云 艷

（國家能源集團(tuán)神東煤炭洗選中心，陜西榆林719315）

0 引言

根據(jù)2019年8月國家八部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見（征集意見稿）》和2020年2月國家發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，深入貫徹“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的能源安全新戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，已成為當(dāng)今煤炭企業(yè)的首要工作任務(wù)。作為煤炭企業(yè)生產(chǎn)單位之一的選煤廠，其智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)同樣迫在眉睫。

已具備生產(chǎn)條件的選煤廠在智能化升級(jí)改造時(shí)，首要任務(wù)是進(jìn)一步完善自動(dòng)化控制水平，在此基礎(chǔ)上將選煤系統(tǒng)分級(jí)分類、整體謀劃、局部打造，逐步實(shí)現(xiàn)智能化水平提升，最終融會(huì)貫通，實(shí)現(xiàn)固定崗位無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控的目標(biāo)。為進(jìn)一步提升現(xiàn)場自動(dòng)化管理水平，加強(qiáng)現(xiàn)場人員安全監(jiān)管、設(shè)備檢修維護(hù)、物資管理及安保管理工作，選煤廠通過應(yīng)用射頻識(shí)別技術(shù)，在一定程度上提升了自動(dòng)化管理水平，為企業(yè)下一步的智能升級(jí)改造工作奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

1 射頻識(shí)別技術(shù)簡介

射頻識(shí)別技術(shù)最早于19世紀(jì)40年代提出，隨著集成電路技術(shù)及芯片的不斷發(fā)展，射頻識(shí)別技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，其主要應(yīng)用于軍事、安保、身份證件識(shí)別、食品溯源、資產(chǎn)管理及動(dòng)物管理等不同領(lǐng)域。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用面的進(jìn)一步擴(kuò)大，全球基于無線連接的應(yīng)用將會(huì)成倍增加，射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用范圍將會(huì)更加廣泛。

2 射頻識(shí)別技術(shù)的定義

射頻識(shí)別技術(shù)是一種利用微波實(shí)現(xiàn)短距離識(shí)別的通信技術(shù)，是無線連接技術(shù)中的核心，是通過磁場感應(yīng)實(shí)現(xiàn)的一種非接觸式雙向通信技術(shù)。

3 射頻識(shí)別技術(shù)的構(gòu)成

射頻識(shí)別技術(shù)主要包括射頻標(biāo)簽、讀寫器、接收解讀器及應(yīng)用軟件等。

3.1 射頻標(biāo)簽

射頻標(biāo)簽又稱電子標(biāo)簽，是數(shù)據(jù)信息的載體、媒介，包括存儲(chǔ)器、實(shí)現(xiàn)能量供應(yīng)和讀寫通信的接口及微處理器，一般是直接安裝在被辨識(shí)物體上，用于電量接收和能量轉(zhuǎn)換。按照用途不同，射頻標(biāo)簽可分為有源和無源標(biāo)簽，其中有源標(biāo)簽有電路供電，優(yōu)點(diǎn)是識(shí)別距離遠(yuǎn)，缺點(diǎn)為耗電快，壽命短；無源標(biāo)簽靠自耦形式為自身提供電源，優(yōu)點(diǎn)是使用范圍廣、壽命長，缺點(diǎn)是識(shí)別距離短。

3.2 讀寫器

讀寫器是一種數(shù)據(jù)讀出裝置，在一定范圍內(nèi)，以無接觸形式自動(dòng)對(duì)射頻標(biāo)簽信息進(jìn)行采集、辨識(shí)，它主要包括控制系統(tǒng)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(yīng)用軟件之間的一種載體，既可以接收來自于應(yīng)用軟件發(fā)出的請(qǐng)求指令，又可以反饋?zhàn)x寫器處理結(jié)果。

3.4 應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是面向最終用戶的一種人機(jī)交互界面，可以實(shí)現(xiàn)使用者的操作指令及對(duì)中間件的參數(shù)設(shè)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(shí)別技術(shù)的原理

下面以日常工作中常見的無源低頻射頻技術(shù)為例，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)做簡單闡述。

