井下人员定位系统验收报告.docx
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井下人员定位系统验收报告
太原东山煤矿有限责任公司
煤矿井下人员管理系统
验收报告
太原东山煤矿有限责任公司
山西斯科瑞特科技有限公司
2011年4月
第一章项目工作报告
一、项目背景
1、必要性
煤炭作为重要能源之一，在工业生产和人们日常生活中有着举足轻重的影响。
煤炭经济收入占我国国民经济总收入的很大份额。
因此可以说，煤炭工业发展的优劣影响到了我国工业现代化的进程。
安全是煤炭生产的头等大事，安全对煤炭生产起着保证、支撑和推动作用，煤矿安全生产也是国家安全生产的重要组成部分。
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煤矿安全生产监控系统，这些安全装备的推广应用大大改善了我国煤矿安全生产状况。
但目前由于煤矿井下作业人员、车辆等目标流动性大，一旦下井后，就无法确切地知道他们所在的位置，井上人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，造成监控系统对入井人员管理困难。
当矿井发生透水、火灾等事故时，对井下人员的抢救缺乏可靠信息，同时矿山机车的实时定位难以确认，不利于矿山机车运作的安全，将给救灾工作带来极大的困难。
井下作业安全一直是党和政府十分重视和亟待解决的问题，矿难正严重威胁着井下矿工的生命安全，如何加强安全生产，提高事故搜救工作效率，已作为国家安全生产主管部门的重要议事日程。
为此，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，有效进行矿工管理，保证抢险救灾、安全救护的高效运作显得尤为重要和紧迫。
面对新形势、新机遇和新挑战，国家各级主管部门的领导对安全生产工作提出了很高的要求和期望。
2、国内外现状
目前国内有的井下安全监控系统采用的是485或CAN总线方式，主从结构，需要设置一台主机不停地轮询才能将各个检测点的数据及状态送到监控中心，一旦主机故障，将使安监系统的通讯瘫痪，从而使系统无法正常工作。
而且此类系统容量有限，升级困难。
本项目以无线通讯技术为基础，应用通讯技术中的信令技术及无线发射接收技术及自动控制技术，通过电缆和以太网环网连接方式，实现多通道、多制式的信号采集和通讯功能。
3、项目背景
随着国家对矿山企业安全问题的日益重视和监管力度的不断加强，以及矿井机械化程度的不断提高，建立一套有效可靠的人员、设备监控和调度系统已成为许多矿山企业管理的迫切要求之一。
目前我国大中型煤矿及乡镇小煤矿已大量装备了安全生产监控系统，这些安全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。
为了对太原东山煤矿有限责任公司的井下矿工进行有效管理，随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的活动轨迹，精确统计每班下井人数，各类作业人数，提高生产指挥调度、紧急事件处理等能力。
根据国家安全生产监督管理总局的指示精神，在方案充分论证的基础上，实施“井下人员管理系统”项目。
该项目能够实现与太原东山煤矿有限责任公司现有网络设备的完全兼容，实现资源和信息共享。
二、系统设计思想
1）将成熟的工业以太网技术应用于煤矿井下，是煤矿信息化的发展趋势。
2）用无线双向通讯：
井下人员可紧急求助，井上可通过多种声、光报警方式主动通知井下人员撤离；
三、主要内容及实施过程
1、主要内容
1）基于千兆工业以太环网的KJ236人员定位与管理系统
2）KJ236系统与环网的对接
3）考勤功能
4）项目安装
（1）太原东山煤矿有限责任公司井底读卡器分期施工安装，主要覆盖的区域如下：
（一期）
●乘人井井口；
●矿井井底车场；
