UHF标签卡在矿井机车识别中的应用

【摘要】针对煤矿井下轨道机车车皮定位采用有源标签卡存在使用寿命短、维护工作量大和下井车皮回收困难等问题，提出了一种基于UHF标签卡识别机车的方案。该方案介绍了有源RFID和无源RFID识别技术的特点，从使用成本、使用寿命角度分析了各自的优缺点。从煤矿实际应用角度出发，对选定的UHF标签卡的性能和安装方式进行了试验评估，通过现场实际应用结果表明，采用UHF标签卡用于矿井轨道机车识别具有可靠性高、维护量小、识别距离远等特点，满足现场应用要求。

【关键词】标签卡；UHF；矿井；机车

1.引言

轨道运输是矿井辅助运输的主要手段，承担矿井物料、人员和设备的运输。轨道机车作为主要的运输工具，在矿井生产建设中起着至关重要的作用。煤矿物资的运输管理通常以机车车皮为最小管理单元，车皮是矿井物资的主要承载容器。目前，绝大部分百万吨产量的矿井车皮数量保持在上百节，而千万吨产量的矿井车皮数量均达到了上千节，有效管理机车车皮，避免车皮空置浪费，加快车皮周转，提高机车运输效率对矿井生产建设具有重要的现实意义。

矿井机车车皮无自主意识，不能主动寻求维护，井下车皮积压、回收不及时等情况时常发生，人为造成了辅助运输系统的运力不足问题。目前地面火车皮、集装箱管理都采用无源电子标签卡方式管理，具有识别效率高、使用寿命长、维护量小等优点。矿井下车皮管理可以借鉴地面电子标签卡的应用实例，将电子标签识别技术扩展应用到煤矿辅助运输领域，解决矿井车皮管理的难题。

2.电子标签卡选型

电子标签卡用于管理矿井机车车皮时需考虑车皮的实际工况环境，矿井下环境较为潮湿、车皮震动、车皮碰撞事件频发，因此在电子标签卡选型时需考虑到标签卡的使用特点，以便能够满足井下复杂多变的环境。

图1 常见RFID识别方式类型及频段特征

图2 有源、无源识别成本、寿命对比图

基于电子标签卡的识别技术是RFID识别技术的一种，市场上RFID识别技术发展已经非常成熟。按照供电类型划分，RFID识别技术分为有源、无源和半有源方式。其中较为常见和常用的RFID方式及频段特征如图1所示，常用的无源识别频段包括低频125KHz、高频13.56MHz和UHF超高频925MHz；在识别距离上低频低频125KHz和高频13.56MHz的识别距离仅（3～5）厘米，超高频UHF的识别距离通常可以达到10米范围；常用的有源识别频段包括超高频433MHz、2.4GHz和5.8GHz，识别距离通常都能达到几十米到上百米。但有源方式受电池寿命影响严重，当采用电池供电时，极易出现电池耗尽，监测目标丢失等情况。同时，采用有源标签卡识别方式较无源标签卡识别方式而言，存在维护工作量大、寿命短、维护成本高等问题，如图2所示。

煤矿井下运输巷道的宽度通常为（5～8）米，若运输巷道内仅铺设单向运输轨道，车皮的识别仅需满足4米范围内识别即可；若运输巷道内铺设双向轨道时，轨道间距通常为1米，轨道宽度为0.8米，对于8米宽度的运输巷道，车皮的识别距离仅需满足5米即可。而按照图1所示，UHF识别技术可以满足井下车皮识别距离要求，同时采用无源的UHF标签卡可以一次性与车皮号绑定，为外力人为损坏时，标签卡终生免维护，极大了节省了维护成本。并且，UHF标签卡识别特别适合多移动目标识别，井下机车车头通常牵引多节车皮运输，需要在较短时间内实现多个移动目标的识别。

而地面上商用一维条形码标签属于近距离识别标签，在矿井下应用容易出项脱落、损毁、污浊等情况，导致车皮识别失效，因此不适合应用于矿机机车车皮管理。

市场上常用的UHF标签卡基于两种协议：ISO 18000-6B和ISO 18000-6C。6B标签卡技术起步较早，技术发展成熟；6C标签卡技术在6B基础上演变而来，具有比6B技术更优秀的性能。在识别灵敏度、识别速度和数量上较6B技术具有较大提高。

3.UHF标签卡性能测试

煤矿井下环境复杂恶劣，腐蚀性气体和潮湿环境对UHF信号的传输会产生一定的影响，因此UHF标签卡在安装方式上要注重考虑到传输信号的完整性和标签卡固定的牢靠性。UHF标签卡安装在机车车皮两侧底部位置，采用焊接方式固定，避免车皮运行过程中的震动导致标签卡脱落。煤矿井下的设备易损坏，UHF标签卡“裸卡”安装时，易被金属物体损坏，必须采用相应的防护措施来保护车皮标签卡。通常情况下可以采用防护外壳或者采用环氧树脂浇封方式解决，但不同防护外壳材质和防护方式会对UHF信号的传输产生影响，从而影响UHF标签卡的识别距离。

通过试验方式，分别对UHF标签卡“裸卡”、增加金属外壳、环氧树脂浇封和塑料外壳四种防护措施下的性能进行测试，主要测试参数包括识别距离和识别强度。识别距离是指UHF标签卡与固定式读写器之间的读取距离；识别强度用于反映当前识别距离的下的信号强程度。不同防护形式如图3、4、5、6所示，各个试验参数如表1、2、3、4所示。

通过上述试验可知，UHF标签卡“裸卡”性能和带塑料外壳防护时的性能最好；带金属防护外壳方式和环氧树脂浇封方式性能衰减较大，识别距离仅1.5米以内。考虑到煤矿应用的特殊环境和煤矿井下运输巷道的实际宽度，UHF标签卡的防护措施只能采用图6的防护措施。

4.结语

UHF标签卡适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的煤矿井下，可与煤矿轨道机车运输监控系统、矿井物流管理系统联合使用，提供车皮位置信息功能。目前，采用UHF标签卡的矿井物流管理系统已实际应用于山西晋城成庄煤矿，现场安装UHF标签卡共1600支。从现场一年多的运行情况来看，UHF标签卡的损坏数量为10支，且均为防护外壳损坏，UHF标签卡仍然可以正常工作。UHF标签卡一次性焊接安装在车皮底部，为外力损坏时，终生免维护，极大了减少了维护工作量，延长了使用时间。通过有效的车皮管理，再配合轨道机车运输管理系统，可以加快车皮周转利用，提高煤矿辅助运输效率。

参考文献

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基金项目：天地（常州）自动化股份有限公司研发项目（项目编号：13SY012）。

作者简介：

安勇（1984—），男，辽宁盘锦人，助理工程师，主要从事煤矿用本质安全型产品的检验检测工作。

苗琼（1984—），男，陕西宝鸡人，工程师，主要从事煤矿辅助运输系统设计工作。

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