4.1 射頻標(biāo)簽的工作原理

無源低頻射頻識(shí)別標(biāo)簽的工作原理是通過射頻信號(hào)及其本身具備的耦合、傳輸性質(zhì)，對(duì)被測物體進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別掃描，實(shí)現(xiàn)能量傳遞及信息的傳輸。射頻信號(hào)經(jīng)讀寫器發(fā)射后，需要通過電磁耦合、整流濾波、穩(wěn)壓3個(gè)過程，才能實(shí)現(xiàn)無線電波與電能的轉(zhuǎn)換，能量的儲(chǔ)備、供給，最終實(shí)現(xiàn)射頻技術(shù)的無源供給。同時(shí)，它也是讀寫器發(fā)射信號(hào)，射頻標(biāo)簽接收信號(hào)的一個(gè)過程。

4.1.1 耦合

當(dāng)讀寫器發(fā)射信號(hào)，其射頻標(biāo)簽天線的原邊線圈L1接收到信號(hào)，副邊線圈L2從L1中耦合電磁波信號(hào)，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(gè)串聯(lián)諧振回路。

4.1.2 整流濾波

電路接收到的耦合電壓經(jīng)整流電路進(jìn)行整流，再經(jīng)濾波電容進(jìn)行濾波，與此同時(shí)也為電容進(jìn)行充電，當(dāng)電容充電值達(dá)到飽和值時(shí)，即可作為能量源為整個(gè)電路提供能量供給，但電壓不穩(wěn)定，還需進(jìn)行穩(wěn)壓處理。

4.1.3 穩(wěn)壓

將整流濾波電壓作為輸入電壓，給穩(wěn)壓管與電路中電阻并聯(lián)供電，使穩(wěn)壓管輸出電流在最大極限下，通過調(diào)節(jié)壓降，實(shí)現(xiàn)電壓輸出值不變，起到穩(wěn)壓作用。

4.2 閱讀器的工作原理

當(dāng)閱讀器停止信號(hào)發(fā)射后，射頻標(biāo)簽中的電感電容放電，信號(hào)通過線圈將能量傳遞給閱讀器接收天線，實(shí)現(xiàn)能量的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，此時(shí)射頻標(biāo)簽中的信息被讀取，通過信號(hào)放大、整形處理，輸入接收解讀器及應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)信息處理。其中信號(hào)放大的原理主要是利用功率放大器加以實(shí)現(xiàn)，它能將原有的低功率輸入信號(hào)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(fā)生改變。

5 射頻識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢

隨著科技的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在企業(yè)中縱深推進(jìn)，射頻識(shí)別技術(shù)因其集成芯片體積小、成本低廉、掃描速度快、非接觸等識(shí)別優(yōu)勢在各個(gè)行業(yè)中都得到廣泛應(yīng)用，它在信息管理、物資管理、設(shè)備管理等領(lǐng)域大幅提高企業(yè)效率，降低人工成本，最終提升企業(yè)綜合競爭力。

射頻識(shí)別技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面優(yōu)勢：

5.1 體積小，形狀多樣

隨著射頻識(shí)別技術(shù)近幾十年的發(fā)展，射頻識(shí)別系統(tǒng)形態(tài)更加趨于小型化和形式多樣化，且識(shí)別精準(zhǔn)度也不受限于制作尺寸和印刷品質(zhì)的影響，使用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

5.2 辨別速度快

在競爭日趨激烈的當(dāng)下，射頻技術(shù)因其辨別速度快的優(yōu)勢，足以在相似的技術(shù)應(yīng)用中脫穎而出，當(dāng)射頻標(biāo)簽進(jìn)入磁場范圍，解讀器可以在瞬時(shí)讀出芯片中所涵蓋的信息內(nèi)容，且可以同時(shí)多標(biāo)簽讀取數(shù)據(jù)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(shí)別技術(shù)可以在一定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)物體的非接觸識(shí)別，其中自帶電池的射頻識(shí)別標(biāo)簽，其識(shí)別范圍可達(dá)30 m以上。