●井底中央变电所，650采区，115采区；
●五采区512北翼，515下山，512下山；
●七采区712皮带下山，712轨道下山，715皮带下山，715轨道下山；
（二期）
●215轨道斜巷车场，650皮带大巷，215排矸集中回风巷，215排矸集中运输巷，215回风巷；
●115轨道下山，115回风下山，一采区回风巷；
●515轨道上山；
●515皮带下山，51522材料巷，51522运输巷；
●512皮带下山，512轨道下山，51219材料巷，51219运输巷，650皮带巷（五采区段）；
●51223材料巷，51223运输巷；
●715轨道上山，71503材料巷，71503运输巷；
●715轨道下山，715皮带下山，715回风下山，71506材料巷，71506运输巷。
（2）识别卡配备
●遵循人员识别卡“统一管理、一人一卡”的原则，将识别卡视为下井人员的上岗证。
●识别卡可在在充电室统一安装，原则上一经安装就不能随便拆卸。
●识别卡能够与持卡人员的基本信息对应（如姓名、工号、工种等）。
●按全矿下井人员计算，应配备2300张识别卡。
2、实施过程
1）调研：
了解煤矿人员定位和安全监控需求，当前市场产品的优缺点。
比较论证后确定了工业以太网络、CAN总线技术和无线双向通讯方案。
2）确定系统组成，各部件选型。
选择可靠性高、功能齐全、功耗低的产品，经反复严格测试。
3）本安设计、电源需要隔爆兼本安设计。
4）研究熟悉每个产品的生产标准。
对研究熟悉各个产品的企业标准，及安标国家中心、上海、常州检测中心的检验报告。
5）针对太原东山煤矿有限责任公司的井下情况，进行系统布置设计。
6）在地面机房对各产品作安装前的测试。
7）对机房服务器及上位机进行接线、系统和应用软件调试。
8）分区域一期对3台井下一级分站，13个读卡机，2300张识别卡进行安装。
9）边安装边调试，直到所有系统运行正常。
10）二期新增分站8台，读卡器27台，分别对现有工作面，采区上下山进行布置监测。
四、应用效果及发展前景
1、应用效果
在太原东山煤矿有限责任公司完成的井下人员管理系统示范工程，分井上、井下两个部分组成。
井上主要放置服务器和人员管理管理软件。
在井下布设了分站，读卡机和井下环网的互通互联。
系统在井下中央变电所，五采区，七采区布置了3台一级分站，在乘人井井口，矿井井底车场，井底中央变电所，650采区，115采区五采区512北翼，515下山，512下山七采区712皮带下山，712轨道下山，715皮带下山，715轨道下山等各采区上、下山，现有工作面，共40台读卡器，配备识别卡2150张。
实现如下功能：
1、网络信息共享：
KJ236系统与环网的对接，能够通过井下以太网传输到矿领导、各单位办公室，并且上传到集团公司各部门，实现信息共享。
为矿井信息化系统、地理信息系统提供数据接口。
2、系统覆盖主要巷道和所有工作面，满足井下各类作业人员的进出和定位情况。
系统具有识别卡工作是否正常和每位下井人员携带1张卡唯一性监测和显示功能。
3、人员识别卡采用有源方式与读卡器进行信息交换，识别卡无需外接任何电源、无需充电、无辐射，对人体健康和环境无任何影响。
识别卡包含职工的姓名、性别、单位、班组、工种、职务等基本信息，并存储在系统数据库中。
4，系统设备运行管理:
系统有完整的设备管理功能，包括添加、编辑、修改、删除设备信息，可以在地图上增加、移动、删除基站。
点击地图上的设备图标，可以显示该设备的详细信息。
实时监测并记录系统通讯及系统设备的工作状况，对系统异常做出告警，提示维护人员尽快使系统恢复正常。
5、地面设置人员定位信息服务器，具有实时数据处理功能，采用B/S模式进行网络服务和管理，并向矿井计算机信息局域网发布各种实时动态信息。
系统能对各种记录和数据信息进行长期保存，并可方便地查询历史记录，并能对各类实时信息和历史信息进行有效的统计和分析、打印。
