基于RFID的多元信息融合系統(tǒng)在渦北選煤廠的應(yīng)用

陳 飛，洪美玲

(淮北礦業(yè)集團(tuán) 渦北選煤廠，安徽 亳州 233600)

渦北選煤廠隸屬于淮北礦業(yè)集團(tuán)，是一座大型中央型煉焦煤選煤廠，年處理能力600萬(wàn)t。該廠在建設(shè)之初就瞄準(zhǔn)國(guó)內(nèi)外選煤技術(shù)前沿，立足高起點(diǎn)，按照高標(biāo)準(zhǔn)，于2013年啟動(dòng)了信息化建設(shè)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和已有的生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)及信息化系統(tǒng)，積極調(diào)研，確立了智能化建設(shè)方案，努力提高全廠的智能化水平。人員定位系統(tǒng)作為煤礦的標(biāo)準(zhǔn)配置，已得到了廣泛應(yīng)用；煤礦設(shè)備的管理也趨向于信息化、智能化。隨著安全管理要求越來(lái)越高，作為地面煤炭企業(yè)的選煤廠也急需一套類(lèi)似的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)人員及設(shè)備的信息化及數(shù)字化管理，提高管理效率。

渦北選煤廠多元信息融合系統(tǒng)基于射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)，通過(guò)管理平臺(tái)將所有功能集成融合在一個(gè)平臺(tái)內(nèi)，可解決現(xiàn)有的通訊、人員及設(shè)備管理中的不足，為廠區(qū)的管理提供強(qiáng)大和高效的工具。目前，該平臺(tái)主要由人員定位系統(tǒng)、可視化調(diào)度系統(tǒng)和設(shè)備溫度檢測(cè)系統(tǒng)組成，硬件包括服務(wù)器、手持終端、基站、定位標(biāo)簽、定位卡等。圖1為多元信息融合系統(tǒng)示意。

圖1 渦北選煤廠多元信息融合系統(tǒng)示意

1 RFID技術(shù)

本系統(tǒng)是以移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)線通信平臺(tái)傳輸為基礎(chǔ)，基于無(wú)源射頻識(shí)別技術(shù)RFID[1](Radio Frequency Identification)，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有成本低、識(shí)別速度快、識(shí)別距離遠(yuǎn)、可同時(shí)識(shí)別多目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。主要工作原理是，通過(guò)基站(閱讀器)和標(biāo)簽之間的通訊，對(duì)持有標(biāo)簽的人或物的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別[2]。通過(guò)與集群對(duì)講技術(shù)、定位技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)相結(jié)合，可以充分挖掘RFID技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用領(lǐng)域，目前廣泛應(yīng)用在物流、交通、設(shè)備管理等領(lǐng)域[3]。不同無(wú)線定位方式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1，從表中可以看出，使用RFID定位具有成本低、組網(wǎng)方式較多、硬件設(shè)備比較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

表1 4種無(wú)線定位方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 人員定位

隨著人們對(duì)位置信息需求的不斷增加，傳統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)GPS僅在室外定位中能發(fā)揮較好效果，對(duì)于室內(nèi)定位因信號(hào)屏蔽等原因無(wú)法滿(mǎn)足人們的需要，因此急需尋找一種精確的室內(nèi)人員定位技術(shù)。通過(guò)對(duì)比幾種常見(jiàn)的室內(nèi)定位技術(shù)，同時(shí)考慮到生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)機(jī)械設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)較多，信號(hào)屏蔽現(xiàn)象嚴(yán)重，基站的數(shù)量有限，且與攜帶標(biāo)簽的工作人員距離比較遠(yuǎn)，要求基站與標(biāo)簽的工作頻率在微波段，同時(shí)考慮與移動(dòng)通訊系統(tǒng)的兼容，最終選擇了讀寫(xiě)距離遠(yuǎn)、速度快的RFID微波頻段[4]。

基于RFID的人員定位系統(tǒng)[5]主要工作原理，在各生產(chǎn)廠房根據(jù)空間及設(shè)備布置情況，合理布署無(wú)線基站，讓工作人員攜帶智能手持終端或人員定位卡進(jìn)入基站覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，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(tǒng)后臺(tái)管理服務(wù)器，服務(wù)器中的軟件及時(shí)對(duì)工作人員的位置信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。當(dāng)工作人員在廠房?jī)?nèi)走動(dòng)時(shí)，位于不同樓層的無(wú)線基站掃描到該人員的信息并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)，就可以對(duì)該工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和追蹤。對(duì)于沒(méi)有基站的區(qū)域，可以通過(guò)手持終端掃描定位標(biāo)簽的信息來(lái)確定人員位置。

人員定位系統(tǒng)的主要功能還包括一鍵報(bào)警、歷史軌跡回放、區(qū)域人員信息查詢(xún)等，借助管理后臺(tái)，可以自動(dòng)生成巡查報(bào)表，對(duì)人員定位信息進(jìn)行管理和利用。

