【摘要】針對(duì)煤礦井下軌道機(jī)車車皮定位采用有源標(biāo)簽卡存在使用壽命短、維護(hù)工作量大和下井車皮回收困難等問題，提出了一種基于UHF標(biāo)簽卡識(shí)別機(jī)車的方案。該方案介紹了有源RFID和無(wú)源RFID識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)，從使用成本、使用壽命角度分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。從煤礦實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，對(duì)選定的UHF標(biāo)簽卡的性能和安裝方式進(jìn)行了試驗(yàn)評(píng)估，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，采用UHF標(biāo)簽卡用于礦井軌道機(jī)車識(shí)別具有可靠性高、維護(hù)量小、識(shí)別距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。

【關(guān)鍵詞】標(biāo)簽卡；UHF；礦井；機(jī)車

1.引言

軌道運(yùn)輸是礦井輔助運(yùn)輸?shù)闹饕侄?，承?dān)礦井物料、人員和設(shè)備的運(yùn)輸。軌道機(jī)車作為主要的運(yùn)輸工具，在礦井生產(chǎn)建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用。煤礦物資的運(yùn)輸管理通常以機(jī)車車皮為最小管理單元，車皮是礦井物資的主要承載容器。目前，絕大部分百萬(wàn)噸產(chǎn)量的礦井車皮數(shù)量保持在上百節(jié)，而千萬(wàn)噸產(chǎn)量的礦井車皮數(shù)量均達(dá)到了上千節(jié)，有效管理機(jī)車車皮，避免車皮空置浪費(fèi)，加快車皮周轉(zhuǎn)，提高機(jī)車運(yùn)輸效率對(duì)礦井生產(chǎn)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

礦井機(jī)車車皮無(wú)自主意識(shí)，不能主動(dòng)尋求維護(hù)，井下車皮積壓、回收不及時(shí)等情況時(shí)常發(fā)生，人為造成了輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)力不足問題。目前地面火車皮、集裝箱管理都采用無(wú)源電子標(biāo)簽卡方式管理，具有識(shí)別效率高、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。礦井下車皮管理可以借鑒地面電子標(biāo)簽卡的應(yīng)用實(shí)例，將電子標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)擴(kuò)展應(yīng)用到煤礦輔助運(yùn)輸領(lǐng)域，解決礦井車皮管理的難題。

2.電子標(biāo)簽卡選型

電子標(biāo)簽卡用于管理礦井機(jī)車車皮時(shí)需考慮車皮的實(shí)際工況環(huán)境，礦井下環(huán)境較為潮濕、車皮震動(dòng)、車皮碰撞事件頻發(fā)，因此在電子標(biāo)簽卡選型時(shí)需考慮到標(biāo)簽卡的使用特點(diǎn)，以便能夠滿足井下復(fù)雜多變的環(huán)境。

圖1 常見RFID識(shí)別方式類型及頻段特征

圖2 有源、無(wú)源識(shí)別成本、壽命對(duì)比圖

基于電子標(biāo)簽卡的識(shí)別技術(shù)是RFID識(shí)別技術(shù)的一種，市場(chǎng)上RFID識(shí)別技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟。按照供電類型劃分，RFID識(shí)別技術(shù)分為有源、無(wú)源和半有源方式。其中較為常見和常用的RFID方式及頻段特征如圖1所示，常用的無(wú)源識(shí)別頻段包括低頻125KHz、高頻13.56MHz和UHF超高頻925MHz；在識(shí)別距離上低頻低頻125KHz和高頻13.56MHz的識(shí)別距離僅（3～5）厘米，超高頻UHF的識(shí)別距離通常可以達(dá)到10米范圍；常用的有源識(shí)別頻段包括超高頻433MHz、2.4GHz和5.8GHz，識(shí)別距離通常都能達(dá)到幾十米到上百米。但有源方式受電池壽命影響嚴(yán)重，當(dāng)采用電池供電時(shí)，極易出現(xiàn)電池耗盡，監(jiān)測(cè)目標(biāo)丟失等情況。同時(shí)，采用有源標(biāo)簽卡識(shí)別方式較無(wú)源標(biāo)簽卡識(shí)別方式而言，存在維護(hù)工作量大、壽命短、維護(hù)成本高等問題，如圖2所示。

煤礦井下運(yùn)輸巷道的寬度通常為（5～8）米，若運(yùn)輸巷道內(nèi)僅鋪設(shè)單向運(yùn)輸軌道，車皮的識(shí)別僅需滿足4米范圍內(nèi)識(shí)別即可；若運(yùn)輸巷道內(nèi)鋪設(shè)雙向軌道時(shí)，軌道間距通常為1米，軌道寬度為0.8米，對(duì)于8米寬度的運(yùn)輸巷道，車皮的識(shí)別距離僅需滿足5米即可。而按照?qǐng)D1所示，UHF識(shí)別技術(shù)可以滿足井下車皮識(shí)別距離要求，同時(shí)采用無(wú)源的UHF標(biāo)簽卡可以一次性與車皮號(hào)綁定，為外力人為損壞時(shí)，標(biāo)簽卡終生免維護(hù)，極大了節(jié)省了維護(hù)成本。并且，UHF標(biāo)簽卡識(shí)別特別適合多移動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，井下機(jī)車車頭通常牽引多節(jié)車皮運(yùn)輸，需要在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別。

