井下人员定位系统金原.docx
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井下人员定位系统金原
井下人员定位系统-金原
井下人员定位系统
设
计
方
案
广元市金原电子有限公司
2011年04月
第一章概述
随着国家对煤矿安全的日益重视和监管力度的不断加强，我国大中型煤矿及广大乡镇小煤矿已大量装备了井下作业人员定位管理系统，这些装备的推广应用大大改善了我国煤矿安全生产状况。
但目前煤矿井下还普遍存在入井人员管理困难，井上人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，一旦事故发生，对井下人员的抢救缺乏可靠信息，抢险救灾、安全救护的效率低，效果不理想。
我公司多年来一直致力于煤矿安全信息研究，公司依托强有力的自动控制及无线通信技术研发平台，进行资源整合，不断加大煤矿安全产品的研发投入。
公司以建立煤矿井下作业的灾害预防、事故救助、电子信息化管理为主要目标，致力于煤矿安全信息化、智能化的建设，并参与了北京矿业大学国家煤炭行业唯一的重点实验室建设。
矿井人员井下定位管理系统，对煤矿入井人员进行实时监测，随时查看井下人数量。
如果发生灾变，还可立即从监控计算机上查询事故现场的人员情况、在软件中可显示被困人员数量，为事故抢险提供科学依据。
同时，也可利用系统的日常井下定位管理功能，对矿井人员进行井下定位管理。
我们采用目前国际上最先进的SUPER-RFID技术的井下定位系统，能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。
当事故发生时，救援人员也可根据井下人员及设备定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。
我公司开发的井下人员定位管理系统技术先进、设计合理、结构新颖、主要技术性能指标符合煤矿实际需要。
我们承诺已创新的技术，完善的售后，最低的价格为我国煤矿的安全生产和事故后的抢险救灾发挥积极作用。
公司坚持技术第一、质量第一、售后第一、信誉第一的原则。
为你的矿业服务，是我公司的荣幸，更是贵矿业的明智选择。
第二章设计依据、原则、原理
设计依据：
煤矿人员管理系统在设计过程中始终遵循系统应具备高可靠性，先进性，适用性，可扩展性及开放性原则，以满足煤矿用户在实际使用中的需要，设计依据为：
《煤矿安全规程》2004
《煤矿监控系统总统设计规范》
《煤矿监控系统中心站软件开发规范》
《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》
《爆炸环境用防爆电气设备本质安全型电路和电器设备要求》
《煤矿人员管理系统产品企业标准》
《煤矿安全监控系统通用技术要求》
《煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》AQ-6210-2007
《煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》
设计原则：
Ø实现用户目前的井下定位需求，并为用户预留出足够的系统扩展空间
Ø全部识别设备基于计算机局域网建设，保证系统十年内不淘汰
Ø整个井下定位系统设计为：
集中控制、分散管理，各部门分工明确、各司其职各负其责
Ø系统具备应付网络瘫痪、服务器故障的能力，所有井下定位机具备完全的单机独立运行能力；
井下定位的当前识别记录可实时存入数据库中。
Ø可对特定的人员进行实时跟踪（其精度与监测分站的多少有关）.