6、考勤统计功能：
对井下人员进行实时的动态显示功能；对下井人员的入井、升井时间，在井下各区域的停留工作时间等进行记录与统计并动态显示，为矿井提供作
7、安全管理功能：
跟踪井下作业人员的运动轨迹，记录其在主要巷道、工作面及各测点的停留时间。
8、实时报警功能：
非授权人员进入特殊场所报警功能；基站、电源箱、识别卡等设备故障报警功能；井下各作业人员超时报警功能；
9、紧急状态人员撤离：
当井下发生安全事故需要撤离时，能根据统计的移动目标分布情况，及时通知作业人员。
4、发展前景
该项目符合国家安全生产十一五规划，是煤矿急需的信息化系统，是煤矿通讯发展的趋势，对于煤矿安全生产具有十分重要意义。
本项目的实施，可提高煤矿安全标准，有助于减少矿难事故发生的数量和频率；可以有效提升安全生产信息化管理水平，落实“安全第一”方针，实现以人为本，将安全生产纳入行业和企业发展的总体布局，建立以灾害预防、搜救为主要目标的煤矿安全生产长效机制，推动煤矿工业走一条安全、高效的新型工业化发展道路。
第二章技术总结报告
一、概述
太原东山煤矿有限责任公司井下人员定位管理系统由地面中心控制系统、井下矿用传输分站分站、无线读卡器及识别卡等单元组成，地面中心控制系统与井下监控基站之间通讯，通过工业控制以太环网作传输媒介，使用标准矿用通讯电缆就近接入井下以太环网交换机，传输协议采用标准的TCP/IP协议。
井下监控分站与读卡器之间的通讯，采用矿用信号电缆连接，CAN总线传输。
读卡器与无线识别卡之间，采用射频无线通讯方式。
系统可实时了解井下人员数量及分布情况。
任意查询指定人员当前或历史时段所处的区域和活动踪迹；可对人员进行下井次数、下井时间等考勤信息进行分类统计。
系统在突发事件发生前,可通过多种声、光报警方式主动通知危险区域人员疏散；井下人员在遇到危险情况时，可主动向地面发出求救信号。
本系统采用统一标准的工业以太网结构，为生产调度、应急救援、安全监控与督察提供科学决策手段。
二、系统设计目标
构建太原东山煤矿矿井人员的无线定位、跟踪、考勤系统，且系统可采用基于工业以太网平台进行数据传输，实现定位系统与通讯系统、环网相统一，为进一步实现数据采集自动化、业务信息集成化、信息管理网络化奠定基础。
三、系统工作原理
地面中心控制系统与监控分站采用工业以太环网连接、监控分站与读卡器之间采用通讯电缆连接，以CAN现场总线方式进行数据传输。
地面监控主机运行监控系统软件，通过工业环网交换机与井下监控分站进行通讯，井下读卡器设置于井下的各个重要检测点，由监控分站自带的隔爆兼本质安全型电源为其提供本安电源和后备电源，识别卡设置于井下的移动目标上，其与井下读卡器进行无线双向通讯。
地面控制中心接收到井下移动目标的数据后，进行分析与处理，根据所在读卡器上传的信息来确定井下移动目标的具体位置并记录显示，并向井下读卡器发送控制信号；识别卡上设有求助按钮，当出现危险情况时，可以按下报警求助，读卡器将识别卡信息通过监控分站立即传回井上总控室进行处理；若总控室需要让井下人员立即撤离，可以下达撤离（报警）命令，系统将通过读卡器以广播的形式向井下所有识别卡发出报警命令，识别卡收到报警命令后峰鸣器立即发出声响，提示人员立即撤离。
井下信号通过地面的工业环网交换机用网线与地面服务器进行通讯。
井下读卡器与监控分站采用通信电缆连接通过CAN总线方式进行数据通信。
监控分站与井下环网交换机采用通信电缆连接通过TCP/IP方式通信。
四、系统创新性
（1）国内首创性地将CAN现场总线技术用于矿井的人员管理系统。
解决了现有的井下安全生产监控系统存在信号传输慢、成本高、设备兼容性差等缺点；具有传输距离长、可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、维护成本低等特点。
系统同时支持光缆和以太网连接方式。
