基于RFID的多元信息融合系統在渦北選煤廠的應用

陳 飛，洪美玲

(淮北礦業集團 渦北選煤廠，安徽 亳州 233600)

渦北選煤廠隸屬于淮北礦業集團，是一座大型中央型煉焦煤選煤廠，年處理能力600萬t。該廠在建設之初就瞄準國內外選煤技術前沿，立足高起點，按照高標準，于2013年啟動了信息化建設，結合現場實際情況和已有的生產集中控制系統、工業電視監控系統及信息化系統，積極調研，確立了智能化建設方案，努力提高全廠的智能化水平。人員定位系統作為煤礦的標準配置，已得到了廣泛應用；煤礦設備的管理也趨向于信息化、智能化。隨著安全管理要求越來越高，作為地面煤炭企業的選煤廠也急需一套類似的系統，以實現人員及設備的信息化及數字化管理，提高管理效率。

渦北選煤廠多元信息融合系統基于射頻識別技術(RFID)，通過管理平臺將所有功能集成融合在一個平臺內，可解決現有的通訊、人員及設備管理中的不足，為廠區的管理提供強大和高效的工具。目前，該平臺主要由人員定位系統、可視化調度系統和設備溫度檢測系統組成，硬件包括服務器、手持終端、基站、定位標簽、定位卡等。圖1為多元信息融合系統示意。

圖1 渦北選煤廠多元信息融合系統示意

1 RFID技術

本系統是以移動通信網絡無線通信平臺傳輸為基礎，基于無源射頻識別技術RFID[1](Radio Frequency Identification)，是一種非接觸式的自動識別技術，具有成本低、識別速度快、識別距離遠、可同時識別多目標等優點。主要工作原理是，通過基站(閱讀器)和標簽之間的通訊，對持有標簽的人或物的狀態進行自動識別[2]。通過與集群對講技術、定位技術、數據傳輸等技術相結合，可以充分挖掘RFID技術的應用價值和應用領域，目前廣泛應用在物流、交通、設備管理等領域[3]。不同無線定位方式的優缺點對比見表1，從表中可以看出，使用RFID定位具有成本低、組網方式較多、硬件設備比較穩定等優點。

表1 4種無線定位方式優缺點對比

2 系統主要功能

2.1 人員定位

隨著人們對位置信息需求的不斷增加，傳統的全球定位系統GPS僅在室外定位中能發揮較好效果，對于室內定位因信號屏蔽等原因無法滿足人們的需要，因此急需尋找一種精確的室內人員定位技術。通過對比幾種常見的室內定位技術，同時考慮到生產廠房內機械設備、鋼結構較多，信號屏蔽現象嚴重，基站的數量有限，且與攜帶標簽的工作人員距離比較遠，要求基站與標簽的工作頻率在微波段，同時考慮與移動通訊系統的兼容，最終選擇了讀寫距離遠、速度快的RFID微波頻段[4]。

基于RFID的人員定位系統[5]主要工作原理，在各生產廠房根據空間及設備布置情況，合理布署無線基站，讓工作人員攜帶智能手持終端或人員定位卡進入基站覆蓋范圍內時，手持終端或定位卡[6]的基本信息被基站讀取，然后上傳至系統后臺管理服務器，服務器中的軟件及時對工作人員的位置信息進行統計和分析。當工作人員在廠房內走動時，位于不同樓層的無線基站掃描到該人員的信息并將數據傳輸到后臺，就可以對該工作人員進行實時定位和追蹤。對于沒有基站的區域，可以通過手持終端掃描定位標簽的信息來確定人員位置。

人員定位系統的主要功能還包括一鍵報警、歷史軌跡回放、區域人員信息查詢等，借助管理后臺，可以自動生成巡查報表，對人員定位信息進行管理和利用。

2.2 可視化調度

傳統的調度系統主要由電話、對講機、視頻監控系統等組成。隨著現代信息技術的發展，實時可視化指揮調度系統得到了廣泛的應用。從視頻會議到指揮調度、信息上報并推送，一個直觀、可靠的可視化調度系統成為大型現代化企業的必備工具。

本系統旨在建立“對講+定位+視頻+調度”四位一體的可視化調度系統，借助于智能手持終端，配合強大的圖像、語音、視頻與數據傳輸功能，進行雙向或者多向指揮調度。持有手持終端的人員可以隨時與區域內的某人或者群組人員進行語音對講、視頻分享等。但在受煤坑下等區域，傳統對講機無法使用，只能借助固定電話。目前，通過在受煤坑下布置無線AP，借助網絡將信號輸出，即可與相關人員進行溝通交流。

通過手持終端可將現場信息以視頻、圖文等方式上傳至系統后臺，同時可以在PC管理端發布消息到手持終端，實現消息的推送功能。管理端可以選擇發布的對象，即可選擇發送到所有的手持終端上，也可以選擇發送指定的個人或者群組。

2.3 溫度在線監測

選煤廠有大量的機電設備，運行溫度是設備是否正常運行的最直觀的反映。因此，對于機電設備的溫度實時監測非常重要。本系統中的溫度監測系統為分層分布式網絡結構，由設備層、無線網絡傳輸層、監控層構成。設備層主要由溫度傳感器[7]和RFID標簽、智能手持終端組成；無線網絡傳輸層主要由RFID標簽和智能手持終端組成；監控層由服務器、監控軟件、智能手持終端報警模塊等主要設備組成。圖2所示為溫度傳感器工作原理。

圖2 溫度傳感器工作原理示意

將溫度傳感器(溫度標簽)根據需要安裝在電機或減速機的軸承端等處，基站會實時讀取射頻信號覆蓋范圍內的溫度標簽數據，并上傳至服務器后臺。通過后臺的應用軟件對溫度信息進行分析，并對異常溫度進行預警。對于基站覆蓋范圍之外的溫度標簽，巡檢人員可以攜帶手持終端對標簽進行掃描，獲取的溫度信息也會實時上傳至系統后臺。手持終端可以看作一個移動的基站，既可作為基站掃描溫度傳感器及定位標簽的信息，也可以作為一個定位標簽被固定基站所讀取。

3 系統建設特點及建議

多元信息融合系統采用成熟、主流技術構建，集中管理，充分兼顧未來的需求和技術的發展，并充分考慮與其他系統的連接，采用了模塊化設計，分布式架構，保證新功能、模塊添加方便。同時采用標準化接口、協議及流媒體技術，在設計時充分考慮到未來系統擴充的可行性，預留了為后期進行擴展的大量接口。

建議系統要安全可靠，要具備容錯機制、備份機制；要做到用戶界面友好，軟件設計人性化，易于被普通用戶掌握、操作和使用；系統維護要盡量簡單，最好能達到免維護工作狀態，且人工維護可在遠程操作，便于管理；盡量降低系統的成本和運行、維護費用。

4 結 論

基于RFID技術的多元信息融合系統在渦北選煤廠的應用，解決了選煤廠生產廠房內人員定位精度差、受煤坑下對講機無法使用等問題，為選煤廠工作人員及設備安全管理、指揮調度等方面提供了有力的技術支持，下一步可以擴充在線監測及輔助決策功能，如增加機械設備振動、電流監測，建立智能設備管控平臺，完善設備全生命周期管理體系。