而地面上商用一維條形碼標(biāo)簽屬于近距離識(shí)別標(biāo)簽，在礦井下應(yīng)用容易出項(xiàng)脫落、損毀、污濁等情況，導(dǎo)致車皮識(shí)別失效，因此不適合應(yīng)用于礦機(jī)機(jī)車車皮管理。

市場(chǎng)上常用的UHF標(biāo)簽卡基于兩種協(xié)議：ISO 18000-6B和ISO 18000-6C。6B標(biāo)簽卡技術(shù)起步較早，技術(shù)發(fā)展成熟；6C標(biāo)簽卡技術(shù)在6B基礎(chǔ)上演變而來(lái)，具有比6B技術(shù)更優(yōu)秀的性能。在識(shí)別靈敏度、識(shí)別速度和數(shù)量上較6B技術(shù)具有較大提高。

3.UHF標(biāo)簽卡性能測(cè)試

煤礦井下環(huán)境復(fù)雜惡劣，腐蝕性氣體和潮濕環(huán)境對(duì)UHF信號(hào)的傳輸會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此UHF標(biāo)簽卡在安裝方式上要注重考慮到傳輸信號(hào)的完整性和標(biāo)簽卡固定的牢靠性。UHF標(biāo)簽卡安裝在機(jī)車車皮兩側(cè)底部位置，采用焊接方式固定，避免車皮運(yùn)行過程中的震動(dòng)導(dǎo)致標(biāo)簽卡脫落。煤礦井下的設(shè)備易損壞，UHF標(biāo)簽卡“裸卡”安裝時(shí)，易被金屬物體損壞，必須采用相應(yīng)的防護(hù)措施來(lái)保護(hù)車皮標(biāo)簽卡。通常情況下可以采用防護(hù)外殼或者采用環(huán)氧樹脂澆封方式解決，但不同防護(hù)外殼材質(zhì)和防護(hù)方式會(huì)對(duì)UHF信號(hào)的傳輸產(chǎn)生影響，從而影響UHF標(biāo)簽卡的識(shí)別距離。

通過試驗(yàn)方式，分別對(duì)UHF標(biāo)簽卡“裸卡”、增加金屬外殼、環(huán)氧樹脂澆封和塑料外殼四種防護(hù)措施下的性能進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試參數(shù)包括識(shí)別距離和識(shí)別強(qiáng)度。識(shí)別距離是指UHF標(biāo)簽卡與固定式讀寫器之間的讀取距離；識(shí)別強(qiáng)度用于反映當(dāng)前識(shí)別距離的下的信號(hào)強(qiáng)程度。不同防護(hù)形式如圖3、4、5、6所示，各個(gè)試驗(yàn)參數(shù)如表1、2、3、4所示。

通過上述試驗(yàn)可知，UHF標(biāo)簽卡“裸卡”性能和帶塑料外殼防護(hù)時(shí)的性能最好；帶金屬防護(hù)外殼方式和環(huán)氧樹脂澆封方式性能衰減較大，識(shí)別距離僅1.5米以內(nèi)?？紤]到煤礦應(yīng)用的特殊環(huán)境和煤礦井下運(yùn)輸巷道的實(shí)際寬度，UHF標(biāo)簽卡的防護(hù)措施只能采用圖6的防護(hù)措施。

4.結(jié)語(yǔ)

UHF標(biāo)簽卡適用于有瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)的煤礦井下，可與煤礦軌道機(jī)車運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、礦井物流管理系統(tǒng)聯(lián)合使用，提供車皮位置信息功能。目前，采用UHF標(biāo)簽卡的礦井物流管理系統(tǒng)已實(shí)際應(yīng)用于山西晉城成莊煤礦，現(xiàn)場(chǎng)安裝UHF標(biāo)簽卡共1600支。從現(xiàn)場(chǎng)一年多的運(yùn)行情況來(lái)看，UHF標(biāo)簽卡的損壞數(shù)量為10支，且均為防護(hù)外殼損壞，UHF標(biāo)簽卡仍然可以正常工作。UHF標(biāo)簽卡一次性焊接安裝在車皮底部，為外力損壞時(shí)，終生免維護(hù)，極大了減少了維護(hù)工作量，延長(zhǎng)了使用時(shí)間。通過有效的車皮管理，再配合軌道機(jī)車運(yùn)輸管理系統(tǒng)，可以加快車皮周轉(zhuǎn)利用，提高煤礦輔助運(yùn)輸效率。

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基金項(xiàng)目：天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司研發(fā)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：13SY012）。

作者簡(jiǎn)介：

安勇（1984—），男，遼寧盤錦人，助理工程師，主要從事煤礦用本質(zhì)安全型產(chǎn)品的檢驗(yàn)檢測(cè)工作。

苗瓊（1984—），男，陜西寶雞人，工程師，主要從事煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。