KJ223(B)煤矿井下作业人员管理系统

一、设计概述与依据
    KJ223(B)煤矿井下作业人员管理系统是我公司开发成功的高性能人员定位管理综合系统，系统采用的ZigBee无线网络通信技术，实现人员识别可与基站的双向通信，无线网络功能强大，性能可靠。目前，我国煤矿企业安装的矿井人员管理系统多是早期的基于RFID技术的初级产品，采用这种技术的系统虽然能够实现基本的考勤管理功能，但由于它协议简单，在处理数据冲突、并发量问题上很难达到煤矿人员安全、管理的实际需要，其采用的技术决定了它不可能具备精确定位功能，只能实现人员的粗定位，而一旦发生矿难，井下受困人员的具体位置信息对救援工作来说是十分重要的，将ZigBee无线网络通信技术引入煤矿人员管理系统实现人员的精确定位对于煤矿人员安全管理具有重要意义。
    近几年，随着ZigBee无线通信技术的迅速发展，许多行业开始探索使用ZigBee无线通信技术，并取得了很好的效果且有很多成功案例。我公司较早的对无线通信技术在煤矿环境环境的应用进行了研究，KJ223(B)煤矿井下作业人员管理系统正是基于ZigBee技术和我公司安全监控系统成熟的技术资源优势研发成功的高可靠性井下人员管理系统。
    系统的开发严格按照国家标准要求，主要标准依据包括AQ 6210-2007《煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》、MT-T 1103-2009《井下移动目标标识卡及读卡器》、MT/T772-99《煤矿监控系统主要性能测试方法》、GB 3836.1-2000《爆炸性气体环境用电气设备  第1部分：通用要求》、GB 3836.4-2000《爆炸性气体环境用电气设备  第4部分：本质安全型“i”》。
二、系统组成与技术参数
    系统地面中心站由主机、打印机、井上传输接口、电源防雷器、通讯防雷器组成；井下部分由KJJ107信息传输接口、KJF2007G5矿用隔爆兼本安型安全监控分站、KJ223(B)-D矿用本安型读卡器、KJ223(B)-K识别卡、矿用电缆及接线盒组成。
    KJ223(B)煤矿井下作业人员管理系统主要是应用微机通讯技术实现地面、井下的信息交换和处理，它采用时分制进行传输。系统信息的传输主要表现为：信息下发：由地面主机发出（键盘或鼠标命令、软件定时任务），通过KJJ107信息传输接口，送至KJF2007G5矿用隔爆兼本安型安全监控分站，再下发至矿用本安型读卡器，执行各种任务；信息上传:即信息的采集、交换、处理。
    1．软件开发
    监控软件开发工具选用C#、ASP，数据库采用MS SQL Server 2000，采用WEB GIS技术实现地理信息实时显示、查询井下人员的实时动态情况。
    2．通讯系统
    系统为有线、无线混合网络：
    1）安装在地面监控中心的监控主机与安装在井下各个主要位置的矿用监控分站之间采用以太网、CAN总线通讯方式进行数据交换，矿用监控分站与本安型读卡器之间采用RS485总线方式进行数据交换。
    2）井下矿用本安型读卡器与识别卡形成一个小范围的井下矿用本安型读卡器为中心的无线智能网络，无线智能网具有自愈性，自动组成拓朴关系，当矿井发生小范围事故时，无线智能网节点还是能够工作。

                                                                                  图1：系统结构图
    3、信息通讯接口
    与监控计算机之间采用以太网通讯方式
    4、矿用隔爆兼本安型安全监控分站
    与通讯接口采用CAN通讯方式，波特率为5kbps，最多可连接64台矿用隔爆兼本安型安全监控分站。
    5、矿用本安型读卡器
    与分站之间采用RS485通讯方式，波特率为9600bps，每台分站最多可连接4台矿用本安型读卡器。
    6、识别卡
    与矿用本安型读卡器之间采用无线通讯方式，2.4GHz，采用低功耗便携式设计，供电方式为700mAH锂电池。