5.4 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，使用范圍廣

射頻識(shí)別技術(shù)因其采用封閉包裝，抗污染能力強(qiáng)，耐用性持久，較傳統(tǒng)紙張打印的條形碼使用時(shí)間長；同時(shí)，紙質(zhì)打印的條形碼一般粘貼于外包裝紙箱上，容易出現(xiàn)折損等情況，但基于射頻識(shí)別的條形碼是將數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)于芯片上，因此不易受到外力折彎；又因射頻識(shí)別技術(shù)采用非接觸形式，其可應(yīng)用于有油污、粉塵等污染比較嚴(yán)重的環(huán)境及放射性企業(yè)。

5.5 標(biāo)簽信息可重復(fù)使用

射頻識(shí)別標(biāo)簽可以通過編程器對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、重新寫入或刪除，可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)使用，方便實(shí)時(shí)更新信息。而普通的條形碼卻不具備這項(xiàng)功能，其一經(jīng)打印，就無法對(duì)其信息進(jìn)行更改。

5.6 射頻識(shí)別技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無障礙讀取數(shù)據(jù)

射頻識(shí)別技術(shù)具有穿透功能，它可以將紙張、木材等不透明的非金屬物質(zhì)進(jìn)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(yīng)用范圍更廣。

5.7 通信實(shí)時(shí)性

射頻標(biāo)簽正常發(fā)射頻率為50～100 Hz，只要被識(shí)別的物體進(jìn)入識(shí)別范圍，射頻解讀器會(huì)及時(shí)收到發(fā)射信號(hào)頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的動(dòng)態(tài)監(jiān)測、追蹤。

5.8 信息安全性強(qiáng)

射頻標(biāo)簽可以進(jìn)行密碼保護(hù)，所以其存儲(chǔ)信息安全性較強(qiáng)，不容易被其他商家偽造、造假。

5.9 存儲(chǔ)容量大

射頻標(biāo)簽存儲(chǔ)容量較大，且可以外接擴(kuò)充容量備件，適應(yīng)于未來大數(shù)據(jù)時(shí)代的應(yīng)用。

然而，射頻識(shí)別技術(shù)因各大研發(fā)商家使用標(biāo)準(zhǔn)不同，存在設(shè)備之間不兼容、互通性不強(qiáng)的問題，如這一問題得不到及時(shí)解決，將在很大程度上制約射頻識(shí)別技術(shù)的使用。

6 射頻識(shí)別技術(shù)在選煤廠的應(yīng)用

隨著選煤行業(yè)智能化水平的不斷提升，基于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)的射頻識(shí)別技術(shù)也在選煤廠全過程生產(chǎn)管理中起到了重要作用，主要應(yīng)用于智能照明與人員識(shí)別管理、設(shè)備維修管理、物資管理及安全門禁管理等方面。

6.1 射頻識(shí)別技術(shù)在智能照明與人員識(shí)別管理中的應(yīng)用

煤礦企業(yè)作為高危行業(yè)的代名詞，其安全工作一直被視為一切工作的基礎(chǔ)、日常工作的重點(diǎn)，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(tǒng)就是在考慮人員安全管控的基礎(chǔ)上，綜合節(jié)能管理工作，利用射頻識(shí)別技術(shù)所研發(fā)的一套應(yīng)用系統(tǒng)。

智能照明及人員定位系統(tǒng)，是一種基于射頻識(shí)別技術(shù)研發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)，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(jìn)行有序安裝，且在視頻識(shí)別范圍之內(nèi)。當(dāng)持有人員識(shí)別卡的員工進(jìn)入廠區(qū)，每經(jīng)過一盞智能照明燈時(shí)，射頻識(shí)別卡與讀卡器都會(huì)進(jìn)行通信、反饋，最終確定人員的行徑軌跡，并上傳上位機(jī)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)。工作人員一旦離開作業(yè)區(qū)域或進(jìn)入特殊場所，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)報(bào)警，提醒調(diào)度監(jiān)控人員，并能及時(shí)通過短信或郵件通知到相關(guān)管理人員。當(dāng)工作人員遇到緊急情況，可通過按壓定位卡上的SOS按鍵發(fā)送告警信息至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心的專用軟件會(huì)在控制界面中對(duì)此報(bào)警信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，結(jié)合人員定位，快速做出救援判斷，為減少現(xiàn)場人員安全事故的發(fā)生及應(yīng)急處置方案的制定提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障，提高了企業(yè)的可視化、自動(dòng)化安全管理水平。

