基于RFID的多元信息融合系统在涡北选煤厂的应用

陈 飞，洪美玲

(淮北矿业集团 涡北选煤厂，安徽 亳州 233600)

涡北选煤厂隶属于淮北矿业集团，是一座大型中央型炼焦煤选煤厂，年处理能力600万t。该厂在建设之初就瞄准国内外选煤技术前沿，立足高起点，按照高标准，于2013年启动了信息化建设，结合现场实际情况和已有的生产集中控制系统、工业电视监控系统及信息化系统，积极调研，确立了智能化建设方案，努力提高全厂的智能化水平。人员定位系统作为煤矿的标准配置，已得到了广泛应用；煤矿设备的管理也趋向于信息化、智能化。随着安全管理要求越来越高，作为地面煤炭企业的选煤厂也急需一套类似的系统，以实现人员及设备的信息化及数字化管理，提高管理效率。

涡北选煤厂多元信息融合系统基于射频识别技术(RFID)，通过管理平台将所有功能集成融合在一个平台内，可解决现有的通讯、人员及设备管理中的不足，为厂区的管理提供强大和高效的工具。目前，该平台主要由人员定位系统、可视化调度系统和设备温度检测系统组成，硬件包括服务器、手持终端、基站、定位标签、定位卡等。图1为多元信息融合系统示意。

图1 涡北选煤厂多元信息融合系统示意

1 RFID技术

本系统是以移动通信网络无线通信平台传输为基础，基于无源射频识别技术RFID[1](Radio Frequency Identification)，是一种非接触式的自动识别技术，具有成本低、识别速度快、识别距离远、可同时识别多目标等优点。主要工作原理是，通过基站(阅读器)和标签之间的通讯，对持有标签的人或物的状态进行自动识别[2]。通过与集群对讲技术、定位技术、数据传输等技术相结合，可以充分挖掘RFID技术的应用价值和应用领域，目前广泛应用在物流、交通、设备管理等领域[3]。不同无线定位方式的优缺点对比见表1，从表中可以看出，使用RFID定位具有成本低、组网方式较多、硬件设备比较稳定等优点。

表1 4种无线定位方式优缺点对比

2 系统主要功能

2.1 人员定位

随着人们对位置信息需求的不断增加，传统的全球定位系统GPS仅在室外定位中能发挥较好效果，对于室内定位因信号屏蔽等原因无法满足人们的需要，因此急需寻找一种精确的室内人员定位技术。通过对比几种常见的室内定位技术，同时考虑到生产厂房内机械设备、钢结构较多，信号屏蔽现象严重，基站的数量有限，且与携带标签的工作人员距离比较远，要求基站与标签的工作频率在微波段，同时考虑与移动通讯系统的兼容，最终选择了读写距离远、速度快的RFID微波频段[4]。

基于RFID的人员定位系统[5]主要工作原理，在各生产厂房根据空间及设备布置情况，合理布署无线基站，让工作人员携带智能手持终端或人员定位卡进入基站覆盖范围内时，手持终端或定位卡[6]的基本信息被基站读取，然后上传至系统后台管理服务器，服务器中的软件及时对工作人员的位置信息进行统计和分析。当工作人员在厂房内走动时，位于不同楼层的无线基站扫描到该人员的信息并将数据传输到后台，就可以对该工作人员进行实时定位和追踪。对于没有基站的区域，可以通过手持终端扫描定位标签的信息来确定人员位置。

人员定位系统的主要功能还包括一键报警、历史轨迹回放、区域人员信息查询等，借助管理后台，可以自动生成巡查报表，对人员定位信息进行管理和利用。

2.2 可视化调度

传统的调度系统主要由电话、对讲机、视频监控系统等组成。随着现代信息技术的发展，实时可视化指挥调度系统得到了广泛的应用。从视频会议到指挥调度、信息上报并推送，一个直观、可靠的可视化调度系统成为大型现代化企业的必备工具。

本系统旨在建立“对讲+定位+视频+调度”四位一体的可视化调度系统，借助于智能手持终端，配合强大的图像、语音、视频与数据传输功能，进行双向或者多向指挥调度。持有手持终端的人员可以随时与区域内的某人或者群组人员进行语音对讲、视频分享等。但在受煤坑下等区域，传统对讲机无法使用，只能借助固定电话。目前，通过在受煤坑下布置无线AP，借助网络将信号输出，即可与相关人员进行沟通交流。

通过手持终端可将现场信息以视频、图文等方式上传至系统后台，同时可以在PC管理端发布消息到手持终端，实现消息的推送功能。管理端可以选择发布的对象，即可选择发送到所有的手持终端上，也可以选择发送指定的个人或者群组。

2.3 温度在线监测

选煤厂有大量的机电设备，运行温度是设备是否正常运行的最直观的反映。因此，对于机电设备的温度实时监测非常重要。本系统中的温度监测系统为分层分布式网络结构，由设备层、无线网络传输层、监控层构成。设备层主要由温度传感器[7]和RFID标签、智能手持终端组成；无线网络传输层主要由RFID标签和智能手持终端组成；监控层由服务器、监控软件、智能手持终端报警模块等主要设备组成。图2所示为温度传感器工作原理。

图2 温度传感器工作原理示意

将温度传感器(温度标签)根据需要安装在电机或减速机的轴承端等处，基站会实时读取射频信号覆盖范围内的温度标签数据，并上传至服务器后台。通过后台的应用软件对温度信息进行分析，并对异常温度进行预警。对于基站覆盖范围之外的温度标签，巡检人员可以携带手持终端对标签进行扫描，获取的温度信息也会实时上传至系统后台。手持终端可以看作一个移动的基站，既可作为基站扫描温度传感器及定位标签的信息，也可以作为一个定位标签被固定基站所读取。

3 系统建设特点及建议

多元信息融合系统采用成熟、主流技术构建，集中管理，充分兼顾未来的需求和技术的发展，并充分考虑与其他系统的连接，采用了模块化设计，分布式架构，保证新功能、模块添加方便。同时采用标准化接口、协议及流媒体技术，在设计时充分考虑到未来系统扩充的可行性，预留了为后期进行扩展的大量接口。

建议系统要安全可靠，要具备容错机制、备份机制；要做到用户界面友好，软件设计人性化，易于被普通用户掌握、操作和使用；系统维护要尽量简单，最好能达到免维护工作状态，且人工维护可在远程操作，便于管理；尽量降低系统的成本和运行、维护费用。

4 结 论

基于RFID技术的多元信息融合系统在涡北选煤厂的应用，解决了选煤厂生产厂房内人员定位精度差、受煤坑下对讲机无法使用等问题，为选煤厂工作人员及设备安全管理、指挥调度等方面提供了有力的技术支持，下一步可以扩充在线监测及辅助决策功能，如增加机械设备振动、电流监测，建立智能设备管控平台，完善设备全生命周期管理体系。