井下人员安全跟踪系统
耿晓立1,魏计林2,刘艺平3
(1.太原理工大学计算机中心,山西太原030024;2.太原科技大学应用科学学院,山西太原030024;
3.煤炭科学研究总院抚顺分院检测中心,辽宁抚顺113001)
摘 要:以RF I D射频识别技术对井下人员进行自动身份识别,将信息实时从井下分机传至地面主机,利用局域网实现井下人员实时定位及行踪再现。
系统将井下人员考勤及重点人员线路考核融为一体,为井下安全预防工作提供基础数据。
关键词:RF I D;读卡器;人员定位;行踪再现
中图分类号:T D676 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2007)05-0053-03
加强下井人员管理是煤矿安全工作的重要环节,目前我国大部分煤矿下井管理采用井口考勤[1],无法掌握下井人员的位置、行踪等更详细的信息。
实现井下人员动态定位,加强对瓦检员、安全员等特殊人员的井下行踪管理对减少井下事故发生及井下事故发生后的人员搜救工作都具重大意义。
近年来射频识别技术RF I D(Radi o Frequency I denti2 ficati on)迅速发展[2-3],相关产品价格大幅度下降,使得基于RF I D技术的井下人员安全跟踪定位系统成为极具应用前景的设备。
1 系统拓扑结构
井下人员安全跟踪系统由分布在各巷道监测点的分机、读卡器、地面主机及下井人员携带的射频识别卡构成,如图
1所示。
图1 井下人员安全跟踪系统拓扑结构
其中,在每一个井下区段交叉口及必要监测点安装分机,每个分机可以同时连接多个读卡器。
地
表1中的ABD-8工作参数与测试结果进行对比,从测试报表中的数据可以得出结论:所测的这个ABD-8插件是合格的。
3 结束语
本文介绍了矿用综合保护器插件通用自动测试系统的相关技术,并以ABD-8为例对测试系统进行了功能验证。
结果表明:整个测试过程方便快捷,自动化程度较高,测试准确。
本综合保护器插件自动测试系统用于测试各类矿用高低压开关、磁力起动器等各种型号电气综合保护插件的过载、短路、漏电、断相、绝缘监视等参数。
参考文献:
[1] 中国煤炭工业百科全书(机电卷)[M].北京:煤炭工
业出版社,1997.
[2] 阎立平,聂 聪.MDZ D型多功能试验装置的研制,
[J].矿山安全与环保,2002(2):10-12.
[3] 马新国.ABD8电子综合保护器在矿用隔爆型真空磁
力起动器中的应用[J].电气开关,2000(04):35-38.
[4] 张子江.Del phi高级开发范例[M].北京:电子工业出
版社,2002.
作者简介:李 晓(1972-),女,山西运城人,讲师,在读博士,主要研究方向为测控技术及光电信息检测技术。
(收稿日期:2006-11-27;责任编辑:金丽华)
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技术经验 煤矿安全(2007-05)
面主机通过通信交换机按照RS485协议与各井下分机及井口分机相连接。
读卡器和分机的安装距离<30m ,射频识别卡与读卡器之间的有效作用距离
为3m 。
各分机及读卡器都被指定了代表安装位置的识别号;下井人员随身携带的射频识别卡中存储有代表人员身份的识别号。
当井下人员经过读卡器时,人员射频识别卡与读卡器之间进行信息交换,读卡器、分机提供的位置信息与人员射频识别卡提供的身份信息以及分机内的时间信息进行组合,形成跟踪系统的基础信息,通过通信线路送往地面主机,在系统软件的控制下实现各种管理功能。
2 RF I D 识别卡的特点及工作原理
RF I D 射频识别技术是从20世纪80年代起发
展成熟的一项自动识别技术。
它利用射频方式进行非接触双向通信,实现处于相互接近中的识别卡与分机之间的数据交换。
RF I D 系统有以下特点:
(1)操作简单方便,可以实现高速移动目标的识别。
(2)无硬件接触,避免了因机械接触而产生的各种故障,使用寿命长。
(3)射频识别卡完全密封,具有良好的防水、防尘、防污损、防磁、防静电性能,适合在井下恶劣环境中工作。
(4)对无线传输的数据都经过随机序列的加密,并有完善、保密的通信协议。
卡内序列号是唯一的,制造商在卡出厂前已将此序号固化,安全性高。
(5)通信协议具有防碰撞机制,可实现同时对多个移动目标进行识别。
(6)信号的穿透能力强(可穿透墙壁、路面、衣物、人等),数据传输量小,抗干扰能力强,感应灵敏,易于维护和操作。
RF I D 射频识别系统的最基本部分由射频识别卡和读卡器构成。
射频识别卡由一个电感线圈和一个电容并联后接入集成芯片,其工作原理如图2所示。
图2 射频识别卡内部原理图
