时间：2021-01-18 09:53:09 所属分类：矿业工程 浏览量:
摘要：近场通讯技术(NFC)是基于RFID发展起来的一种无线通讯技术，通过非接触式双向数据通信，从而达到识别目标和数据交换的目的，目前该技术广泛用于门禁管制、停车场管理、物流管理等方面，现代矿山通过引进该技术可以实现井上井下出窿矿石计量系统无纸化和
摘要：近场通讯技术(NFC)是基于RFID发展起来的一种无线通讯技术，通过非接触式双向数据通信，从而达到识别目标和数据交换的目的，目前该技术广泛用于门禁管制、停车场管理、物流管理等方面，现代矿山通过引进该技术可以实现井上井下出窿矿石计量系统无纸化和自动化，从而提高井下计量工作效率和计量准确性。
关键词：近场通讯技术;矿山计量;自动化
一、研究背景和目的
剪刀冲工区是湖南黄金洞大万矿业有限责任公司下属生产单位，目前日均出窿矿石量500余吨，目前该单位矿石计量系统分为井上和井下两种计量方式，其两种方法均采用的是较为落后的人工手写和人工统计方式，每车矿石的出窿采场辨识采用各个施工队组自制简易竹签，但队组间竹签制作的不统一和不规范性，对工区矿石计量带来很大的不必要工作。也为新进计量员培训加大了难度。对此本方案旨在逐步改进工区现有计量形式，以近场通讯(NFC)技术代替传统矿签和手工计量模式，通过硬件改造和软件开发，以电脑自动统计逐步代替人工计量，提高工区矿石计量系统的规范化、效率化和智能化。
二、NFC技术简介
NFC的中文全称为近场通信技术。NFC是在非接触式射频识别(RFID)技术的基础上研发而成，其提供了一种十分高效快捷的通信方式。NFC中文名称中的“近场”是指临近电磁场的无线电波。因为无线电波实际上就是电磁波，所以它遵循麦克斯韦方程，电场和磁场在从发射天线传播到接收天线的过程会一直交替进行能量转换，并在进行转换时相互增强，例如我们的手机所使用的无线电信号就是利用这种原理进行传播的，这种方法称作远场通信。而在电磁波10个波长以内，电场和磁场是相互独立的，这时的电场没有多大意义，但磁场却可以用于短距离通讯，我们称之为近场通信。NFC技术，实现了电子支付、身份认证等多种功能，是一项新兴技术。并且NFC技术的应用在世界范围内受到了广泛关注，国内外的电讯运营商、手机厂商等不同角色纷纷开展NFC应用试点，另外还有一些国际性协会组织也积极其标准化工作的制定。
三、方案工作原理
本方案工作原理较为简单，通过改造矿车，加装能放置NFC卡的装置，重车在下部中段车场放入对应采场的NFC卡片，等矿车提升运输至矿仓口时，机车运输工取出重车上的NFC卡片，将其放在卡片读取区域。数据读取后通过网线实时传输至地面，地面数据处理系统接受数据后开始进行数据处理，并通过对应软件得到实时生产数据(见图1)。
四、方案实施流程
根据工区现阶段实际情况，本方案实施分为几个阶段：
(一)硬件改造
1、改装现有矿车加装卡片存放装置，该装置需固定在矿车上，装置固定形式可根据现场情况讨论决定，本文提出以下三种方案仅作参考：焊接法或者自攻螺丝固定：采用此种方法固定存放装置，固定效果好，使用时间长，但是初期改造费时费力。自粘胶固定：简单易行，但固定效果取决于胶水性能，长时间使用可能会失效导致固定装置掉落。强磁固定：矿车主要成分是铁，故装置可采用强磁铁贴在矿车上得益于NFC卡片不会因磁场而产生损坏，故提出此种方案。强磁固定相对于自粘胶使用时间更长，只要不对它刻意敲打，一般情况下不会脱落。2、硬件设备购买及NFC卡制作改装矿车完成后需购买对应的读写卡装置和处理数据所需硬件以及配套的NFC空白卡，空白卡可先行用读写卡装置写入所需数据，并在卡表面贴上由PET材质组成树脂油墨打印的信息标签(此种标签沾性强且防水防油防刮)先期代替井下竹签(但数据暂时由人工登记)。等软件系统运行后可随时接入计量系统。