同時(shí)，此系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)智能照明的功能，系統(tǒng)通過采用多種方式的遠(yuǎn)程控制模式，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控室一鍵啟停操作，使系統(tǒng)的照明時(shí)間更為科學(xué)、合理。智能照明系統(tǒng)還加裝有聲控感知技術(shù)，當(dāng)人員進(jìn)入聲控感知范圍，聲控開關(guān)觸發(fā)智能燈照明，當(dāng)人員走出聲控感知范圍，聲控開關(guān)觸發(fā)智能燈熄滅，實(shí)現(xiàn)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(jié)能管理工作奠定了基礎(chǔ)。

6.2 射頻識(shí)別技術(shù)在設(shè)備維修管理中的應(yīng)用

設(shè)備維修管理是指從設(shè)備安裝到設(shè)備報(bào)廢移交的這一過程，在機(jī)電管理中起著至關(guān)重要的作用，是機(jī)電管理工作的基礎(chǔ)、重心。設(shè)備在使用過程中，會(huì)因各種原因出現(xiàn)故障，根據(jù)故障不同，對(duì)生產(chǎn)也會(huì)造成或大或小的影響，為有效縮短設(shè)備故障時(shí)間，應(yīng)在設(shè)備管理中對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查、維護(hù)，從而延長設(shè)備的使用壽命。在此過程中，建立設(shè)備履歷，可以為設(shè)備檢修維護(hù)管理工作提供科學(xué)依據(jù)。但隨著企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理工作的逐步推進(jìn)，傳統(tǒng)電子版的設(shè)備履歷檔案已無法滿足設(shè)備管理需求及現(xiàn)場設(shè)備信息調(diào)用，對(duì)設(shè)備維護(hù)、搶修工作也不能起到指導(dǎo)作用，不利于設(shè)備的高效運(yùn)行管理。

因此，基于射頻識(shí)別技術(shù)的電子溯源系統(tǒng)便引起了人們的關(guān)注。它是利用射頻識(shí)別技術(shù)，對(duì)已寫入射頻卡中的設(shè)備參數(shù)、入廠使用信息、設(shè)備維修、保養(yǎng)等信息通過應(yīng)用軟件寫入射頻標(biāo)簽，將射頻標(biāo)簽張貼于設(shè)備固定位置，通過讀卡器與射頻標(biāo)簽電波傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備信息的現(xiàn)場調(diào)用。同時(shí)，對(duì)現(xiàn)場設(shè)備實(shí)施的檢修，要及時(shí)寫入射頻標(biāo)簽，最終形成設(shè)備履歷。檢修人員通過對(duì)射頻信息的查閱，可以及時(shí)、全面地掌握設(shè)備情況，準(zhǔn)確判斷設(shè)備在運(yùn)行過程中的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)解決設(shè)備隱患。在一定周期內(nèi)，檢修人員對(duì)射頻標(biāo)簽內(nèi)的信息進(jìn)行讀取，針對(duì)設(shè)備檢修、維護(hù)、故障處理等情況分析，有利于掌握設(shè)備常見故障的原因并制定解決方案，同時(shí)為設(shè)備日常診斷工作的開展及預(yù)防性檢修工作的安排提供依據(jù)，為現(xiàn)場設(shè)備的搶修維護(hù)工作提供指導(dǎo)，對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)管理工作起到積極的推進(jìn)作用，確保設(shè)備運(yùn)行高效、狀態(tài)完好。