设计目标：
Ø使用先进的标准化网络设备，实现全面精确实时的人事井下定位管理要求
Ø终端设备直接连接到公司内部局域网，使得整个系统基于先进的网络结构，实现更多管理、查询、维护功能；
Ø网络断开时，井下定位终端机可完全单机运行，待网络恢复后可自动上传井下定位记录；
Ø整个管理系统包括井下定位管理、人事管理、卡片/指纹建档、记录查询、报表汇总等应用模块，能为公司在人事井下定位等日常管理方面进行全面的管理和服务；
Ø井下定位软件允许集中授权、分散管理；
Ø具有灵活、全面的报表系统，用户可自定义报表格式，适用于各种需求；
Ø有单独的报表显示出下井人员的详细信息、下井的时间、上井的时间。
实时自动统计出下井人员的详细资料以及下井人员的日报表及月报表。
一旦发生事故可即时显示出未上井人员的数量及资料。
Ø可供煤矿领导远程调取数据（B/S—C/S），实时监控矿井生产情况。
设计介绍：
煤矿井下作业人员定位管理系统是集人员考情管理、井下作业人员定位管理功能于一体的数据库应用系统。
其功能强大，使用方便，适用于煤矿企业或矿山事业单位进行人事、井下作业人员定位管理。
本系统主要实现井下定位数据管理、报表、与井下定位通讯等，达到实时监控矿井作业人员的活动情况。
我们在软件里提供了与井下定位设备（人员信息卡）通讯的功能，通过软件可远程呼叫井下作业人员，方便用户操作，达到使矿井工作人员也能实时了解煤矿井下安全情况；在软件里设置了用户权限，系统管理员可随时添加/删除用户，分配权限。
不同权限的用户所允许使用的功能不同，这样既便于管理用户，又保证了系统可靠、安全。
设计原理：
煤矿井下人员定位管理系统的工作原理是：
应用射频技术（RFID）和计算机通信技术，在井上调度室或者监控室设置中心控制计算机系统，入井口设置井口读卡分站，也可设置验卡系统（根据煤矿需要），在井下重点位置设置读卡分站（重点巷道、变电所，水房，岔路口，弯道处，采掘面，采空区以及其他危险区域等等），也可根据矿井实际需要，加设读卡分站。
当井下作业人员携带人员信息卡经过这些区域时，会自动向读卡分站无线发射信号（人员卡ID号），读卡分站和中心控制计算机系统之间通过矿用通信电缆（CAN总线）或者光缆连接，经数传接口传输数据。
井下作业人员、车辆以及其他设备分别携带银利华科技人员信息卡，系统通过读卡分站与人员信息卡之间的无线通讯，实现对别识别对象的目标定位和无线寻呼，从而为矿上安全生产指挥调度，安全监测检查，人员验卡考勤，区域进入控制，紧急事件处理等工作提供有效手段，系统可同时将有关数据上传至各级管理部门，为各级领导监督指挥决策提供重要依据，主要采用B/S和C/S模式。
井下人员定位管理系统KJ280原理图
第三章井下人员定位系统概述
1、系统功能概述及产品优势
我公司的煤矿人员管理系统是集计算机软硬件，信息采集处理，无线数据传输，网络数据通讯，自动控制等技术多学科综合应用为一体的信息技术产品，该系统是通过对煤矿坑道远距离移动人员进行非接触式信息采集，从而实现目标的自动化采集管理,使井下能够实现人员定位管理。
该系统由于集成了技术含量较高的无线射频识别技术，应用了目前传输速率最快的无线芯片，实现了可靠的无线数据通信，分站和人员卡等设备采用本质安全型设计，安装方便，作用距离远，具有识别无盲区，信号安全保密性高，对人体无电磁污染，环境适应性强等特点。
产品优势：
◆我公司的井下人员定位系统由公司海外留学技术人才和中国矿业大学（北京）联合开发，并拥有煤炭行业唯一的国家级重点实验室，引进美国、德国、韩国等先进设备，产品技术先进，性能卓越。
◆我公司是井下作业人员人员定位管理系统通用技术条件的制定单位，（起草者是中国矿业大学副校长孙继平教授）四川银利华应用科技有限公司是制定该井下人员定位行业标准参考单位。
◆经过5年的发展，我们的产品在矿山应用实践中不断改进，目前已十分成熟，其设备、技术均居于业内领先地位。
已于多家大型矿业集团合作。
产品特点：
◆无线速率最快，抗干扰能力极强：