（2）将无线通讯中信令技术、尖端的远程射频识别（RFID）技术、自动控制技术及无线发射接收技术应用于井下人员管理系统；通过与光纤、电缆及以太网环网连接方式，解决了该系统产品应用于矿井下的设备安全运行、网络数据通信、数据的远距离传输、信号转换接口和信息处理等方面的技术难题，实现多通道、多制式的信号采集和通讯功能。
（3）将无线接收机与无线发射机合二为一制作成由锂电池供电的无线数据识别卡，配备于每个井下移动目标。
该识别卡在国内煤矿行业首创性采用先进的无线双向数据通讯技术，通过与读卡器内的无线通讯模块进行双向通讯，实现井下人员遇到紧急情况时可主动向地面控制中心进行“求助”，地面控制中心可通过多种声、光报警方式主动通知井下人员撤离，确保了井下人员的安全；实现井下移动目标的定位、跟踪、考勤及报警。
五、硬件平台
系统以现代无线通讯技术为基础，应用通讯技术中的信令技术及无线发射接收技术，在井上调度室设置中心控制计算机系统，在矿井主、副井口，井下主要巷道的进出口、交叉口，采煤工作面顺槽，掘进巷道，硐室等位置布置监控基站。
监控分站和中心控制计算机系统之间通过光纤相连接，矿山井下人员、设备等目标分别携带无线数据识别卡，系统通过监控分站与读卡器之间的无线双向通讯，实现井下移动目标的定位、跟踪、考勤及报警。
本系统采用统一标准的工业以太网络结构，为人员位置监测与管理，数字化视频监控，各种井下传感器（例如：
瓦斯）数据的统一采集与综合处理提供了一个共用的平台，实现语音、视频、数据的三网合一，为生产调度、应急救援、安全监控与督察提供科学手段。
各组成设备体积小、重量轻，易于井下运输和安装。
1、系统组成部份
系统主要由地面中心站监控主机和软件、KJ236-F传输分站、KJ236-D无线读卡器、KJ236-K无线识别卡、通讯电缆或光缆等单元构成。
序号
设备名称
单位
数量
型号、规格
1
监测主机
台
2
联想万全服务器
2
数据传输接口
台
1
KJ236-J
3
电源避雷器
个
1
AM2-40/2
4
信号避雷器
个
2
JA-DZ02-20
5
人员跟踪定位管理软件
套
1
6
矿用隔爆兼本安型传输分站
个
8
KJ236-F带隔爆兼本安电源、CAN总线接口
7
矿用本安型读卡器
个
40
KJ236-DCAN总线接口
8
识别卡
张
2300
KJ236-K带双向通讯、振动报警功能
9
移动读卡器
个
1
KJ236-S检测唯一性
10
传输电缆
Km
10
MHYV1*4*7/0.43
11
两通接线盒
个
30
JHH-2T
12
三通接线盒
个
20
JHH-3T
2、各组成部分功能介绍
（1）地面中心站
a）联想万全服务器主机；
b）联想万全服务器备机；
c）操作系统：
Windows2003Server；
d）数据库：
SQLSERVER2000；
e）监控软件
f）地面监控主机应能保存一年以上的监测数据。
（2）KJ236-F矿用传输分站
KJ236-F矿用传输分站具有无线通讯、无线路由、无线自组网的功能，符合ZigBee协议标准，传输距离远，传输速度快，灵活方便，可以任意组成星型网、树状网、网状网。
具有RJ45以太网接口、CAN总线接口。
可同时连接4-8台读卡器，与读卡器之间采用CAN总线进行数据传输，传输速率4800bps。
具有备用电池，保证在网电停电时，系统还能正常工作4小时以上。
提供4路本安电源。
KJ236-F矿用传输分站为矿用隔爆兼本质安全型，防爆标志为Exd[ib]I，适用于含煤尘和瓦斯等爆炸型气体环境中。
工作电压：
127/380/660V AC。
工作条件：
环境温度-5℃－40℃。
相对湿度：
≤95％，环境压力：
80－106kPa。
外观尺寸：
380（长）X264（宽）X160（高）mm。
（3）KJ236-D无线读卡器
无线读卡器安装于地面或井下巷道，每台无线读卡器连接在矿用传输分站上，与矿用传输分站之间的最大距离不大于1.2Km，防护等级：
不低于IP54。
