南非采矿业RFID矿井应用实例.pdf

南非采矿业南非采矿业 RFIDRFID 矿井应用实例矿井应用实例 南非矿业部门指出其 RFID 系统实施在艰苦的矿井作业环境中的重要作用。与此同时，南非为矿业提 供蓄电池以及各种管理服务的 Willard Batteries 公司，发现 RFID 技术在采矿业的巨大潜能。 南非最大的电子公司之一Allied Electronics 分公司，其业务现已从仅仅作为一个蓄电池产品供应 商拓展到运送服务。公司所管理的矿业公司的一些设备之中，包括蓄电池供电的矿灯，安装在矿工的头盔 上使用，会不断的损坏。通过为矿灯配备 RFID 标签，Willard 可以对矿灯的使用以及护情况进行跟踪。该 技术也能够跟踪使用者以及们的进出矿井情况。 Willard 对 RFID 的采用历史同采矿本身有几分相似之处。到最近为止，Willard 公司同矿业公司的联系仅 仅限于蓄电池的供应。然而，大约 5 年前，Willard 发现矿业的一个新的商业契机提供设备管理。南非 矿业公司开始对其矿灯的使用情况进行管理，包括采矿设备储备场所，维修地点，以及分配情况等的管理。 那些设备不仅包括矿灯，还包括便携式照明设备，设备齐全的自救包，便携式瓦斯探测设备以及急救设备。 据 Willard 直流电源公司管理部经理 Alan Waterston 说，矿灯房大约有 4000 到 5000 矿灯以及其他设备。 为了实现对人员以及其他项目的自动化管理，公司过去曾开发了其特有的“智能灯”（Intellilamp） 软件，该软件同条码技术关联使用，记录矿工出入矿灯房的情况。Waterston 介绍说，在南非矿井标识员 工的传统的系统中，每一位员工都配有唯一个条码数据所标识的 ID。 Waterston介绍说，“条码将员工编号以及其他各种编码结合起来， 允许或限定对预定区域的访问”， “条码中所包含的详细信息可以通过智能灯系统采集， 并且条码同 RFID 标签上的唯一的编号密切结合在一 起，RFID 标签固定到矿灯或者其它设备之上。此过程是数据库初级设计的一部分，并且同系统中矿灯的分 配情况相关联。一旦完成的话，剩下仅仅是维护问题当新的员工到来时增加新的分配或者当有员工离 职去除以前的分配。” 将 RFID 系统应用到矿井中，事实证明这是一个严峻的挑战。Willard 的管理人员对无源和有源 RFID 技术都进行了研究，据 Waterston 说。最初，公司测试采用 125 KHz 低频的以及 13.56 MHz 高频无源标签。 对（采矿）帽灯蓄电池箱量身定做了标签，在设备发放室以及在矿灯房到井筒的出口处十字转门附近安装 读写器（应答器）。十字转门同时也备有条码扫描器，用以识读每一个矿工的 ID 卡，确认是否允许通过。 然而，RFID 系统没能达到最小读取距离为 600mm（2 英尺）的要求，因为有三个区域矿工必须通过十 字转门。Waterston 解释说，如果系统的读取范围小于 2 英尺，可能会出现读取错误的情况。公司对有源 标签也进行了研究，如果采用有源标签，就可以满足跟踪物品时 RFID 系统可以有更大的读取距离，但是由 于同无源标签相比，有源标签成本过高，这个方案也是不可行的。 另一个选择900 MHz 超高频无源标签和读写器由于水和金属所导致的 RF 干扰，不能够实现较 高的读取率。矿工所使用的所有工具是由不同的材料人工制成。因为灯是由塑料制成，对 900MHz 超高频标 签的读取没有影响，帽灯的标签比较容易处理。设备齐全的自救包却被不锈钢容器所包围，对 900MHz 超高 频标签的读取产生干扰。瓦斯探测设备也由不锈钢所包裹，干扰了标签和读写器的工作频率。 Willard 在 RFID 解决方案的道路上不断的探索着，并且，通过系统工程和整合公司 I-Chain 将其推 荐给南非的一家叫做 iPico Holdings 的公司。整合商曾经同 iPico 合作开发过 RFID 系统在许多方面的应 用。 2003 年 10 月，Willard 就开始对 iPico 的新的无源双频 RFID 标签和读写器进行测试，作为 Anglo American Platinum 公司位于南非西北省的 Paardekraal 矿测试计划的一部分，该测试计划为期四周。双 频 RFID 技术集合了低频（125 kHz 到 135 kHz）的发射和高频6.8 MHzRFID 的高速数据传输能力的优点。 RFID 读写器传输低频信号给标签提供能量，标签使用高频频谱传输信号给读写器。 据 iPico 说，这种双频性能上可以实现对多个标签的成功读取，即使在众多矿工聚集、下井的人员 不断减少的时候也可以成功读取。据供应商说，该系统在连续的基础上每分钟可以读取平均 7200个标签， 读取范围 0.6m2m。 公司方宣称该系统可以透过液体， 甚至某些金属运行， 性能上优于 13.56 MHz 和 860-960 MHz 的 RFID 系统。 双频 RFID 系统在测试计划中运行良好，2004 年春季，i-Chain 为 Willard 在一个矿灯房配置了 18 个双频读写器和 5000 个标签。安装工作包括搭建局域网（LAN）用以连接读写器。IPico 帮助 Willard 确 定矿灯房读写器的配置，从而使系统最优化运行。 据 Waterston 说，正如所预料的，双频系统得到了广泛的应用。