梗阳人员定位系统技术方案.docx
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梗阳人员定位系统技术方案
山西灵石梗阳煤业有限公司
矿井兼并重组整合项目
KJ255井下作业人员管理系统
技术方案
北京龙德时代技术服务有限公司
2014年3月
一、矿井概况
该矿井为兼并重组整合矿井，整合后矿井设计年生产能力60kt/a，矿井投产时布置一个综采工作面，配备1个综合机械化掘进工作面和1个普掘工作面。
整合后的矿井有主斜井、副斜井、提矸、行人立井和专用回风井。
主斜井担负全矿井的煤炭提升任务，并兼作进风井和安全出口；副斜井担负矿井综采设备的运输任务，并兼作进风井和安全出口；提矸、行人立井，作为主要进风井；另一副斜井经刷大后作为整合后的专用回风井，并兼作安全出口。
工业场地为两部分：
主、副斜井工业场地和辅助生产工业场地，两个场地相距约1km.
二、方案设计
1、规范和标准
《煤矿安全规程》2007年；
《煤矿安全监控系统通用技术要求》AQ6201-2006；
《煤矿井下人员监测管理系统通用技术要求》AQ6201-2007；
《人员管理系统安装使用标准》AQ1048-2007
《煤矿安全生产监控系统通用技术条件》MT/T1004-2006；
《煤矿用信息传输装置》MT/T899-2000；
《煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求》MT/T1008-2006；
《煤矿用信息传输装置》MT/T899-2000；
《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》MT209-90；
《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》GB3836.1-2000；
《爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型》GB3836.2-2000；
《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》GB3836.4-2000；
《矿用一般型电气设备》GB12173-1990；
《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB/T50169
《计算机软件开发规范》GB8566
《计算机软件产品开发文件编制指南》GB8567-88
《计算机软件需求说明编制指南》GB9385-88
《电子设备用图形符号》GB/T5465----1996
《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93
其他相关的规范和标准
2、方案设计原则
充分体现系统的可靠性、先进性、开放性、可扩展性、经济性，满足矿井生产，能及时、有效获得监测、控制等管理信息的需要，同时还要考虑矿井近、远期的发展，产品的技术更新与升级换代，售后服务、数据传输接口等多方面的因素。
可靠性：
系统实现数据的采集与逻辑闭锁，因此可靠性稳定性是确保矿井安全的最根本保证。
先进性：
采用国际最先进的软件平台来保证矿井的安全，即用最先进的通用技术来保证系统的可靠性。
系统不仅要实现常规的监测与控制，还应当实现无人值守。
开放性：
所有的网络必须是完全开放的技术，以保证甲方选择厂商的权力和长远利益。
网络应具备良好的可连通性和互操作性，能够提供成熟的接口连接其他主流的第三方设备。
系统不仅要具有多种通用通讯接口与协议，还要具备多种通讯接口与协议。
要确保现有系统和其他矿井安全子系统的接入，要确保监测监控等安全子系统的完全接入。
可扩展性：
系统的硬件和软件具有多种可扩展性的解决方案。
第二节技术要求
一、功能要求