采用最新射频芯片，空中传输每秒1兆位（1Mbps），是目前人员定位芯片中最快的，这样大大地减少了空中碰撞和干扰，更有利于人员众多的场合应用，技术国内处于领先状态。
◆图形化软件，功能丰富：
采用了地理信息系统GIS和SQLServer数据库相结合，图文并茂。
在分站设置，分站移动和线路布局等方面都有独到之处。
分站可任意拖动，根据矿井的生产进度方便显示分站（增加或减少）。
◆具有双向呼叫功能：
井上可呼叫井下人员，井下人员有危险时可呼叫井上人员求救，对抢险救灾有十分重要意义。
◆识别卡ID可以修改：
通过人员卡检测仪修改ID，一张或数张识别卡损坏或丢失，可以直接用新识别卡修改成原ID号码，延续原ID，不增加系统管理考勤量化工作，更实用更人性化的功能设计。
◆系统软件可以监测识别卡电量信息：
（管理系统软件可实时监控人员卡电池电量情况，可通过大屏幕LED显示；做到随时更换电池，不会出现因为电池无电、欠电而影响定位效果）此外，我们自主研发的人员卡检测仪可以随时对人员卡电池进行检测（单个人员卡或整个系统的人员卡），并且能在矿工休息的时候对人员卡进行暂时休眠和永久休眠，节省电量。
◆设备故障自捡：
有设备故障自动报警功能，维修十分方便。
（例如，井下基站出现故障，可以通过LED大屏幕显示出来，实时维修。
）
◆本系统可实现贵公司领导远程调取数据，达到实时监管矿上作业情况。
根据矿井图实地情况，我们所做的方案具体实施如下：
读卡分站主要布置在：
井口、主要巷道（弯道处，岔道口，三岔口等地方）、变电所、水房、采掘面以及危险区域等重要区域。
井下读卡分站到井上数传接口采用的是CAN总线连接，数传接口通过串口服务器与矿上局域网---环网连接，（我们的数传接口自带有串口服务器，用RG45直接与环网连接），矿上局域网通过串口服务器与控制中心计算机系统连接，最后通过大型显示屏LED显示。
2、系统无线射频识别技术的原理
本产品运用的是一款新型单片射频收发器件,可在物理时间内一个无线模块同时接收6个无线模块发出的信号，这个特性对于人员定位产品特别重要，利用芯片特性能够使多发一收实现不丢人，误码率极低，特别适用于井下人员众多，数度较快通过分站的情况。
该产品工作于2.4GHz～2.5GHzISM频段。
融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置，功耗低,多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。
主要特性如下：
GFSK调制：
硬件集成OSI链路层；具有自动应答和自动再发射功能;片内自动生成报头和CRC校验码；数据传输率为lMb/s或2Mb/s；SPI速率为0Mb/s～10Mb/s；125个频道。
目前，这种2.4G的新型射频芯片集信息采集,存储,传递及处理的技术,将为煤矿井下人员定位监测,控制和监测起到非常重要的作用.
3、人员定位系统组成及主要功能
煤矿人员管理系统由工控机1台（包括显示器）；系统软件1套；数据传输接口1个；读卡分站按实际情况配置；隔爆兼本安型不间断电源与分站数一致；识别卡按实际情况配置;信号避雷器3个;接线盒按实际情况配置;激光打印机可选配;通讯电缆按实际长度配置等组成。
系统数据传输采用CAN总线方式（也可适应光纤及以太网）。
1监测
1.1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。
1.2系统具有识别携卡人员出/入巷道分支方向等功能。
1.3系统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。
1.4系统能识别多个同时进入识别区域的识别卡。
1.5系统具有识别卡工作是否正常和每位下井人员携带1张卡唯一性检测功能。
1.6系统具有寻呼功能。
1.7系统具有呼救、告急功能。
2管理
2.1系统具有携卡人员下井总数及人员、出/入井时刻、下井工作时间等显示、打印、查询功能，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。
