UHF標簽卡在礦井機車識別中的應用

【摘要】針對煤礦井下軌道機車車皮定位采用有源標簽卡存在使用壽命短、維護工作量大和下井車皮回收困難等問題，提出了一種基于UHF標簽卡識別機車的方案。該方案介紹了有源RFID和無源RFID識別技術的特點，從使用成本、使用壽命角度分析了各自的優缺點。從煤礦實際應用角度出發，對選定的UHF標簽卡的性能和安裝方式進行了試驗評估，通過現場實際應用結果表明，采用UHF標簽卡用于礦井軌道機車識別具有可靠性高、維護量小、識別距離遠等特點，滿足現場應用要求。

【關鍵詞】標簽卡；UHF；礦井；機車

1.引言

軌道運輸是礦井輔助運輸的主要手段，承擔礦井物料、人員和設備的運輸。軌道機車作為主要的運輸工具，在礦井生產建設中起著至關重要的作用。煤礦物資的運輸管理通常以機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，絕大部分百萬噸產量的礦井車皮數量保持在上百節，而千萬噸產量的礦井車皮數量均達到了上千節，有效管理機車車皮，避免車皮空置浪費，加快車皮周轉，提高機車運輸效率對礦井生產建設具有重要的現實意義。

礦井機車車皮無自主意識，不能主動尋求維護，井下車皮積壓、回收不及時等情況時常發生，人為造成了輔助運輸系統的運力不足問題。目前地面火車皮、集裝箱管理都采用無源電子標簽卡方式管理，具有識別效率高、使用壽命長、維護量小等優點。礦井下車皮管理可以借鑒地面電子標簽卡的應用實例，將電子標簽識別技術擴展應用到煤礦輔助運輸領域，解決礦井車皮管理的難題。

2.電子標簽卡選型

電子標簽卡用于管理礦井機車車皮時需考慮車皮的實際工況環境，礦井下環境較為潮濕、車皮震動、車皮碰撞事件頻發，因此在電子標簽卡選型時需考慮到標簽卡的使用特點，以便能夠滿足井下復雜多變的環境。

圖1 常見RFID識別方式類型及頻段特征

圖2 有源、無源識別成本、壽命對比圖

基于電子標簽卡的識別技術是RFID識別技術的一種，市場上RFID識別技術發展已經非常成熟。按照供電類型劃分，RFID識別技術分為有源、無源和半有源方式。其中較為常見和常用的RFID方式及頻段特征如圖1所示，常用的無源識別頻段包括低頻125KHz、高頻13.56MHz和UHF超高頻925MHz；在識別距離上低頻低頻125KHz和高頻13.56MHz的識別距離僅（3～5）厘米，超高頻UHF的識別距離通常可以達到10米范圍；常用的有源識別頻段包括超高頻433MHz、2.4GHz和5.8GHz，識別距離通常都能達到幾十米到上百米。但有源方式受電池壽命影響嚴重，當采用電池供電時，極易出現電池耗盡，監測目標丟失等情況。同時，采用有源標簽卡識別方式較無源標簽卡識別方式而言，存在維護工作量大、壽命短、維護成本高等問題，如圖2所示。

煤礦井下運輸巷道的寬度通常為（5～8）米，若運輸巷道內僅鋪設單向運輸軌道，車皮的識別僅需滿足4米范圍內識別即可；若運輸巷道內鋪設雙向軌道時，軌道間距通常為1米，軌道寬度為0.8米，對于8米寬度的運輸巷道，車皮的識別距離僅需滿足5米即可。而按照圖1所示，UHF識別技術可以滿足井下車皮識別距離要求，同時采用無源的UHF標簽卡可以一次性與車皮號綁定，為外力人為損壞時，標簽卡終生免維護，極大了節省了維護成本。并且，UHF標簽卡識別特別適合多移動目標識別，井下機車車頭通常牽引多節車皮運輸，需要在較短時間內實現多個移動目標的識別。

而地面上商用一維條形碼標簽屬于近距離識別標簽，在礦井下應用容易出項脫落、損毀、污濁等情況，導致車皮識別失效，因此不適合應用于礦機機車車皮管理。

市場上常用的UHF標簽卡基于兩種協議：ISO 18000-6B和ISO 18000-6C。6B標簽卡技術起步較早，技術發展成熟；6C標簽卡技術在6B基礎上演變而來，具有比6B技術更優秀的性能。在識別靈敏度、識別速度和數量上較6B技術具有較大提高。

3.UHF標簽卡性能測試

煤礦井下環境復雜惡劣，腐蝕性氣體和潮濕環境對UHF信號的傳輸會產生一定的影響，因此UHF標簽卡在安裝方式上要注重考慮到傳輸信號的完整性和標簽卡固定的牢靠性。UHF標簽卡安裝在機車車皮兩側底部位置，采用焊接方式固定，避免車皮運行過程中的震動導致標簽卡脫落。煤礦井下的設備易損壞，UHF標簽卡“裸卡”安裝時，易被金屬物體損壞，必須采用相應的防護措施來保護車皮標簽卡。通常情況下可以采用防護外殼或者采用環氧樹脂澆封方式解決，但不同防護外殼材質和防護方式會對UHF信號的傳輸產生影響，從而影響UHF標簽卡的識別距離。

通過試驗方式，分別對UHF標簽卡“裸卡”、增加金屬外殼、環氧樹脂澆封和塑料外殼四種防護措施下的性能進行測試，主要測試參數包括識別距離和識別強度。識別距離是指UHF標簽卡與固定式讀寫器之間的讀取距離；識別強度用于反映當前識別距離的下的信號強程度。不同防護形式如圖3、4、5、6所示，各個試驗參數如表1、2、3、4所示。

通過上述試驗可知，UHF標簽卡“裸卡”性能和帶塑料外殼防護時的性能最好；帶金屬防護外殼方式和環氧樹脂澆封方式性能衰減較大，識別距離僅1.5米以內。考慮到煤礦應用的特殊環境和煤礦井下運輸巷道的實際寬度，UHF標簽卡的防護措施只能采用圖6的防護措施。

4.結語

UHF標簽卡適用于有瓦斯、煤塵爆炸危險的煤礦井下，可與煤礦軌道機車運輸監控系統、礦井物流管理系統聯合使用，提供車皮位置信息功能。目前，采用UHF標簽卡的礦井物流管理系統已實際應用于山西晉城成莊煤礦，現場安裝UHF標簽卡共1600支。從現場一年多的運行情況來看，UHF標簽卡的損壞數量為10支，且均為防護外殼損壞，UHF標簽卡仍然可以正常工作。UHF標簽卡一次性焊接安裝在車皮底部，為外力損壞時，終生免維護，極大了減少了維護工作量，延長了使用時間。通過有效的車皮管理，再配合軌道機車運輸管理系統，可以加快車皮周轉利用，提高煤礦輔助運輸效率。

參考文獻

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基金項目：天地（常州）自動化股份有限公司研發項目（項目編號：13SY012）。

作者簡介：

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

苗瓊（1984—），男，陜西寶雞人，工程師，主要從事煤礦輔助運輸系統設計工作。