NFC標簽技術(shù)在自動化儀表領(lǐng)域的應用前景分析

祝 震

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

NFC標簽技術(shù)在自動化儀表領(lǐng)域的應用前景分析

祝 震

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

NFC作為一種新型技術(shù)近年來正受到越來越多的關(guān)注。文章對NFC技術(shù)進行了簡單的介紹，并根據(jù)其技術(shù)特點對NFC標簽替換傳統(tǒng)儀表標簽進行可行性分析，提出了基于NFC標簽技術(shù)的系統(tǒng)及其擴展應用的設計思想，為提升工業(yè)自動化儀表的管理維護水平提供了一個新的技術(shù)手段。

NFC；標簽；自動化；儀表；維護

1 引言

當前，隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新設備、新技術(shù)投入工廠使用。特別是一些有著數(shù)十年歷史的工廠，經(jīng)歷了各種儀器儀表的不斷升級、改造，給工廠留下了一個“百花齊放，幾代同堂”局面。既有早期的模擬儀表尚在服役，也有最新的總線儀表以及無線儀表投入運行，每一類儀表都在其特定的歷史時期出現(xiàn)并沿用至今。江西銅業(yè)集團貴溪冶煉廠就是這樣一所工廠，自1985年投產(chǎn)至今，歷經(jīng)四期改造，目前工廠儀表總臺數(shù)已超過萬件。不論是上層的控制系統(tǒng)，還是底層的儀表都有著迅猛的發(fā)展，但是現(xiàn)場儀表的標簽牌，作為現(xiàn)場儀表的必備附件，仿佛一直被整個儀表行業(yè)所忽視，沒有得到相應的發(fā)展。而近幾年興起的NFC（Near Field Communication）近場通訊技術(shù)，隨著其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，NFC標簽技術(shù)的不斷成熟，完全有替代現(xiàn)有傳統(tǒng)標簽牌的可能，給自控設備的維護領(lǐng)域帶來一場新的變革。

2 NFC技術(shù)簡介

2.1 NFC的定義

近場通信（Near Field Communication，NFC）是一種短距高頻的無線電技術(shù)，在13.56MHz頻率運行于10cm距離內(nèi)。其傳輸速度有106 Kbit/s、212 Kbit/s或者424 Kbit/s三種［1］。

2.2 NFC技術(shù)的特點

NFC分為兩種工作模式，一種是點對點模式［2］，常用于兩臺NFC設備之間的數(shù)據(jù)交換，由發(fā)起方設備提供電源和射頻場，距離短，傳輸速度快，能耗低；另一種是卡模式，類似常用的IC卡，設備無需電源也可使用。

2.3 NFC標簽種類

NFC標簽類型共有四類，主要區(qū)別在讀寫速度、存儲空間以及讀寫權(quán)限上?？勺x寫的比只讀的成本高，一般在生產(chǎn)時就寫好數(shù)據(jù)；讀寫速度快的或者容量大的成本也會更高，因此在推廣應用時必須考慮以上幾個因素以控制成本。

3 NFC標簽作為現(xiàn)場儀表標識牌的可行性分析

3.1 功能性

3.1.1 傳統(tǒng)標簽的作用及其存在的問題

傳統(tǒng)標簽所標注的一般為對應現(xiàn)場儀表的工位號，以及簡單的工位說明。理論上，使用者可以從眾多不同或者相同的儀表中識別出所對應的儀表，但實際使用中卻并不如意。

現(xiàn)有標簽主要有PVC硬塑料，鐵、鋁、不銹鋼等材質(zhì)制成。其中采用PVC硬塑料的標牌，雖然耐腐蝕，但記號筆記錄的工位號信息時間長了易退色無法識別；而采用不銹鋼材質(zhì)的標牌，即便是鋼印文字，使用在工廠復雜的環(huán)境條件下也極易被腐蝕的難以識別。再加上積灰，安裝位置等因素，想要快速確定某一儀表的信息的確不是一件容易的事。更嚴重的，某些位置的標識牌由于長期日曬雨淋，加上高溫腐蝕的共同作用，未等到更換新標牌前就已經(jīng)損毀，無法識別原有信息，要重新掛牌就必須中斷該儀表的數(shù)據(jù)監(jiān)測，重新校線識別，而這又是工廠正常生產(chǎn)時所不允許的。