2.2系统具有携卡人员出/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。
2.3系统具有携卡人员出/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。
2.4系统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。
2.5系统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。
2.6系统具有携卡人员卡号、姓名、身份证号、年龄、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。
2.7系统具有按部门、地域、时间、分站、人员等分类查询、显示、打印等功能。
3存储和查询
3.1系统具有存储功能，存储内容包括：
a）出/入井时刻；
b）出/入重点区域时刻；
c）出/入限制区域时刻；
d）进入分站识别区域时刻；
e）出/入巷道分支时刻及方向；
f）超员总数、起止时刻及人员；
g）超时人员总数、起止时刻及人员；
h）工作异常人员总数、起止时刻及人员；
i）卡号、姓名、身份证号、年龄、职务或工种、所在区队班组、主要工作地点等。
3.2系统具有查询功能。
查询类别如下：
a）按人员查询；
b）按时间查询；
c）按地域查询；
d）按识别区查询；
e）按超时报警查询；
f）按超员报警查询；
g）按限制区域报警查询；
h）按工作异常报警查询；
i）按人员分类查询；
j）按部门查询；
k）按工种查询等。
3.3系统具有防止修改实时数据和历史数据等存储内容（参数设置及页面编辑除外）功能。
3.4系统具有数据备份功能。
3.5分站具有数据存储功能。
当系统通信中断时，分站存储识别卡卡号和时刻；系统通信正常时，上传至中心站。
4显示
4.1系统具有汉字显示和提示功能。
4.2系统具有列表显示功能。
显示内容包括：
下井人员总数及人员、重点区域人员总数及人员、超时报警人员总数及人员，超员报警总数及人员，限制区域报警人员总数及人员、特种作业人员工作异常报警总数及人员等。
4.3系统具有模拟动画显示功能。
显示内容包括：
巷道布置模拟图、人员位置及姓名、超时报警、超员报警、进入限制区域报警、特种作业人员工作异常报警等。
具有漫游、总图加局部放大等方式。
4.4系统具有系统设备布置图显示功能。
显示内容包括：
读卡分站的设备名称、相对位置和运行状态（可漫游、总图加局部放大）。
5打印
系统具有汉字报表、初始化参数召唤打印功能。
打印内容包括：
下井人员总数及人员、重点区域人员总数及人员、超时报警人员总数及人员，超员报警总数及人员，限制区域报警人员总数及人员、特种作业人员工作异常报警总数及人员、领导干部每月下井总数及时间统计等。
6人机对话
6.1系统具有人机对话功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用、图形编辑等。
6.2系统具有操作权限管理功能，对参数设置等必须使用密码操作，并具有操作记录。
6.3在任何显示模式下，均可直接进入所选的列表显示、模拟图显示、打印、参数设置、页面编辑、查询等方式。
7自诊断
系统具有自诊断功能。
当系统中分站设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。
8双机切换
系统主机具有手动双机切换功能。
9网络通信
系统具有网络接口、将有关信息上传至各级主管部门。
10系统具有软件自监视功能。
11系统具有软件容错功能。
12系统具有实时多任务功能，对参数传输、处理、存储和显示等能周期地循环运行而不中断。
13联网功能简单，完全B/S结构。
只有有网络的地方，既可以监控和管理。
同时在人员定位系统的上位机软件中交叉了煤矿专业OA系统，是的煤矿的管理自动化。