无线读卡器不影响被测人员的正常通行方式，有效接收距离不小于100m，允许被测目标运动速度不大于15m/s，可同时识别100个以上的移动目标，当读卡器与地面主机脱机时，能存储2小时以上数据，并能实现全部原有功能。
恢复正常后，能将存储的数据补充传送到主机。
工作电压：
18VDC，最大工作电流：
<65mA。
工作条件：
环境温度-5℃－40℃，相对湿度≤95％，环境压力80－106kPa。
外观尺寸：
210（长）mmX163（宽）mmX51（高）mm。
读卡器的拨码开关是采用2进制、拨码对应如下：
拨码：
12345678
对应数值：
1248163264128
如要把读卡器设为13号读卡器则拨134到ON方向即可
（4）KJ236-K识别卡
KJ236-K识别卡采用ZigBee2.4GHz直序扩频无线通讯技术，抗干扰能力强，识别速度快，漏卡率低，没有对人体伤害的电磁污染，卡的正常工作不受环境变化的影响，可以全方位识别，被测目标无负担。
KJ236-K识别卡采用纽扣式供电，可以更换。
KJ236-K识别卡具备多种携带形式：
车载式携带、矿灯灯绳式携带、腰带携带等方式，其中矿灯灯绳式携带方式具有防私自拆卸设计，需用专业工具方可拆卸。
KJ236-K识别卡具有报警按钮，具有振动电机，实现双向报警。
识别距离：
开放空间不小于60m。
KJ236-K识别卡为本质安全型,其防爆标志为[Exib]I。
防护等级：
不低于IP54。
工作电压：
DC2.0V-3.6V
使用寿命：
不小于5年。
工作条件：
环境温度-5℃－40℃。
相对湿度≤95％，环境压力80－106kPa。
（5）KJ236-S移动读卡器
该产品与KJ236（A）煤矿人员管理系统配合使用，主要用途用于检测无线搜
救仪周围50米范围内存在识别卡、以及卡的唯一性检测。
主要技术指标：
工作电压：
3.7VDC,最大工作电流：
＜300mA。
工作条件：
环境温度-5℃-40℃。
相对湿度≤75%，环境压力80-106kPa。
外观尺寸：
215（长）×115（宽）×45（高）mm。
3、系统供电要求
1）地面设备交流电源
额定电压：
220V；
谐波：
不大于5﹪；
频率：
50Hz,允许偏差47.5Hz～52.5Hz。
2）井下设备交流电源
a）额定电压：
127V/660V；
b）谐波：
不大于10﹪；
c）频率：
50Hz,允许偏差47.5Hz～52.5Hz；
3）备用电源
在电网停电后，备用电源应能保证系统连续工作时间不小于2h。
4、系统组成框图
五、软件功能设计
系统软件是以WINDOWSServer2003/XP平台为运行环境，采用.Net开发的集数据采集与信息处理的综合数据库管理系统。
系统采用SQLServer2000数据库，以Browser/Server模式开发而成，通过IE浏览器即可在网上方便浏览、查询矿井人员定位信息和考勤信息。
能实时完成对井下无线数据识别卡位置的连续监测、信息采集和处理；存储各种实时数据和历史数据；实时显示井下人员的具体位置；准确定位井下作业人员当前位置和活动轨迹。
系统功能强大、操作简单、用户界面友好、可靠性高、实用性强。
共有系统设置、实时显示、查询统计、考勤管理、人员活动轨迹、报警处理及系统维护等七大模块。
KJ236矿井人员通讯软件
KJ236矿井人员管理考勤定位软件
1、系统生成功能
系统在正常监控条件下由用户随时生成、修改各种参数及表格的功能。
2、自动监测识别功能
系统自动识别能力强，具有携卡人员出/入井时刻监测功能。
具有出/入重点区域（采煤工作面、掘进工作面等）时刻监测功能。
具有出/入限制区域时刻监测功能。
具有识别携卡人员出/入巷道分支方向功能。
能识别多个同时进入识别区域的识别卡。
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。
具有对携卡人员位置连续监测功能。