6.3 射頻識(shí)別技術(shù)在物資管理方面的應(yīng)用

在以往的企業(yè)管理中，物資管理往往不被管理層重視，認(rèn)為物資管理不能創(chuàng)造價(jià)值。但在實(shí)際運(yùn)營過程中，物資管理卻與企業(yè)經(jīng)營運(yùn)作有著直接的關(guān)系。在現(xiàn)代企業(yè)中，物資管理是衡量一個(gè)企業(yè)高效運(yùn)行與否的一個(gè)重要指標(biāo)，通過對(duì)物資的科學(xué)、有效管理，可降低物資購置成本，加快企業(yè)資金周轉(zhuǎn)，從而加速企業(yè)盈利，最終提升企業(yè)競爭力。

為提升企業(yè)物資管理信息化水平，將射頻識(shí)別技術(shù)與物資信息化管理系統(tǒng)有機(jī)融合，可減少人為操作失誤，提高物資賬卡物管理水平，實(shí)現(xiàn)位置查詢功能。

利用射頻識(shí)別技術(shù)，將入庫物資產(chǎn)品、屬性、數(shù)量、貨位等信息寫入射頻標(biāo)簽，并將載入物資信息的射頻標(biāo)簽張貼于物資規(guī)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(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)物資信息與托盤的綁定及貨位號(hào)的綁定，上傳物資管理系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)、記錄。在出庫過程中，將托盤上的射頻標(biāo)簽信息與出庫批準(zhǔn)數(shù)量進(jìn)行比對(duì)、扣減，最終將出庫數(shù)量更新于物資信息系統(tǒng)。企業(yè)通過對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，提高了物資出入庫管理效率，保證了物資賬卡物的準(zhǔn)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(jù)，同時(shí)方便員工對(duì)庫房物資的查詢及領(lǐng)取，為后期無人值守倉儲(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目的研發(fā)及實(shí)施提供技術(shù)支撐。

6.4 射頻識(shí)別技術(shù)在門禁管理方面的應(yīng)用

在現(xiàn)代企業(yè)管理中，為防范物資丟失、增強(qiáng)廠區(qū)內(nèi)安防管理工作，選煤廠利用射頻識(shí)別技術(shù)，在物資庫房及廠區(qū)門口都設(shè)有門禁系統(tǒng)。

6.4.1 物資庫房門禁系統(tǒng)的設(shè)置

為進(jìn)一步完善物資庫房管理，防止偷盜事件的發(fā)生，選煤廠在庫房設(shè)置門禁系統(tǒng)。結(jié)合庫房物資射頻標(biāo)簽，將標(biāo)簽與門禁系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，組成物資防盜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物資標(biāo)簽的防盜功能。利用防盜偵查算法，將非正常帶出的設(shè)備物資進(jìn)行識(shí)別，并發(fā)出相關(guān)警示聲音，提醒管理人員進(jìn)行管控。

6.4.2 廠區(qū)門禁系統(tǒng)的設(shè)置

為有效管控進(jìn)入廠區(qū)的車輛，規(guī)范廠內(nèi)安全生產(chǎn)秩序，在進(jìn)入廠區(qū)大門處設(shè)置基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的可靠、快速識(shí)別，同時(shí)也可提升安防中門禁管理的高效性及智能性。

在門禁識(shí)別系統(tǒng)中，將廠區(qū)內(nèi)通行車輛信息寫入電子標(biāo)簽，當(dāng)讀寫器查詢信號(hào)對(duì)車輛進(jìn)行掃描時(shí)，可獲得芯片中的寫入信號(hào)，經(jīng)處理模塊下達(dá)指令，控制車輛的通行與否，通過使用門禁識(shí)別系統(tǒng)，可有效管控非廠區(qū)車輛進(jìn)入廠區(qū)內(nèi)部，同時(shí)智能識(shí)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(xiàn)象。

7 結(jié)語

隨著選煤廠智慧化建設(shè)的不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)在選煤廠的進(jìn)一步落地，射頻識(shí)別系統(tǒng)將會(huì)以其潛在優(yōu)勢，深入到選煤廠管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提升現(xiàn)代企業(yè)綜合競爭力。