人员定位系统

一、项目立项背景及目的物联网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”。中国矿业大学张山教授随后提出了“感知矿山物联网”，即将感知技术、传输技术、智能技术、信息技术、现代控制技术等与现代采矿及矿物加工技术紧密相结合，构成矿山人与人、人与物、物与物相联的网络，动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营的全过程。郑煤集团超化煤矿始终坚持以科技提高装备水平为核心，以综合自动化系统平台为基础，安装了人员及矿车定位系统，初步对物联网开始了应用实践。2009年12月，我矿选择郑州海纳电子设备有限公司生产的KJ211A型井下人员定位系统，共安装30台KJ211A-F型人员位置监测分站，发放人员定位卡3000余张，实现了下井人员数量统计、人员实时跟踪、采区人力资源分布在线监测等功能，对我矿人力资源的管理提供了快捷和方便，同时为我矿安全避难管理提供了又一重要的手段。2010年国家安监总局要求煤矿必须建设完善安全避险“六大系统”，2010年12月1日集团公司安全监察局下发了“六大系统”的排查整改通知，要求煤矿必须建立健全“矿井六大避难系统”，人员定位系统正式纳入“六大避难系统”建设、管理范畴。2011年5月，为建设完善人员定位系统，我们根据相关国家规定及集团公司要求对人员定位系统进行了二期扩容改造，井下增加安装了人员定位分站60台，信号覆盖了井下主要采区巷道、巷道交叉口及工作面，大大提高了人员定位系统稳定性及避难辅助功能。二、相关规定及国家标准1、《关于加快推进全省煤矿井下安全避险六大系统建设完善工作的意见》（豫政办[2010]141号）：建设完善井下人员定位系统。煤矿必须按照《煤矿井下作业人员管理系统使用规范(AQ1048—2007)》要求建设完善井下人员定位系统。所有入井人员必须佩带识别卡或携带具有定位功能的无线通讯设备,确保井下各个作业区域人员的动态分布和变化情况能够被实时掌握。2010年年底前,省骨干煤炭企业所属所有煤矿(不包括省骨干煤炭企业正在整合的矿井)要完成井下人员定位系统建设完善工作;2011年年底前,其他所有煤矿要完成井下人员定位系统建设完善工作。2、《AQ6210-2007煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》:本标准规定了系统的专业术语、定义、产品分类、技术要求、试验方法和检验规则，主要针对生产厂家。3、《AQ1048-2007煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》：规范系统的安装、使用、维护，充分发挥系统的安全保障作用。主要针对系统安装、维护、管理者。三、专业术语定义1、煤矿井下作业人员管理系统定义监测井下人员位置，具有携卡人出/入井时刻、重点区域出入/井时刻、限制区域出/入井时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等监测、显示、打印、存储、查询、报警、管理等功能。2、识别卡由于井下携带、保存有约定格式的电子数据，当进入位置检测分站的识别范围时，将用于人员识别的数据发送给分站。3、位置检测分站通过无线方式读取识别卡内用于人员识别的信息，并发送至地面传输接口。4、传输接口接收分站发送的信号，并送主机处理；接收主机信号，并送相应分站；控制分站的发送与接收，多路复用信号的调制与解调，并具有系统自检等功能。5、主机主要用于接收监测信号、报警判断、数据统计及处理、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、控制打印输出、与管理网络联接等。四、系统结构人员及矿车定位系统基于无线射频识别技术，选用KJ211A-F型位置监测分站，用于识别煤矿井下KJ211A-K型无线识别卡。1、RS485总线结构系统由主机、传输接口、分站、识别卡、电源箱、电缆、接线盒、避雷器和其他必要设备组成。结构如图所示：在井下各主要行人巷道、分支巷道、车场等监测地点安装KJ211A-F位置监测分站，井下作业人员矿帽及矿车上安装识别卡（具有唯一编号）。佩戴或装有识别卡的人或车到达监测地点，分站自动检测识别卡，并把数据传给地面主机，计算机软件能够准确确定该人员及矿车所在的区域，以及该区域的人员及车辆信息。且射频卡可不更换电池连续工作2年以上，位置监测分站检测距离在1～80m内可调。2、环网+RS485总线结构系统由环网交换机、RS485转RJ45接口模块、核心交换机、RS485通信接口、主机、分站、识别卡、电源箱及其他必要组成设备。结构如图所示：超化煤矿环网采用1000M交换式环网为载体，井下交换机内自带RS485转RJ45接口模块，可搭载RS485通信，扩展性强，大大的减少了系统扩容的线路，灵活性强，系统更安全、稳定。3、中心站系统设备供电系统图系统工控机、接口箱、服务器、交换机等核心设备采用UPS不间断电源供电，保障了系统的稳定可靠，24小时不间断跟踪监测，同时市电采用双回路自动切换装置供电，最大限度的保障了中心站的稳定。五、系统功能1、系统应具有位置监测功能：a）系统应具有携卡人员出/入井时刻、出/入重点区域时刻、出/入限制区域时刻等监测功能；b）系统应具有识别携卡人员出/入巷道分支方向等功能；c）系统应能对乘坐电机车等各种运输工具的携卡人员进行准确识别；d）系统应能识别多个同时进入识别区域的识别卡。