畢艷梅 金亞東 鄧子超
【摘 要】針對煤礦現(xiàn)有的人員定位系統(tǒng)所使用的組網(wǎng)技術(shù)和無線收發(fā)技術(shù),對他們進(jìn)行了技術(shù)比較,并提出一種有著明顯優(yōu)勢的通信模式。介紹了基于遠(yuǎn)距離RS485組網(wǎng)技術(shù)和RFID握手式通信技術(shù)解決方案。
【關(guān)鍵詞】煤礦;RFID;人員定位;雙向握手通信;KJ351
0 緒論
煤礦井下人員管理系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展,在各級領(lǐng)導(dǎo)的直接關(guān)懷下,各個生產(chǎn)廠家不斷努力,特別是AQ6210—2007國家標(biāo)準(zhǔn)的制定和強(qiáng)制執(zhí)行,加上近年來電子技術(shù)的長足進(jìn)步,煤礦井下人員管理系統(tǒng)開發(fā)成功,具備了良好的基礎(chǔ)。目前,國內(nèi)有不少科研單位和企業(yè)都生產(chǎn)了“井下人員定位系統(tǒng)(井下人員管理系統(tǒng))”,系統(tǒng)有效解決了煤礦井下作業(yè)人員出入井考勤統(tǒng)計(jì)、井下各區(qū)域作業(yè)人員分布實(shí)時跟蹤、發(fā)生事故時對井下受困作業(yè)人員的準(zhǔn)確清點(diǎn)等問題。
1 煤礦井下人員管理系統(tǒng)(井下人員定位系統(tǒng))發(fā)展歷程
煤礦人員管理系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段:巡更系統(tǒng)、IC卡考勤系統(tǒng)、基于RFID有源射頻識別技術(shù)的人員管理系統(tǒng)。
1.1 巡更系統(tǒng)
巡更系統(tǒng)是將特制的信息鈕安置于指定的巡檢線路上,巡查員沿途巡檢,用巡更棒依次碰觸(閱讀)信息鈕,信息便“拷貝”到巡更棒中。管理人員通過計(jì)算機(jī)來讀解巡更棒中的信息,還原巡檢員的歷史巡檢活動。
1.2 IC卡考勤系統(tǒng)
以IC卡為代表的人員考勤系統(tǒng)一度廣泛應(yīng)用于煤礦作業(yè)人員考勤管理工作。煤礦在各個區(qū)域安裝讀卡器,并為人員配發(fā)IC卡,作業(yè)人員經(jīng)過讀卡器須逐個將識別卡靠近或觸碰讀卡器,即刷卡。
1.3 基于RFID有源射頻識別技術(shù)的人員管理系統(tǒng)
RFID是利用無線傳輸方式進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信, 進(jìn)而達(dá)到自動識別并交換信息的目的。無源RFID讀卡距離近,識別率低,讀卡速度慢;而有源RFID卡使用獨(dú)立電池供電,發(fā)射距離遠(yuǎn),識別率高,只需攜卡正常通過分站信號范圍,分站便能自動捕捉到識別卡信息,同時傳輸?shù)降孛娼K端。
2 井下人員管理系統(tǒng)的構(gòu)成和主要功能概述
2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
目前各科研單位和企業(yè)所開發(fā)研制的煤礦井下人員管理系統(tǒng),從結(jié)構(gòu)上看基本上都是由地面終端設(shè)備、傳輸介質(zhì)和中繼設(shè)備、井下分站、便攜式識別卡等幾部分組成。
2.2 系統(tǒng)主要功能
煤礦井下人員管理系統(tǒng)須根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)計(jì)安裝方案,一般在主要控制出入和有監(jiān)控要求的地點(diǎn)安裝分站,通過網(wǎng)絡(luò)布線將分站與地面終端連接調(diào)試,確保通信正常。所有下井人員配發(fā)識別卡,識別卡身份唯一,并在地面終端登記。