1、系统设备必须符合煤矿安全规程及规范标准，必须通过国家技术监督局认证的检验机构的防爆检验，并取得煤矿井下“防爆合格证”和国家煤炭安全局颁发的安全标志准用证（MA标志证书）。
能在恶劣工业环境下可靠工作，抗干扰能力强。
2、本系统能准确地反映全矿井下及区域人员数量，能作为考勤的参考依据。
3、人员经过检测站点时不需要主动干预，不能影响井下作业人员的正常工作。
同时满足运人车辆任意人数行驶速度大于25km/h的要求。
4、要求各检测传输分站在系统传输信道出现故障时保存人员轨迹信息，当传输信道恢复正常时监测传输分站的信息能传输到监测主机，保证人员信息的不间断。
5、携卡人员以最大位移速度和最大并发数量通过识别区时，系统漏读和误读的最大数量与通过识别卡总数的比值不大于10-4；
6、无线标识传感器与无线标识卡感应灵敏度不得小于10米。
最大并发数量的识别卡进出传输分站识别区，系统及传输分站应能正确识别卡号及进出时刻；
7、最大并发数量的识别卡分别从前、后、左、右不同方向进出识别区，系统应能从不同方向正确识别卡号、时刻；
8、系统应具有携卡人员出/入井时刻，出/入重点区域（采煤工作面、掘进工作面等）时刻，出/入限制区域时刻等监测功能；
9、系统应具有检测识别卡的工作状况和电池电量；
10、系统应具有前台系统软件管理功能；
11、系统支持客户端使用浏览器查询信息；
12、系统应具有携卡人员显示、存储、打印、查询等功能。
并能以Excel报表形式导出。
具体内容包括：
（1）下井人员总数及人员信息、出/入井时刻、下井工作时间等；
（2）出/入重点区域人员总数及人员信息、出/入重点区域时刻、工作时间等；
（3）出/入限制区域人员总数及人员信息、出/入限制区域时刻、滞留时间等；
（4）特种作业人员等下井、进入重点区域人员总数及人员信息、出/入时刻、工作时间等；
（5）工作异常人员总数及人员信息、出/入时刻及工作时间等；
（6）下井人员活动线路等；
（7）携卡人员卡号、姓名、身份证号、年龄、职务或工种、所在区队班级、主要工作地点、每月下井次数、下井时间、每天下井情况等；
（8）按部门、地域、时间、传输分站、人员工种、领导级别、超时报警、超员报警、限制区域报警、工作异常报警等查询。
13、系统应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；
14、系统应具有数据备份功能；传输分站应具有数据存储功能；当系统通信中断时，传输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；
15、系统具有汉字显示和提示功能；
16、自诊断：
系统应具有自诊断功能。
当系统中传输分站、数据传输接口等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。
识别卡在低电压（或故障前）具有报警功能，并能保证从低电压开始报警后，识别卡仍能正常工作48小时以上。
17、双机切换：
系统主机应具有双机切换功能，主机切换时间不大于5分钟。
系统主机采用双机热备工作的工作模式时（优先使用），要保证系统数据实时同步。
系统主机应具有备用电源，其供电时间不小于4小时；
18、网络通信：
系统应具有网络接口、将有关信息上传至各级主管部门。
19、从人员识别卡到传输分站之间的信号传输方向应支持半双工或全双工方式。
20、识别卡供电应采用有源方式。
无线发射功率应符合人身健康和电磁兼容等国家相关标准的要求。
21、无线工作频率：
要求在300MHZ-3GHZ中选取，符合有关标准要求；
22、最大监控容量：
系统允许接入的传输分站数量为128台，并留有扩容空间。
23、人员定位与生命状态监控系统按我矿定员不小于1000人，并留有扩容空间。
24、根据要求及需要提供有关设备、图纸、技术资料、计算资料及其详细说明，以及技术服务项目。
25、当系统主机或通信发生故障时，传输分站存储数据时间应不小于20小时，并能在故障恢复后存储信息向上级主机续传；