上位机软件具有具有领导视察功能、具有网内公告和通知功能、具有煤矿上传报表功能。
14综合管理平台，融合瓦斯监测、人员定位、视频监控。
我公司的联网平台是专业软件，不同于其他公司的单一数据上传。
同时我公司的软件系统同时具备两套，煤矿使用C/S结构系统，保证是绝对时效性，远程联网平台才有B/S结构，保证远程平台绝对的时速性。
15系统具备完善的领导带班下井管理监控管理功能。
16系统具备特种证件的管理、审查功能。
17系统具备我省安监局最新要求具备特种工作证管理、审核等功能。
18系统具备双向文件上下传功能。
公告功能。
全国唯一在人员定位系统中交叉这个功能。
4、人员定位管理系统软件
系统软件具体实现的功能
1）.系统根据矿井实际情况（矿方提供的系统通风图）,模拟显示井下巷道、采区、掘进工作面图形，并在该图上显示基站及其范围内的人员动态分布；
2）.查询井下任一指定人员在当班时间内的活动轨迹（所经历的各个基站）及当前所在位置和指定时间所处的位置；
3）.查询任一指定基站内的人员情况，数量；
4）.考勤情况查询，查询人员考勤记录,可生成日统计报表，可打印，数据可备份；
5）.系统设备出现故障可自动报警，显示具体故障地点；
6）.井下基站当线路出现故障，可以实现数据自动存储，线路通讯恢复后，再将数据上传；
7）.超时记录查询，显示当前井下员工中所有超出规定时间，可以通过报表形式打印出来，可以通过超时纪录，来管理员工；
8）.超员记录查询，对某个区域的超员情况进行管理，给出报警信息；
9）.工作异常管理，对于特殊工种，以及某些员工在井下的异常工作状态进行汇总，如超时，超员等情况；
10）.设备故障信息管理，检测井下基站及交换机的工作状态，通过实时的检测，保证系统正常运转，发现故障，及时维修，方便维护；
11）.报表管理，可根据用户的不同要求，形成不同的格式，便于管理；
12）.多台电脑数据共享功能，在矿局域网内，可实现多台电脑数据共享的功能，以利于其他领导和部门查询。
5、系统功能
1）系统根据矿井实际情况（矿方提供的系统通风图）,模拟显示井下巷道、采区、掘进工作面图形，并在该图上显示基站及其范围内的人员动态分布；
2）查询井下任一指定人员在当班时间内的活动轨迹（所经历的各个基站）及当前所在位置和指定时间所处的位置；
3）查询任一指定基站内的人员情况，数量；
4）考勤情况查询，查询人员考勤记录,可生成日统计报表，可打印，数据可备份；
5）系统设备出现故障可自动报警，显示具体故障地点；
6）井下基站当线路出现故障，可以实现数据自动存储，线路通讯恢复后
再将数据上传；
7）超时记录查询，显示当前井下员工中所有超出规定时间，可以通过报表形式打印出来，可以通过超时纪录，来管理员工；
8）超员记录查询，对某个区域的超员情况进行管理，给出报警信息；
9）工作异常管理，对于特殊工种，以及某些员工在井下的异常工作状进行汇总，如超时，超员等情况；
10）设备故障信息管理，检测井下基站及交换机的工作状态，通过实时的
监测，保证系统正常运转，发现故障，及时维修，方便维护；
11）报表管理，可根据用户的不同要求，形成不同的格式，便于管理；
12）多台电脑数据共享功能，在矿局域网内，可实现多台电脑数据共享的功
能，以利于其他领导和部门查询（数传接口通过串口服务器与矿上局域
网连接组成环网，领导可远程调取数据）。
6、系统主要技术指标及组成设备的特点
1.数据传输接口：
1）.数据传输接口支持CAN总线，
光纤和以太网等传输方式；
2）.数据传输接口与读卡分站等设备
具有双向通信及其指示功能；
3）.数据传输接口具有故障诊断和指示功能。
2.识别卡：
发射唯一的人员编码信息，人员识别卡有腰式，灯绳式两种，推荐灯绳式，不易换卡，便于人员携带，便于管理，用户可根据实际需要进行选择。
1）.识别卡具有发送卡号的功能；
2）.识别卡具有发送报警信息功能；
3）.识别卡具有接收巡呼信息功能。
3.读卡分站：
接收人员卡发出的无线编码信号，能够存储检测到
人员卡信息。