當(dāng)識別卡通過或接近安裝在井下的分站,分站捕獲識別卡信號并上傳,地面終端與識別卡登記信息對比校驗(yàn),并在數(shù)據(jù)庫記錄。通過操作中心控制軟件,可顯示某一分站內(nèi)所有作業(yè)人員、顯示由若干分站組成的區(qū)域內(nèi)所有作業(yè)人員、查詢持卡人當(dāng)前位置、部門人員分布、時間段下井次數(shù)和工作時間統(tǒng)計(jì)、特殊作業(yè)人員巡檢情況、設(shè)備故障報(bào)警、識別卡電量、作業(yè)人員超時超員報(bào)警信息等。
系統(tǒng)常見的主要功能有:
(1)查詢當(dāng)前井下人員分布。顯示分站安裝位置、每個分站下識別卡數(shù)量和井下識別卡總數(shù)。作業(yè)人員由一個讀卡區(qū)域移動到另一個讀卡區(qū)域時實(shí)時更新,點(diǎn)擊分站圖標(biāo)可顯示該分站當(dāng)前所有識別卡信息。
(2)查詢作業(yè)人員當(dāng)前位置。輸入人員姓名或識別卡號,軟件顯示當(dāng)前人員所處位置和下井行動軌跡;輸入部門信息,顯示該部門所有井下作業(yè)人員分布情況。
(3)井下人員跟蹤查詢。軟件可在圖上以動畫或小圖標(biāo)活動的方式動態(tài)顯示該名人員下井行動軌跡。
(4)統(tǒng)計(jì)查詢進(jìn)入特殊區(qū)域人員。對于一些危險區(qū)域,若有非法進(jìn)入記錄,可提供實(shí)時報(bào)警和歷史信息記錄查詢。
(5)報(bào)警信息的顯示與查詢。對于某些報(bào)警條件進(jìn)行設(shè)置,當(dāng)井下實(shí)時信息與系統(tǒng)設(shè)定報(bào)警條件沖突時,系統(tǒng)中心控制軟件實(shí)時發(fā)出報(bào)警信息,報(bào)警信息同時保存到歷史數(shù)據(jù)庫,可根據(jù)檢索條件查詢歷史報(bào)警信息。
(6)井下人員考勤管理。根據(jù)檢索條件查詢井下作業(yè)人員在某時間段內(nèi)上下井時間、進(jìn)入離開某讀卡分站范圍時間、井下作業(yè)總工作時間等信息。
3 KJ351煤礦井下人員管理系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)
KJ351煤礦井下人員管理系統(tǒng)讀卡方式類似于傳統(tǒng)的RFID無源卡片方式,讀卡分站采用主叫方式,人員標(biāo)識卡被動響應(yīng)讀卡請求。
(1)讀卡分站不斷發(fā)送尋卡指令。人員標(biāo)識卡只有在讀卡分站的尋卡范圍內(nèi),才能被喚醒工作。在讀卡分站的尋卡范圍外,人員標(biāo)識卡片一直處于待機(jī)狀態(tài)。
(2)使用2.4G高速通訊技術(shù),減少單次數(shù)據(jù)交換時間。單次數(shù)據(jù)交換僅在50us內(nèi)完成。
(3)跳頻能力。KJ351煤礦井下人員管理系統(tǒng)采用DSSS技術(shù),實(shí)現(xiàn)64頻段跳頻。當(dāng)某一頻段工作不穩(wěn)定時,系統(tǒng)按照一定規(guī)則進(jìn)行跳頻,更換通訊頻率,再度握手通訊。
(4)讀卡分站與人員標(biāo)識卡之間雙向數(shù)據(jù)握手,互相確認(rèn)對方存在,數(shù)據(jù)正確。
(5)人員標(biāo)識卡被讀卡分站正確讀取后,不再繼續(xù)讀取,卡片自動關(guān)閉。只要在當(dāng)前讀卡器的尋卡范圍內(nèi),本張卡片不再作任何響應(yīng),只有其他讀卡分站才能喚醒本張卡片繼續(xù)工作。這樣,正確讀取一張人員標(biāo)識卡就關(guān)閉的方式,保證已讀取的人員標(biāo)識卡不會影響后序人員標(biāo)識卡的讀取。這樣,無形中增加了并發(fā)數(shù)量,實(shí)際上是讀一張就關(guān)閉的方式,不存在并發(fā)讀取問題。