26、识别卡电池寿命：
不可更换电池识别卡的电池寿命应不小于2年。
可更换电池的识别卡，其电池寿命应不小于6个月。
27、与其它煤矿井下设备集成的要求：
与其它系统的集成首先要能够保证多系统间不会形成干扰与影响，系统间相互独立。
28、可以扩展2012山东省煤炭工业局1号文件要求必须安装的井下爆破监控系统。
二、系统本身的管理功能
1．自诊断功能
系统具备自诊断功能，能够显示接收器、传输分站的在线状态，工作状态等。
2.系统图形显示功能
自动显示系统的结构情况，便于管理。
3.数据采集功能
各接收器能够实时采集在作用范围内的识别卡的信息，并上传给传输分站，再由传输分站通过数据传输接口将信息传输给地面中心站。
4.自动校时功能
系统根据主机的时间对各个传输分站定期自动校时，确保时间的统一和准确。
5.系统巡检周期25秒内
由于传输分站的数量不同，系统的巡检周期有差异。
正常配置在8个传输分站条件下，巡检周期15秒左右。
6.数据存储功能
主系统可以根据需要设置原始数据的存储时间，没有特殊要求时，系统默认存储时间为1年。
7.双机备用功能
系统具有手动双机备用功能。
值班人员每日24小时内应时时刻刻观察工作主机的操作界面，即时发现工作主机的故障，立即自动更换接线至已通电待用的备用主机，保证系统的正常工作。
8.备用电源功能
传输分站的供电电源具有2小时的后备功能。
当交流电源停电时，能自动投入工作，保证继续监控。
系统恢复供电，备用电源自动退出。
9.多种数据传输功能
为了信息共享，监控主机采用TCP/IP协议可与上级局、城域网或其他信息系统进行联网。
10.管理权限功能
点击注册/修改，输入用户名描述、登录用户名、登录密码，点击提交，即完成一个登录或注册，以后即可以用此登录用户名、登录密码使用系统。
11．网络管理功能
针对梗阳煤矿的实际，为了使集团公司能够方便的对矿井人员定位的管理。
系统在软件和硬件上进行了针对性的设计。
硬件方面方便的进行光纤网的连接，软件方面在数据传输、储存、数据提起方面充分考虑了有关协议和方便，可以很好的完成各级联网的需要。
三、设备使用的环境与要求
1、设备使用环境条件与安装要求：
1）安装于机房、调度室的设备，应在下列条件下正常工作：
环境温度:
0℃～40℃；
相对湿度:
20%～90%；
温度变化率：
小于10℃/h，且不结露；
大气压力:
80kPa～106kPa2、
2）除有关标准另有规定外，系统中用于煤矿井下的设备应在下列条件下正常工作：
环境温度：
0℃～30℃；
平均相对湿度：
不大于95%（+25℃）；
大气压力：
80kPa～106kPa；
有爆炸性气体温和物，但无显著振动和冲击、无破坏绝缘的腐蚀气体；
无显著摇动和剧烈冲击振动的环境。
无淋水、无强腐蚀性气体、无显著摇动和剧烈冲击振动的环境。
无强电磁干扰的场所。
2、系统数据传输
1．地面主机与传输分站之间的数据传输
1 传输信号方式：
光信号
2 传输电缆：
电缆
3 最大数据传输距离：
10公里
2．数据数据传输接口传输分站间的数据传输（井口的一个传输分站）
1 传输信号方式：
半双工、串行异步传输；
2 传输电缆：
通讯电缆（MHYVR1×2×7/0.52）；
3 巡检周期：
＜10S；
4 传输速率：
2400-9600bps；
5 误码率：
≤10-6；
6 最大通讯距离：
≥10Km；
7 最大通讯电流：
≤80mA。
3、地表监控主机安装与要求：
地表监控主机的安装参照电脑安装文件进行；
监控主机及其相关连的设备要有专门的安放地点，要有良好的接地屏蔽措施；
地表监控主机要设专人维护。
4、数据传输接口的安装与要求：
1 数据传输接口安在地表监控主机机房内；
2 数据传输接口不能安在靠近热源、潮湿、粉尘大的地点；
3 数据传输接口的232串口与地表监控主机RS232串口插接牢固；