当射频识别卡处于读卡器附近时,读卡器发出的固定频率的电磁场激励卡片内的LC 谐振回路,谐振回路吸收的电能经过一个单向导通的电子泵储存到电容C2中。
当所积累的电荷达到一定程度时,电子开关自动打开,为其它电路提供工作电源。
射频识别卡由休眠状态被激活后首先进行上电复位,随后将含有自身识别码、制造商标志等信息的代码调制到高频载波上,经卡内天线发射出去。
读卡器是射频数据采集的前端功能部件,其内部电路原理框图如图3所示。
图3 读卡器工作原理图
读卡器内有无线接收电路及产生激发信号的功
率输出电路。
激发信号由晶体振荡信号经分频、选频、功放电路处理后输出,驱动外部线圈,在线圈附近形成交变电磁场。
当射频识别卡出现在读卡器的有效范围时,卡内电路从电磁场取得电能作为其工作电源并启动芯片工作,发射含有身份编码的高频信号。
该信号被读卡器内的接收天线接收,经过解调、滤波整形后由单片机提取出其中的串行序列号,以约定的格式送往分机。
为了提高系统的稳定性,高性能的读卡器内还装有自动调谐电路,该电路能够随时监测LC 谐振回路的谐振状况,当读卡器因受到环境因素的影响偏离谐振点时立即加以干预,使系统重新回到最佳工作状态。
读卡器以独立组件的形式安装在分机之外,通过专用电缆与井下分机连接。
3 井下分机
井下分机的工作原理框图如图4所示。
井下分机接收并暂存来自多个读卡器的身份识别数据,经过分机主控单片机的处理和数据压缩后按照与地面主机约定的通信协议发往地面主机。
分机主控单片机进行的数据处理包括冗余数据剔除、数据标时、行进方向判断等。
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45・煤矿安全
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技术经验
图4 井下分机原理图
井下分机可以独立工作,当地面主机或通信系统发生故障时各井下分机仍可控制所属的读卡器正常工作,获得的基本数据暂时保存在分机存储器内,待故障排除时补充到地面主机中。
井下分机内带有后备电源,当交流电源停电时由后备电源供电。
后备电源由可充电池及相应的电源管理电路组成。
4 系统软件功能设计
系统软件由主控模块、井下分机与地面主机通信模块、后台数据库系统、动态绘图模块及局域网络构成,完成以下主要功能:
(1)查询当前井下人员分布。
根据各矿采区及井下分机分布位置绘制井下巷道区段及采区图,并在该图上显示各个区域当前人数。
该图是动态的,随着井下人员的移动,该图显示的各区域人数实时更新。
(2)查找人员当前位置。
输入任意人员的姓名或编号,可以立即以图形方式显示此人当前所在区域;也可以同时输入多个人员,以文字方式显示这些人各自在井下的当前位置。
(3)井下人员跟踪。
可以为一个或几个人员指定不同颜色的特殊符号,在井下巷道图上实时动态地显示他们的行踪。
(4)复示井下人员行踪。
所有下井人员的行踪在系统内都可以保留一段指定时间,例如3天。
无论此人是否已经上井。
在该时段内可以以图形方式或列表方式重现任意人员在井下的行踪。
(5)统计查询进入特殊区域的人员。
对于井下的某些特殊区域,例如规定不准一般人员进入的危险区域,在行踪保留时段内可以随时进行查询,列出进入该区域的人员和出、入时间。
(6)下井人员考勤管理。
软件可以从系统记录的人员行踪信息中自动提取出每个下井人员的入、出井时间,形成考勤记录,进而形成各种考勤报表及进行考勤统计与分析。
(7)网络功能。
网络软件安装在矿或局级局域网的服务器中,所有合法用户均可在联网计算机中通过浏览器实时调阅本系统内容。
5 结束语
利用RF I D射频自动识别技术,实现了每个下井人员行踪的实时反映和自动记录,在地面主控计算机及局域网中均可查阅当前井下各区段、各采区的职工人数分布及人员信息。
尤其是加强了对井下关键岗位人员的管理,有效地增强了煤矿的安全因素;另一方面,当事故发生后,可通过本系统对人员行踪再现及定位,对井下搜救工作意义重大。
参考文献:
[1] 煤炭工业部安全司.矿井安全监控原理与应用[M].
徐州:中国矿业大学出版社,1996.
[2] Klaus Finkenzeller.射频识别(RF I D)技术〔M〕.陈大才
译.北京:北京电子工业出版社,2001.
[3] 修智宏,等.无线I C卡考勤及巡更计算机管理系统的
设计与实现[J].计算机工程与应用,2002(17).
作者简介:耿晓立(1949-),男,江苏沭阳人,副教授,主要研究方向:计算机控制理论。
(收稿日期:2006-09-01;责任编辑:金丽华
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技术经验 煤矿安全(2007-05)。