3.1.2 NFC標簽的特點

NFC標簽完全滿足傳統(tǒng)標簽的功能，并且可以解決傳統(tǒng)標簽所存在的問題。

NFC標簽主要由芯片和天線組成，標簽數(shù)據(jù)保存在芯片當中。由于其采用近距離無線通訊，我們可以將NFC標簽封裝在密封的耐腐蝕材質(zhì)（如PVC等）中使用。這樣即使標簽表面受到污染，覆蓋，我們都可以使用NFC設備對NFC標簽進行讀取。另一方面我們的NFC標簽作為卡模式運行，無需為其增配電源供電，可直接替換傳統(tǒng)標簽，符合現(xiàn)場環(huán)境，推廣成本低。

NFC標簽最大的優(yōu)勢就是其具有數(shù)據(jù)存儲能力。我們不但可以寫入儀表的工位號，還可以寫入很多其他數(shù)據(jù)，比如一臺差壓變送器測量流量的，除了工位說明，還可以將節(jié)流原件的相關(guān)信息如（管徑、差壓量程、對應流量范圍、是否開方）等等原始設計數(shù)據(jù)錄入標簽，這樣，我們的儀表維護人員如需查詢此類數(shù)據(jù)，只需使用便攜的NFC讀取設備對NFC標簽輕輕一碰，數(shù)據(jù)就能全部讀取出來，無需再回資料室翻閱藍圖查詢，方便快捷。

3.2 易推廣性

3.2.1 NFC標簽經(jīng)濟性好

NFC標簽的價格較低，根據(jù)之前標簽種類的劃分，第2類標簽（Tag 2 Type）在四種類型中最為合適，不但具有可讀寫能力，48字節(jié)的內(nèi)存大小也已能滿足基本的工位號寫入，還可擴充至最高2000字節(jié)。通信速度為106 kbit/s，滿足日常使用。

3.2.2 NFC手機迅速普及

目前有兩個方面的因素推進NFC手機的迅速普及。一方面隨著NFC行業(yè)的不斷成熟，降低了手機廠商的制造成本；另一方面得力于手機運營商以合約機形式的補貼的強力推廣。我們認為未來將會是NFC手機的高速普及期，對NFC行業(yè)應用形成極好的外部硬件條件［2］。

4 搭建基于NFC標簽的系統(tǒng)及網(wǎng)絡

傳統(tǒng)標簽更換為NFC標簽僅僅是將標簽內(nèi)容信息數(shù)字化方便讀取，而搭建一套基于NFC標簽技術(shù)的系統(tǒng)及網(wǎng)絡配合運行，才能拓展出更多的功能和應用。

首先建立NFC標簽數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，我們將現(xiàn)場的設備按所屬廠區(qū)分別錄入數(shù)據(jù)庫。并將現(xiàn)有的儀表臺帳、儀表說明書等等數(shù)據(jù)一并錄入。這樣我們的NFC標簽所存儲的就不僅僅是一個工位號，我們還可以通過讀取NFC標簽，進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)查詢它所對應的一切數(shù)據(jù)。

5 相關(guān)擴展應用的開發(fā)

在搭建好基于NFC標簽的系統(tǒng)網(wǎng)絡后，我們就有了實現(xiàn)更為豐富功能的基礎。無論是搭建覆蓋整個工廠的無線網(wǎng)絡，還是使用移動運營商的通訊網(wǎng)絡，我們都可以便捷的通過NFC手機在現(xiàn)場對NFC標簽進行讀取，并通過網(wǎng)絡訪問數(shù)據(jù)庫讀取相關(guān)信息。

5.1 查詢過程數(shù)據(jù)

通過NFC標簽信息調(diào)用PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)，我們可以查詢每個工位號的實時數(shù)據(jù)或歷史趨勢，便于我們更好的進行數(shù)據(jù)分析［3］而不用奔波于控制室和現(xiàn)場之間。設想一下：當你在清理取壓口后只需拿設備輕輕一刷，便可得知壓力是否恢復正常；更換完溫度測點后，也只需要刷一下，當前的溫度就顯示在你的手持設備上；當你需要在一群相同型號且位置緊密的測點中找尋一個出現(xiàn)問題的點，你不再需要一個個擦拭著積滿灰塵的標簽去尋找，而是使用手持NFC讀取設備對疑似的儀表依次讀取，很快存在問題的測點便可以標示出來。

5.2 設備維護系統(tǒng)