4 数据传输接口与地表监控主机的连接线不大于15米；
5 数据传输接口的电源线连接牢固可靠。
6 数据传输接口的外壳接地线由外壳接地螺栓引出，接入大地，并保持良好的接地连接，接地电阻不大于4Ω。
7 数据传输接口的电源插头插接在AC220V电源插座上。
8 地面主机房，应该进行整体的防雷设计。
5、避雷器的安装与要求：
输入端和输出端严禁接反。
接地线端子必须接地。
避雷器属外购件,严格参照产品说明书有关要求执行。
6、传输分站安装与要求：
产品的安装位置：
该产品可安装在有可燃气体的区域，固定到巷道壁上。
传输分站的固定：
传输分站可安装在井下巷道一侧墙壁上。
安装时先用防爆电钻按有关电气安装要求在巷道壁上适当的高度钻孔，然后将Φ8×100mm的膨胀螺丝固定在巷道壁上，在膨胀螺丝上安装挂钩，将传输分站挂在挂钩上。
传输分站的外部连接
传输分站固定安装完成后，拧开传输分站外壳的两个闭锁螺丝，打开机壳外盖；同时拧开通讯和电源接口的缩口固定螺丝，取出封口胶垫，将通讯和电源电缆串接好缩口固定螺丝、橡胶垫圈后通过传输分站接口，拧紧缩口固定螺丝；把通讯和电源电缆固定到各自的接线柱上，检查机壳外盖的封闭胶垫圈完好后，上紧闭锁螺丝。
7、防爆电源的安装与要求:
产品的安装位置:
防爆电源可安装在离井下传输分站25米以内符合安装条件的地点。
电源的固定:
防爆电源可安装在井下巷道一侧墙壁上。
安装时先用防爆电钻按有关电气安装要求在巷道壁上适当的高度钻孔，然后将Φ8×100mm的膨胀螺丝固定在巷道壁上，把防爆电源固定在膨胀螺丝上。
8、人员识别卡使用要求：
人员识别卡属作业人员必带物品,要求随身携带,不得离开身体随意放置。
产品使用时应遵循如下要求：
产品免受重大打击和碰撞；
产品免受水、油等液体侵蚀；
产品在0℃～+40℃环境存放和使用；
产品挂在腰带上。
9、通信电缆安装、连接与要求:
1、通讯电缆应铺设在巷道的电缆钩上，保持合理垂度，美观、工整。
2、电缆接头应采用本安通讯接线合连接，红线接“＋”，黑线接“－”，严禁接错。
3、通信电缆属外购件，严格参照产品说明书有关要求执行。
四、系统设备的技术参数
1、传输分站（KJ225-F）:
传输分站主要由信息采集处理模块、传输模块、后备电源、嵌入式软件组成。
主要功能就是双向通讯---一方面将接收到的人员信息传到地面；另一方面将地面的指令传到人员识别卡。
一个传输分站最多可以连接8个无线接收器。
传输分站与无线接收器距离最大可以达到2千米。
传输分站与数据传输接口的信号传输可以采用CAN总线方式，也可以直接接光端机，采用光缆通讯的方式，也可以直接接工业环网交换机。
传输分站内存容量为5000条记录。
传输分站需要布置在安全环境好的巷道或者硐室为宜。
每个传输分站需要一个矿用本安电源供电（不间断的供电不小于2小时），由此保证传输分站在断电等特殊情况下的连续工作。
主要技术参数：
工作电压：
DC18V±15%
工作电流：
≤120mA
功耗：
≤3W
接收灵敏度：
≤–109dBm
传输速率1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，人为设置
工作频率2.4GHz
频偏：
±150KHz
调制方式FSK
防爆型式ExibI
防护等级IP54
工作温度-20℃-40℃
环境湿度≤95%
外型尺寸：
（310×210×70）mm
重量：
2100克
供电电源隔爆兼本安电源KJH6.2/输入电压：
127V\380V\660V/出电压18V/输出电流：
≤650mA
2、数据传输接口（KJ225-J）
数据传输接口功能就是传输监控主机到传输分站和传输分站到主机的信号传输，并实现地面线路和井下线路的隔离，保证矿井的安全。
主要由信号转换模块组成，完成通讯信号的转换。
采用光栅隔离技术实现本安与非本安运行环境的隔离，实现店面线路和井下线路的隔离。
采用220V电源供电。