2、系统应具有管理功能：a）系统应具有携卡人员入井总数及人员、出/入井时刻、下井工作时间等显示、打印、查询等功能，并具有超时人员总数及人员、超员人员总数及人员报警、显示、打印、查询等功能；b）系统应具有携卡人员出/入重点区域总数及人员、出/入重点区域时刻、工作时间等显示、打印、查询等功能，并具有超时人员总数及人员、超员人员总数及人员报警、显示、打印、查询等功能；c）系统应具有携卡人员出/入限制区域总数及人员、出/入限制区域时刻、滞留时间等显示、打印、查询、报警等功能；d）系统应具有特种作业人员等下井、进入重点区域总数及人员、出/入时刻、工作时间显示、打印、查询等功能，具有工作异常人员总数及人员、出/入时刻及工作时间等显示、打印、查询、报警等功能；e）系统应具有携卡人员下井活动路线显示、打印、查询、异常报警等功能；f）系统应具有携卡人员卡号、姓名、身份证号、出生年月、职务或工种、所在区队班组、主要工作地点、每月下井次数、下井时间、每天下井情况等显示、打印、查询等功能；g）系统应具有按部门、地域、时间、分站、人员等分类查询、显示、打印等功能。3、系统应具有存储、报警、显示、打印、查询等功能。六、技术参数要求1、最大位移速度不小于5m/s。2、并发识别数量不小于80张。3、漏读率不大于万分之一。4、识别卡与分站之间的无线传输距离不小于10m，分站至传输接口之间的距离不小于10km。5、识别卡识别数量不少于8000张。6、系统最大巡检周期不大于30ms。7、不可更换电池的识别卡电池使用寿命不低于两年。七、工作原理1、无线标签识别电路模块无线标签识别电路模块输入工作电压DC9V-24V，由由稳压器输出5V电压，再由电源隔离模块输出3.3V供给CPU及无线收发等电路，电路板的电流小于200mA。无线标签识别电路模块以2.4GHz射频电路和高性能CPU为核心，射频电路集成了蓝牙物理层和高级数据链协议，自动识别无线标签的ID号并产生中断，CPU读取ID号，读取实时时钟时间，形成对应ID号的记录并暂存。CPU同时对上位机的各种命令产生响应，实现上位机各种请求，以完成数据链传送、参数设置等功能。无线标签识别电路模块采用功能强大的16位超低功耗单片机，使本电路的集成度大大提高，提高了设备的可靠性。2、天线天线主要进行2.4G射频信号的收发，并通过馈线送到无线卡识别电路模块，它是发射和接受2.4GHz电磁波的一个重要的无线电部件。八、相关设备技术参数及原理（一）KJ211A-F型位置监测分站1、简介：一种射频电子标签的识别设备，采用本安电路设计，特点是可在较大范围内能同时识别多个卡，具有识别距离远、识别率高、稳定可靠等优点。2、用途：接收识别卡发出的含有标签ID号的2.4GHz的无线载波信号，将接收的信号数据进行识别后通过KJ211-J型数据传输接口上传到监控中心主机。3、技术特征1）、额定工作电压：DC12V工作电流≤200mA。2）、存储容量：400条信息。3）、存储时间：主通信断开后，可存2小时。4、安装及使用1）、分站内接线图：通信线接线说明：分站出厂时已经配有MHYVRP1*4*7/0.30型通信电缆3米，由于此类通信线直径小，所以每个分站都必须用接线盒，接线盒内接线方法是：蓝黄---蓝绿（通信）、红白---红白（电源）。2）拨码开关示意图拨码说明：如图所示面对拨码开关，“1”为波特率调节，拨码拨到“ON”位置波特率为2400，拨到图中所示位置，波特率为1200。“2”～“8”号为地址位，是用二进制表示的，“8”为低位。“2”～“8”号拨码开关拨到ON位置分别对应的10进制数是64,32,16,8,4,2,1否则均为0。如十进制的87=64+16+0+4+2+1，则拨码“2”、“4”、“6”、“7”、“8”分别拨到“ON”位置。（二）KDW0.2/127矿用隔爆本质安全型电源箱1、主要技术参数输入电压127V输出电压DC12V/18V输出电流600mA2、维护说明电压箱共两路输出电压12V/18V，可保证断电后2台分站2小时供电，200m内分站用12V，超过200m用18V供电。注意分站线路检修时，插上电源箱内的一个电池插口。九、系统维护一对485通信线上理论上最多可让127台分站实现通信，一台电源箱最多可接3台分站。1）、严格按照我矿机电设备管理制度进行维护。2）、使用中应经常检查分站的电源连接是否可靠，箱盖是否压紧、盖板螺丝是否紧固。3）、分站严禁被水打湿。4）、分站发生故障时，应先切断电源，然后按三大规程要求处理。故障分析与排除：故障现象故障原因处理方法设备不工作1、本安电源容量小2、分站电缆接头接触不好、电缆超长（43Ω）1、供电电源电流调到大于150mA2、处理电缆接头或减少电缆长度。设备无法传输RS485AB接反AB两线对调主机读不到信息拨码开关设定错误按照说明书设定卡识别率低或无识别1、识别区域未对准2、标签识别电路故障1、检查分站的安装是否对准识别区域。2、更换标签识别电路。十、项目推广效益该系统可使管理人员方便地了解各区域的保有车辆数及人员出入井信息，准确掌握全矿井矿车的分布人员井下作业线路，从而科学、合理、有效地调度使用，减少了经济投入，节约了成本，提高了经济效益，同时也大大提高了运输管理水平和生产效率，取消了专人定期清查工作，也节约了人力资源，对提高整个煤矿的生产效率和管理水平具有重要的意义。