根据巷道实际情况,在人行巷的岔路口，
掘进头，工作面安装。
1）.读卡分站具有与数据传输接口双向通信功能；
2）.读卡分站具有自诊断和故障指示功能；
3）.读卡分站与读卡分站之间具有双向无线数据通信的功能；
4）.读卡分站具有与KJ280-K识别卡进行双向无线数据通信的功能。
4．隔爆兼本安型不间断电源
井下交流输入电压：
127V；
直流输出电压：
12V，1A。
具有停电自动切换电池供电的功能：
电池容量：
12V/3.5A/2h。
给读卡分站单独供电
5.通讯电缆
主通信电缆型号参数
电缆型号
MHYV
主要参数
电缆直流电组≤12.8Ω/km
电缆分布电容≤0.06μF/km
电缆分布电感≤0.8mH/km
电缆对数
2芯
电缆线芯
7/0.52
6.工控机，激光打印机，UPS电源
1）工控机:
CPU:
2.8GHz以上，内存：
512M以上，硬盘：
80GB以上，显卡：
64M以上显存，串口：
2个以上，DVD光驱,配备17寸三星液晶显示器,建议中心站配备备用工控机，。
2）激光打印机：
A4MSWindows兼容的中文打印机；
3）UPS交流电源：
AC220V/1000VA/2h
7）RFID电脑检测仪
功能：
近距离检测识别卡号码
也可用于人员搜救。
设备主要特点：
1、读卡分站特点：
1）双向传输：
具有无线双向的通信功能，可由人员卡上传报警信息，也可由分站寻呼持卡人员；
2）CAN总线：
采用CAN总线技术，驱动能力和抗干扰能力强，传输距离远，比485总线更胜一筹；
3）时钟存储：
具有时钟和存储功能，并可用软件设置分站编号功能，井上可以随意修改分站编号，使用及其方便；
2、人员识别卡特点：
1）.双向功能：
人员卡具有单向和双向两种功能，可由用户选用；接收系统呼叫，主要以三种形式表现：
呼叫（蜂鸣）；警示（亮灯）；紧急撤离（蜂鸣+亮灯）
2）.携带方便：
可与矿灯一起携带，减少了人员带卡时再穿皮带的麻烦；
3）.高速无线：
采用最新射频芯片，空中传输每秒250K-1兆位（1Mbps），是目前人员定位中最快的芯片之一，这样大大地减少了空中碰撞和干扰，更有利于人员众多的场合应用。
3、数据传输接口特点：
1）.多口兼容：
数据传输接口具有多种接口的选择，可选择CAN总线，光纤或以太网不同模式使用。
具有很好的实际应用价值；
2）.双串组合：
数据传输接口可与两台工控机串口通讯。
可使备用计算机和工作计算机同时接收井下发来的信号，大大提高了备用机的切换速度。
4、软件管理系统特点：
1）.图形平台：
GIS和CAD平台的结合，使软件功能丰富，图文并茂；另有SQLServer为数据库平台，管理数据功能强大；
2）.最新标准：
系统采用了最新的人员定位标准来进行的安标认证，功能丰富，完全实现了新标准的要求；
3）.拖移基站：
在计算机屏幕的画面上直接拖动鼠标，即可添加和减少基站，使系统维护更加方便快捷；
4）.无线中继：
可通过无线中继建立新的CAN系统，组网方便，可扩展性强；
5）.自动诊断：
具有自动诊断功能，并显示在屏幕上，自动报警。
更有利于维修；
第四章系统特点
1高时效性，我们是0.5秒发送一次信号。
（其他公司的2-8秒）
2系统上位机直接检测每个即将下矿的卡电量，使得每个下井进入工作状态的卡工作的绝对正常性。
3线路故障时候，基站可以自动存储2000张卡的数据，时间不小于24小时。
4联网功能简单，完全B/S结构。
只有有网络的地方，既可以监控和管理。
同时在人员定位系统的上位机软件中交叉了煤矿专业OA系统，是的煤矿的管理自动化。
上位机软件具有具有领导视察功能、具有网内公告和通知功能、具有煤矿上传报表功能。
5综合管理平台，融合瓦斯监测、人员定位、视频监控。
我公司的联网平台是专业软件，不同于其他公司的单一数据上传。
同时我公司的软件系统同时具备两套，煤矿使用C/S结构系统，保证是绝对时效性，远程联网平台才有B/S结构，保证远程平台绝对的时速性。
6系统具备完善的领导带班下井管理监控管理功能。
7系统具备
升级会员 