煤廠在庫房設置門禁系統。結合庫房物資射頻標簽，將標簽與門禁系統進行關聯，組成物資防盜系統，實現物資標簽的防盜功能。利用防盜偵查算法，將非正常帶出的設備物資進行識別，并發出相關警示聲音，提醒管理人員進行管控。

6.4.2 廠區門禁系統的設置

為有效管控進入廠區的車輛，規范廠內安全生產秩序，在進入廠區大門處設置基于射頻識別技術的門禁系統，以實現對車輛的可靠、快速識別，同時也可提升安防中門禁管理的高效性及智能性。

在門禁識別系統中，將廠區內通行車輛信息寫入電子標簽，當讀寫器查詢信號對車輛進行掃描時，可獲得芯片中的寫入信號，經處理模塊下達指令，控制車輛的通行與否，通過使用門禁識別系統，可有效管控非廠區車輛進入廠區內部，同時智能識別也為車輛快速通行提供了便捷條件，解決了人為管理中門口車輛擁堵的現象。

7 結語

隨著選煤廠智慧化建設的不斷深入，物聯網技術、大數據系統在選煤廠的進一步落地，射頻識別系統將會以其潛在優勢，深入到選煤廠管理的各個環節，進一步提升現代企業綜合競爭力。