主要技术参数：
电源电压：
AC220V（±10%）
工作电压18V
工作电流：
≤100mA
通讯速率：
1200bps～9600bps间自动调整
外型尺寸：
（430×300×80）mm
重量：
3500克
3、传输电缆（MHRV1×4×7/0.47）:
+20℃导体直流电阻：
≤18.1Ω/km
线对工作电容：
≤0.06uF/km
电感：
≤800uH/km
4、地面中心站:
设备配备:
中心站的标准配置为：
服务器1台、工控主机2台，2000瓦2小时不间断电源1套。
采用CAN总线传输时，需要信号避雷器2个。
地面中心站主机采用工控机、配备两台，一台工作一台备用。
最低配置为：
a）CPU：
Pv或以上级别；
b）操作系统：
Windows2000以上操作系统；
c）内存：
4G以上；
d）显卡：
Windows系统兼容，1G以上的显存，可以工作于1024*768分辨率；
e）硬盘：
500G以上。
f）19寸液晶显示
5、信号避雷器（LAXCH303-24CH）:
工作电压：
24V
额定放电电流：
5A
最大放电电流：
10A
防护电平（线-线）：
50V
防护电平（线-地）：
30V
响应时间：
1ns
传输速率：
1Mbps
产品外形尺寸：
（42×25×25）mm
地面中心站（机房）是整个系统的控制中枢，通过串行接口与及井下所有通讯数据传输接口与定位传输分站联接，通过网卡和网络交换机与地面局域网各终端联接。
工控机（上位机）对井下所有定位传输分站巡回采集记录数据，刷新给定数据。
6、人员识别卡（KJ225-K）:
识别卡主要由嵌入式处理器、型号处理模块和高能电池组成，每个卡发射出唯一的加密识别码无线电信号。
具有人员监控管理、寻呼、生命状态监控和防止作弊监控功能。
寻呼功能，就是在人员遇到紧急情况时，按呼救键，系统将呼救信，及时传输到地面指挥中心和网络，通过声光报警，寻求救援！
生命状态检测功能就是，能够监控人员的生命状态，紧急特殊条件下，地面可以呼叫井下人员，用于救援目的；作弊监控，就是系统能够自动检测出多带卡的人员，防止人员多带卡冒领工资、补助等等。
人员识别卡采用纽扣锂电池供电，换一次电池的使用时间不少于12个月。
主要技术参数：
工作电压：
3V
待机电流：
≤２μＡ
工作电流：
≤3.5mA
功耗：
≤20mW
发射功率：
5-10mW
外型尺寸：
（75×50×24）mm（腰卡）
发射距离：
≤15-50m
传输速率：
1200bps
工作频率：
2.4GHz
频偏：
±150kHz
调制方式FSK
防爆型式ExibI
防护等级IP54
工作温度-25℃-40℃
环境湿度≤95%
重量：
50克
供电电池：
Li2450和2477
无线传输距离3-50米可调。
瞬时并发256个卡号。
系统总体设备配置如下表
序号
设备名称
设备型号
数量
单位
备注
1
监控主机
双核/4G/500G/1G独显/19寸液晶
2
台
2
人员定位管理系统软件
KJ225
1
套
3
数据传输接口（带光纤）
KJ225-J
2
台
4
传输分站
KJ225-F
28
台
5
无线接收器
KJ225-S
100
台
6
人员识别卡
KJ225-K
800
张
7
光纤传输分站
KJ225-F
2
台
8
本安电源
KDW17
28
台
9
本安电源
KDW0.7/18
5
台
10
信号电缆
MHRV1*4*7/0.43
米
11
避雷器
LAXCH303-24CH
1
对
12
LED显示装置
3平米
1
套
13
服务器
双核IntelXeon3060处理器，2.4GHz,（DDR3、1600MHz）4G内存，320GSATA硬盘，支持RAID0/1，DVD-ROM，1000M双网卡，1U机架式，提供Windows2003Server标准版操作系统。
台
14
接线盒三通
JHH-3
100
个
15
接线盒二通
JHH-2
100
个
升级会员 