(6)按時隙分配上卡周期,減少讀卡沖突次數(shù),類似于手機(jī)系統(tǒng)的分時復(fù)用概念。在一個時隙周期內(nèi),最多只有10張卡片進(jìn)行反碰撞,這10張反碰撞的人員標(biāo)識卡,采用CSCD/MA技術(shù),利用在計(jì)算機(jī)上計(jì)算好的偽隨機(jī)數(shù)序列進(jìn)行反沖突分配,用盡量亂的數(shù)據(jù),在歐氏空間距離上盡量遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行碰撞。實(shí)現(xiàn)反沖突,降低數(shù)據(jù)沖突的可能性。
(7)人員識別卡在讀卡分站的尋卡范圍內(nèi),人員標(biāo)識卡不斷與讀卡分站交換數(shù)據(jù),直到交換成功為至。
(8)容錯能力強(qiáng),當(dāng)人員標(biāo)識卡檢測到干擾后,自動重新復(fù)位系統(tǒng),重新工作。
(9)人員標(biāo)識卡片具備電壓管理能力,當(dāng)人員標(biāo)識卡片電池電壓下降時,及時能過計(jì)算機(jī)報(bào)警使用者更換電池。
(10)靈活的硬件狗能力,當(dāng)人員標(biāo)識卡片出現(xiàn)強(qiáng)干擾,程序進(jìn)入軟件陷井后,自動恢復(fù)運(yùn)行。
(11)低功耗設(shè)計(jì)
KJ351煤礦井下人員管理系統(tǒng)采用雙向通訊方式,這樣在空間內(nèi),因通訊環(huán)境不同,波的反射、繞射、折射、衍射等行為,都能影響至通訊距離。形成的讀卡分站與人員標(biāo)識卡的不對等通訊區(qū)域,出現(xiàn)死區(qū)內(nèi)功耗大的情況。如何解決這一問題,我們將通訊范圍分為三個區(qū)域。可靠通訊區(qū),不可靠通訊區(qū)和不能通訊區(qū)。
在不能通訊區(qū)和不可靠通訊區(qū),人員標(biāo)識卡根本不響應(yīng)讀卡分站的請求。只有在可靠通訊區(qū),讀卡分站才能打開人員標(biāo)識卡。這樣,在盡量小的讀卡范圍內(nèi),盡快讀取人員標(biāo)識卡數(shù)據(jù)。讀取完畢后,立即關(guān)閉人員標(biāo)識卡,并且不在響應(yīng)本讀卡分站的任何指令。直到下一個分站才能喚醒卡片。
經(jīng)過實(shí)際測試結(jié)果,本方法省電、上卡可靠。能夠在4.26ms內(nèi)完成人員標(biāo)識卡數(shù)據(jù)交換。實(shí)測人員標(biāo)識卡上卡功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于待機(jī)功耗,而待機(jī)功耗僅為4uA。
4 結(jié)束語
綜上所述。KJ351煤礦井下人員管理系統(tǒng)很好地解決了低功耗、不漏卡問題;該系統(tǒng)采用的遠(yuǎn)距離RS485技術(shù)能很好地滿足大中型煤礦巷道復(fù)雜,傳輸距離遠(yuǎn)的問題;采用無線握手通信技術(shù)能很好地解決煤礦人員集中、讀卡信息量大等問題,真正做到人員區(qū)域性定位,井下區(qū)域人數(shù)管理,下井總?cè)藬?shù)管理,帶班領(lǐng)導(dǎo)下井統(tǒng)計(jì)等功能。
【參考文獻(xiàn)】
[1]【國家標(biāo)準(zhǔn)】AQ 6210-2007煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)通用技術(shù)條件[S].2007,03.
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