3、GIS图形显示功能
系统可以对井下被检测目标进行实时跟踪监测并自动显示位置，可在GIS功能的基础上实现动态显示；根据图形的显示可知道矿井巷道分布、各巷道的人员分布和人员的滞留时间。
直观显示设备的通讯状况，当有人员超时或通讯异常时动态模拟图实现不同的图形符号闪烁显示，并有详细的报表描述，根据需要可以自动进行声光报警。
具有矢量图管理功能，能够对工程图进行矢量化和矢量图属性编辑功能，具有放大、缩小和移动功能。
能在矢量图上定位并显示人员的准确位置和基本信息（姓名、单位、职务、工种、活动路线等）。
能对入井人员信息按照工作单位、职务、工种等情况进行分类检索和报表打印输出。
4、紧急求助
井下人员在遇到危险情况时，可通过[求救]按钮主动向地面发出求救信号，地面监控主机立即显示求助信息和发出报警声音，结合调度通信系统，尽快实施救
援。
5、亏电通知
当人员定位识别卡电量不足的时，系统的天线就把该识别卡亏电的信息返送到上位机，并且在网页上显示出该识别卡的详细信息。
地面维护系统人员可以及时
发出通知。
6.通知
地面控制中心可在突发事件发生前，通过多种声、光的方式主动通知危险区域人员疏散。
识别卡上有报警灯和蜂鸣器，当其接收到读卡器发出的呼叫信号后，报警灯闪烁同时蜂鸣器发出鸣叫提示相关人员。
在需要紧急撤离或寻找失踪人员时，人员无线寻呼系统将发挥重要作用。
可以呼叫单独一个人，也可以成组呼叫，可以呼叫某个区域的人员，也可以多个区域或全矿区呼叫。
呼叫信息由计算机控制，通过指定的读卡器发出。
6、管理功能
系统能够用不同标识、模拟图形或颜色、数据，动态、实时显示井下各类人员状况和分布情况，并能动态显示井下人员的当班活动模拟轨迹。
系统具有携卡人员下井总数、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的报警、显示、打印、查询等功能。
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。
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、工作时间等显示、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。
具有携卡人员下井活动线路的显示、打印、查询、异常报警等功能。
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。
系统具有按部门、地域、时间、基站、人员等分类查询、显示、打印等功能。
7、人员跟踪功能
可实时跟踪到特定人员的当前井下位置、当天上班途经的地点和时间、在各位置的滞留时间，并可对其运行轨迹在巷道分布图上进行的回放。
使用该功能可以对特定人员进行迅速定位，核查相关领导是否进行了跟班作业，监督特殊工种；对于井下特定位置财物遗失和损坏可以圈定相关责任人；事故发生时，可以迅速确定相关遇险人员的数量，最近出现位置和时间，为事故抢险提供可靠依据；事故抢险过程中，地面指挥人员可以在第一时间知道抢险人员与被困人员当前所在位置，为事故的抢险赢得宝贵时间；事故发生后可以根据该系统保留的历史数据，进行事故分析和责任界定提供参考依据；
★实时跟踪：
对当前经过读卡器的人员进行实时显示；可以知道当前指定时间内处于活动状态的员工。
直观形象的表示出人员的实时流动状况。
★活动轨迹：
可对下井人员任意时间的活动轨迹进行查询。
★位置查询：
可对指定人员当前井下位置进行查询。
★轨迹回放：
实现任一员工某指定天的运行轨迹在背景图上进行回放。
形象的反映了其当天所行走的轨迹，给出了图形表示，也提供了数据报表。
★基站人员查询：
查询特定基站上当前人员的信息，来源地以及滞留时间
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