(二)软件设计
根据工区生产现状委托专业的软件厂商为此套系统开发对应的软件，软件系统应包含数据解密系统、发卡管理系统、数据统计系统、数据输出系统和数据备份系统，并带有数据纠错和提示功能。保证井下数据传输准确安全可靠。
(三)系统综合联调联测
有了硬件系统和软件系统的支持，接下来须开展硬软件系统联调联测实验，纠正实验过程中产生的问题。同时对相关岗位人员开展培训，使其尽快掌握此套系统操作方法和流程，为此套系统试运行提供前提条件。
(四)上线试运行
矿山计量管理系统正式试运行，开始记录生产数据，彻底代替人工计量。
(五)后期系统改进思路
此方案虽然在短期内能有效简化本工区计量流程、提高计量效率和准确性，但是并没有完全实现计量全自动化，真正要实现全自动化计量需要改进以下几个步骤：(见图2)更换NFC卡片为更高频率的无线射频卡，并更改其数据存储逻辑为读取一次之后即消除数据变为可写状态，除非卡片被破坏，其可以永久固定在矿车上无需取出。改装井下NFC读卡装置为远程无线射频卡读卡装置，调整卡感应范围并在范围内可加装其他诸如地磅等其他装置，实现矿车不停车计量称重等功能。将写卡装置改到每个采场矿斗处，每个写卡装置对应一个采场，当无数据可写状态的空矿车进入该写卡装置范围时，自动写入该采场数据。图2：基于无线射频技术全自动计量系统方案流程图
五、方案预期效果及经济效益分析
(一)方案预期效果分析
工区现有人工计量方式十分原始和落后。简单的竹签打孔记录采场名称本子和笔记录矿量的方式既费时又费力，并且还需要每班次都需要安排计量员。该系统运行后相对以往的人工计量有以下几个方面巨大优势：计量精准快捷，系统运行后以射频卡代替竹签等落后标记统一了标签格式，以计算机代替人工进行井下和地表计量工作，极大的提高了计量的速度和准确度，避免了出窿矿石错记和漏记。数据更新及时，井下由于特殊工作环境，计量数据上报存在一定滞后性。这对工区生产会存在一定影响。采用该系统后，井下各个采场出矿数据可以做到实时更新。工区生产管理人员可以及时发现本班各个采场生产作业中存在的问题并且及时进行调整，将可能对生产带来影响的因素降到最低。避免人为弄虚作假，系统运行后各个采场运送矿石的重车均需经过地磅称重，从源头上杜绝了采场出矿运输过程中存在的矿车不装满、装一半却记满车等人为弄虚作假的情况。确保工区生产数据精准可靠。
(二)经济效益分析
工区目前采用的人工计量每班次需要安排计量人员(含井上井下)2人，每天上班共需6人次，综合标签制作损耗等其他费用，运营成本大约在500元/天。年综合运营成本在18万元。本方案采用的自动化计量系统前期硬件+软件等调试设备大约需要40-50万元，投入运行后年维护费用仅为1-2万元。从图3可以看出自动化计量对比人工计量(以最大值计算)，在第三年其二者综合运营成本即可持平，后期运营时间越长，自动化计量综合运营成本越低。这对工区控制生产经营成本十分有利。
六、结语
通过实现矿山计量自动化既能有效提高现有矿山生产效率减轻劳动强度，也能提高经济效益和保障人的生命安全，这也是未来工区迈向机械化自动化采矿的必然趋势。
参考文献：
[1]NFC技术原理及应用.万方.
[2]孙成丹,彭木根.近场通信技术[J].中兴通讯技术,2013,19(4):63-66.
《近场通讯技术在矿山计量中的应用研究》来源：《冶金管理》，作者：敬江舸 李仁申 刘世太
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