2.2 可視化調(diào)度

傳統(tǒng)的調(diào)度系統(tǒng)主要由電話、對(duì)講機(jī)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等組成。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)可視化指揮調(diào)度系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。從視頻會(huì)議到指揮調(diào)度、信息上報(bào)并推送，一個(gè)直觀、可靠的可視化調(diào)度系統(tǒng)成為大型現(xiàn)代化企業(yè)的必備工具。

本系統(tǒng)旨在建立“對(duì)講+定位+視頻+調(diào)度”四位一體的可視化調(diào)度系統(tǒng)，借助于智能手持終端，配合強(qiáng)大的圖像、語(yǔ)音、視頻與數(shù)據(jù)傳輸功能，進(jìn)行雙向或者多向指揮調(diào)度。持有手持終端的人員可以隨時(shí)與區(qū)域內(nèi)的某人或者群組人員進(jìn)行語(yǔ)音對(duì)講、視頻分享等。但在受煤坑下等區(qū)域，傳統(tǒng)對(duì)講機(jī)無(wú)法使用，只能借助固定電話。目前，通過(guò)在受煤坑下布置無(wú)線AP，借助網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)輸出，即可與相關(guān)人員進(jìn)行溝通交流。

通過(guò)手持終端可將現(xiàn)場(chǎng)信息以視頻、圖文等方式上傳至系統(tǒng)后臺(tái)，同時(shí)可以在PC管理端發(fā)布消息到手持終端，實(shí)現(xiàn)消息的推送功能。管理端可以選擇發(fā)布的對(duì)象，即可選擇發(fā)送到所有的手持終端上，也可以選擇發(fā)送指定的個(gè)人或者群組。

2.3 溫度在線監(jiān)測(cè)

選煤廠有大量的機(jī)電設(shè)備，運(yùn)行溫度是設(shè)備是否正常運(yùn)行的最直觀的反映。因此，對(duì)于機(jī)電設(shè)備的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非常重要。本系統(tǒng)中的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由設(shè)備層、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸層、監(jiān)控層構(gòu)成。設(shè)備層主要由溫度傳感器[7]和RFID標(biāo)簽、智能手持終端組成；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要由RFID標(biāo)簽和智能手持終端組成；監(jiān)控層由服務(wù)器、監(jiān)控軟件、智能手持終端報(bào)警模塊等主要設(shè)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(biāo)簽)根據(jù)需要安裝在電機(jī)或減速機(jī)的軸承端等處，基站會(huì)實(shí)時(shí)讀取射頻信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的溫度標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并上傳至服務(wù)器后臺(tái)。通過(guò)后臺(tái)的應(yīng)用軟件對(duì)溫度信息進(jìn)行分析，并對(duì)異常溫度進(jìn)行預(yù)警。對(duì)于基站覆蓋范圍之外的溫度標(biāo)簽，巡檢人員可以攜帶手持終端對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行掃描，獲取的溫度信息也會(huì)實(shí)時(shí)上傳至系統(tǒng)后臺(tái)。手持終端可以看作一個(gè)移動(dòng)的基站，既可作為基站掃描溫度傳感器及定位標(biāo)簽的信息，也可以作為一個(gè)定位標(biāo)簽被固定基站所讀取。

3 系統(tǒng)建設(shè)特點(diǎn)及建議

多元信息融合系統(tǒng)采用成熟、主流技術(shù)構(gòu)建，集中管理，充分兼顧未來(lái)的需求和技術(shù)的發(fā)展，并充分考慮與其他系統(tǒng)的連接，采用了模塊化設(shè)計(jì)，分布式架構(gòu)，保證新功能、模塊添加方便。同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)化接口、協(xié)議及流媒體技術(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到未來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)充的可行性，預(yù)留了為后期進(jìn)行擴(kuò)展的大量接口。

建議系統(tǒng)要安全可靠，要具備容錯(cuò)機(jī)制、備份機(jī)制；要做到用戶(hù)界面友好，軟件設(shè)計(jì)人性化，易于被普通用戶(hù)掌握、操作和使用；系統(tǒng)維護(hù)要盡量簡(jiǎn)單，最好能達(dá)到免維護(hù)工作狀態(tài)，且人工維護(hù)可在遠(yuǎn)程操作，便于管理；盡量降低系統(tǒng)的成本和運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用。

4 結(jié) 論

基于RFID技術(shù)的多元信息融合系統(tǒng)在渦北選煤廠的應(yīng)用，解決了選煤廠生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)人員定位精度差、受煤坑下對(duì)講機(jī)無(wú)法使用等問(wèn)題，為選煤廠工作人員及設(shè)備安全管理、指揮調(diào)度等方面提供了有力的技術(shù)支持，下一步可以擴(kuò)充在線監(jiān)測(cè)及輔助決策功能，如增加機(jī)械設(shè)備振動(dòng)、電流監(jiān)測(cè)，建立智能設(shè)備管控平臺(tái)，完善設(shè)備全生命周期管理體系。