                                                                       图2：读卡器及识别卡
三、系统功能简介
    1．监测
    a) 系统具有携卡人员出/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) 系统具有识别携卡人员拿出/入巷道分支方向等功能；
    c) 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；
    d) 系统能识别多个同时进入识别区域的识别卡；
    e) 系统具有识别卡工作是否正常和每位下井人员携带1张卡性检测功能。
    2．管理
    a) 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、报警等功能；
    c) 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；
    d) 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，并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) 系统具有携卡人员卡号、姓名、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) 系统具有按部门、地域、时间、矿用读卡分站、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) 进入矿用分站识别区域时刻；
    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、号、出生年月、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 矿用分站具有数据存储功能。当系统通信中断时，矿用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
    a) 系统具有汉字显示及提示功能。
    b) 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，超员报警人员总数及人员，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。
    c) 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、分页显示等方式。
    d) 系统具有系统设备布置图显示功能。显示内容包括：矿用分站、电源箱、信息传输接口、和电缆等设备的设备名称、相对位置和运行状态等。若系统庞大一屏容纳不了，可漫游、分页、或总图加局部放大。
    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，超员报警人员总数及人员，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、干部每月下井总数及时间统计等。
    6．人机对话
    a) 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；
    b) 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；
    c) 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。当系统中矿用分站、信息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。
    8．双机切换
    系统主机具有双机切换功能。
    9．备用电源
    系统具有备用电源。
    10．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。
    11．其他
    a)系统具有软件自监视功能；
    b)系统具有软件容错功能；
    c)系统具实时多任务功能，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。
四、系统优势
    1．成本优势
    本系统依托我公司的KJ2000N煤矿安全监控系统，KJ2000N系统为我公司主打产品，在市场上占有较大的份额，其运行稳定，安全可靠，受到各个厂家的，在开发KJ223(B)煤矿井下作业人员管理系统过程中，我们充分借用了KJ2000N的优势。KJ223(B)煤矿井下作业人员管理系统将采纳KJ2000N中的KJJ107信息传输接口、KJF2007G5矿用隔爆兼本安型安全监控分站等部分，使用时有利于缩短系统的安装工期和降低布线成本。
    另外，无线部分使用的矿用本安型读卡器与识别卡采用ZigBee无线通信技术，该技术的优势在于其高可靠性、低成本。
    2．技术优势
    本系统中矿用本安型读卡器与识别卡采用的ZigBee无线网络通信技术，ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，主要适合于承载数据流量较小的业务，可嵌入各种设备中，同时支持精确定位功能。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术是功耗和成本的技术，也是目前嵌入式应用的一大热点。
    读卡器采用双ZigBee无线模块设计思路，一路ZigBee无线模块负责唤醒周围区域内的识别卡，另一块负责与识别卡实现双向数据传输。该方法可有效降低识别卡功耗，提高识别卡并发量。
    根据现场实际需要，沿坑道每隔一定距离(200—1000米)在坑道顶部设置一个KJ223(B)-D矿用本安型读卡器 (即ZigBee网络接收节点)，分散的矿用本安型读卡器通过RS485总线连接到矿用分站，各读卡器的数据经过矿用分站处理后通过CAN总线以及以太网传送到监控中心。每一个需要定位的移动目标(例如矿工)，都随身携带一个识别卡 (即ZigBee发射模块)，每个识别卡都有的ID号作为定位目标的身份标识。识别卡通过周期(如15秒)猝发的方式向接收节点发送数据，两个接收节点通过对信号强度的计数和现场实测校正便可以得出移动目标的精确位置信息，通过这样的方式就组成了一个无线人员定位网络。
    3．扩展优势
    现有的煤矿人员井下管理系统实际上是在井下实现一个小范围的无线网络，我们可以很方便的通过该网络进行进一步功能拓展，例如，在一些矿用监测传感器上加入ZigBee无线模块，以实现对井下环境的检测、监控，同时，矿工携带的设备还可以预设一些报警数据，直接将收到的环境参数（如瓦斯浓度，含氧量，即时预警信息等）呈现出来，达到危险等级就报警，并自动上报控制台，成为一个生命保障系统。
    另外，该系统设计中也考虑了以后扩展井下语音、视频功能，并为之预留了接口。
    4. 识别卡使用方便
    识别卡使用时可以根据每个矿的情况定制识别卡安装方式，可以选择安装在灯绳或者腰带上。
    5. 识别卡功耗低
    由于采用双ZigBee模块的设计思路，识别卡工作周期很短，收发信息功耗较低，并且采用了休眠模式，一节700mAh的锂电池可以保证识别卡使用半年以上，而且可以对电池进行更换。
    6. 无线通信网络可靠
    本系统基于ZigBee无线网络，通过已完成的实验证实，该技术可以实现可靠的无线网络通信，为进一步功能拓展奠定了坚实的基础。
    总之，KJ223(B)煤矿井下作业人员管理系统除以上技术优势以外，我公司还会提供优质的售后服务，及时的解决用户反映的问题，兑现我们对用户的承诺。