通過NFC標簽信息的鏈接進入設備維護系統(tǒng)中對應儀表設備的相關(guān)界面。點檢維護人員可將維護的詳細過程、點檢中發(fā)現(xiàn)的問題、儀表說明書、儀表校驗單、以及儀表維護的相關(guān)注意事項等等內(nèi)容一并錄入該系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，值班儀表維護人員處理非本崗位儀表故障時，只需使用NFC手持設備聯(lián)網(wǎng)對著NFC標簽一刷，便可查閱該儀表曾經(jīng)出現(xiàn)過什么故障，如何處理解決，并且能閱讀到該工位的維護注意事項準備相應的工器具和防護用品；遇見非常見故障時，也能通過給出的鏈接打開該儀表的說明書，查詢故障代碼尋求解決方案；更換新儀表時也可以通過標簽讀取出需要恢復的組態(tài)或校驗數(shù)據(jù)，大大減少了處理問題的時間。

5.3 倉儲管理系統(tǒng)

建立儀表設備的倉儲管理系統(tǒng)，這樣點檢維護人員在現(xiàn)場就可使用手機通過NFC標簽讀取出某一設備的當前庫存信息（如數(shù)量，存放位置等）。庫存緊缺時，也可通過該儀表設備的臺帳信息，查詢其他區(qū)域適合本工位使用的庫存信息。相應的，我們也可以在系統(tǒng)中直接下訂單，申報該工位儀表的備件計劃。成本管理人員可通過此系統(tǒng)直接導出任意數(shù)量、任意廠區(qū)、任意時間段的儀表備件成本的統(tǒng)計報表，大幅降低統(tǒng)計工作量。管理人員可查詢更換原因等信息，有針對性的制定改進措施。

5.4 巡檢簽到系統(tǒng)

按照設備的預防維護體系，點檢是作為維護人員的基本職責。每一個點檢維護人員都會制定自己的點檢計劃和點檢路線。將點檢路線上的關(guān)鍵儀表設備作為簽到點，每次巡檢時必須要使用NFC手機觸碰一下。這樣我們就可以通過后臺數(shù)據(jù)監(jiān)管點檢人員是否按照計劃有效的點檢，維護人員也可通過系統(tǒng)查看儀表的點檢維護頻次，制定針對性的有效調(diào)整，提高點檢效率［4］。

6 結(jié)束語

基于NFC標簽技術(shù)的應用系統(tǒng)就像一個云搜索引擎一樣，而我們的NFC標簽就是我們要搜索的關(guān)鍵詞，只需手機輕輕一碰，一切與該儀表有關(guān)的信息將映入眼簾。我們所要做的就是不斷的補充、不斷的完善最終形成一個具有大數(shù)據(jù)支持的云端服務［5-6］。

隨著NFC技術(shù)的不斷成熟發(fā)展，基于NFC標簽的系統(tǒng)應用在自動化行業(yè)有著很大的發(fā)展前景。特別是在推廣工業(yè)4.0的進程中，基于此技術(shù)的系統(tǒng)應用將進一步提升整個自控系統(tǒng)的維護管理水平。基于此類系統(tǒng)的應用開發(fā)將在設備管理、人員管理、成本管理等等方面開辟一條新的道路。

［1］胡星波, 晏渭川. 基于Android的NFC實現(xiàn)與應用[J]. 電視技術(shù), 2011, 35(21):84-85.

［2］馮樂. 基于NFC技術(shù)的校園一卡通系統(tǒng)的手機APP設計與應用[J].價值工程, 2015, 34(33):72-73.

［3］祝震. 基于PI實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)分析在點檢維護中的應用[J]. 中國化工裝備, 2012(S):60-63.

［4］蘇婕, 王忠. 基于NFC技術(shù)的智能考勤管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 測控技術(shù), 2015, 34(2):133-134.

［5］孫恒. 基于NFC和云服務的智慧校園設計與實現(xiàn)——以手機校園一卡通為例[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù), 2015, 25(11):93-94.

［6］劉海華, 魏艷楠, 李偉, 等. 基于云架構(gòu)的手機NFC小區(qū)應用[J].信息技術(shù), 2014(12):98-101.

Analysis on Application Prospects of NFC Tag Technology in the Field of Automation Instrumentation

ZHU Zhen
（Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

As a new technology, NFC tag technology has attracted widely attention. In this article, NFC tag technology is introduced simply, and based on its technical characteristics, the feasibility analysis of Replace the traditional tag with NFC tag is analyzed. The design scheme for the system and associated application based on the NFC tag technology is proposed, which provides a new technique means for promoting management and maintenance level of industrial automation control system.

NFC；tag；automation；process instrument；maintenance

TP27

C

1009-3842（2016）06-0082-03

2016-05-26

祝震（1985―），男，江西上饒人，本科，工程師，主要從事自動化維護工作。E-mail:33600606@163.com