“达到高度的精确性”需要跟踪矿 工进出矿灯房的移动情况。“实质上，矿工是沿着预定好的装备有读写器的路线移动，从而可以收集到矿 工和帽灯的数据，因为帽灯已经通过了这些预定点。”他介绍说，“作为 Willard 系统的一部分，读写器 并没有安装到地面以下，但是如果需要的话，安装工作可能会拓展到一些特殊的工作区域。这些安装的成 本收益将由客户来评估。” Willard 目前正在其他的两个场所安装 RFID 系统，共计 4000 个矿灯。 一个恰当的管理应用软件Willard 同南非软件开发商联合设计对 RFID 读写器网络和矿业 企业资源规划（ERP）系统进行了结合。管理应用软件从矿业 ERP 系统的人力资源模块获取时间以及现场数 据。时间和现场数据是同矿灯房的物品发布信息整合在一起的，而矿灯房的物品发布信息从 RFID 读写器收 集的。这些整合在一起的数据，过去通常是对 Willard 有关矿灯房和设备使用的服务和管理信息等制定账 单而使用。使用智能灯系统，Willard 能够给出所有单元的清单，以方便帐单制定。 自从测试安装了第一个系统以来，据说 Willard 读取成功率是 100，系统能够在连续的基础上跟 踪设备和矿工的移动情况。RFID 在 Paardekraal 矿安装试运转的前两周，当系统发送警报给管理人员有员 工没有按时进入矿灯房时，Willard 所获得的矿井中人员的移动信息的价值是无法进行衡量的。 我们来看一下智能灯系统的一个真实场景根据对标签单元的移动信息收集，发现一个矿灯没有 通过预定点送还。此信息连同对矿灯房的实际核查一起证实了矿工尚未回来。一组人员送入矿井，他们在 不久前预定好的一个爆破作业地点找到了那名矿工。 据 Waterston 说，采用 RFID 以及系统整合而成的 Willard 智能灯系统，主要好处在于能够跟踪矿工通 过十字转门情况，能够标明工人从地面上到地下的路径。 “南非的矿井采用了一个轮班检查（shift-clearance）系统，根据该系统爆破以前的工作地点是非常明确 的。” Waterston 介绍说，“RFID 跟踪（系统）的实施，能够提供给矿井第二阶段安全检查。”系统所产 生的信息“允许任何矿工在其轮班以后尚没有返回到矿灯房时，快速确认，以确定其所在场所。”他解释 说。 RFID 系统帮助 Willard 及其矿业客户遵从南非政府的有关矿业以及工人安全的管理制制度，通过跟踪 和记录每天作业的轮班数，每次轮班地下作业的员工数以及安全装置的维护情况等信息。对所有的设备以 及以前曾经由人工管理的程序而言，完整的维修历史的记录是非常必需的。经由维修或者维护的设备，通 过 RFID 系统记录到修理平台中。“一个矿灯，配备有唯一的标识码，然后就可以继续使用” Waterston 说，“所有的维修和替换的零件都可以通过其特有的矿灯编号进行采集，从而构建了一个完整的服务日志。 该智能灯系统保管备用物品、组件以及他们各自的价格的一个完整的清单，这样就有可能实现跟踪成本花 费、备用物品以及组件的使用情况。”他说，“一些必需的报表的生成电子化，减少了这方面对劳动力的 需求。此外，也减少了人为所产生的错误。” 该 RFID 系统整合了智能灯应用软件，也考虑到了十字转门通过点的安全核查。只有当矿工具有一个分 配好的矿灯、设备齐全的自救包和便携式瓦斯探测设备时，才允许通过十字转门出入井筒。Waterston 说， 通过 RFID 系统收集的信息，可以防止对标识卡的假冒使用行为。它能够阻止其他人员进出矿井，因为只有 有资格的矿工才具有条码ID标签。 矿工的条码编号以及其设备RFID标签编码， 都必须同其进入以前Willard 智能数据库所分配的编码相匹配。 “对矿井工作人员进行跟踪，许多缔约的流动工作人员则是[矿业公司]所面临的一个主要挑战。”他 说，“矿灯房是所有地下作业人员的必经之处，带有 RFID 标签的唯一标识设备分配给个人，允许对所有必 要的个人信息进行采集。 Waterston 说，从读写器（应答器）获取的 RFID 数据根据每个矿业地点的需求转化为各种报告，“本 质上是定位人员的移动、设备的丢失，以及跟踪拿去维修或交换的设备。” Waterston 提到，在此系统投入运行以前，每月某特定地点的矿灯的丢失率高达 25。因为没有任何机 制对设备进行识别，并且没有将他们与特定的个人相联系，不可能指明说是谁丢失或者损坏了。现在却大 不相同了。 “‘lamp for life’的理念的采用， 使得责任分担到个人， 这样矿灯持有人就作为矿灯的物主身份。 ” Waterston 说。矿工的 ID 编码同矿灯标签的 ID 编码的连接，就能使得所分配的设备所有人将对设备的丢 失或损坏负有责任。 同任何重要技术的初始阶段一样，对员工的培训是 RFID 配置成功的重要因素。“一旦正确的技术确定 下来， 对人员的培训使其接受[采用]该系统，过去是， 现在还是矿灯房管理的一个重要挑战。 ” Waterston 说。 尽管一些矿工对新系统持有怀疑态度，将它看作是对他们的一种考核机制，Waterston 指出，RFID 系 统所带来的利益，矿井所有人是非常清楚的。改良了矿井作业人员的安全机制，设备维护管理的成本效益 更优化，更为重要的是控制了设备丢失并且更精确地管理设备的使用情况。