1、重庆梅安森KJ237型矿井人员定位管理系统设计方案 KJ237型井下人员定位管理系统技术方案重庆梅安森科技股份有限公司1、概述随着工业自动化水平的提高，煤矿的安全生产、人员管理也有了相应长足的发展。矿井人员管理系统就是专门针对煤矿的特定条件、特定环境而研发的管理系统。该系统集矿井人员定位、工作考勤、员工工资管理、人事管理、档案管理、网络数据通信、自动控制等功能于一身，提高了人员管理的科学性和合理性，有效的提高了矿井安全生产的工业自动化。我公司自行研发生产的KJ237型矿井人员定位管理系统始终遵循高可靠性、先进性、实用性、可扩展性及开放性原则，在满足以上的各项功能指标的同时，还具有如下独有的技术
2、特点：系统具备双向呼叫功能，地面中心站与人员标识卡之间可以双向呼叫，提高人员管理的安全性和可靠性。本人员定位系统同时具有移动瓦斯监测上传功能，通过我公司移动瓦斯检测仪读取当前位置瓦斯浓度，通过无线上传给动态目标识别器，通过人员定位系统网络上传至中心站，使得瓦斯监测更加灵活，准确。先进2.4G的直序扩频通讯技术（基于IEEE 802.11b）、嵌入式16位微处理器和完全自主研发的嵌入式软件保证数据传输可靠性。标识卡采用高级嵌入式16位微处理器，在嵌入式软件的控制下，实现睡眠、唤醒、解码、编码、通信及信息碰撞处理等功能。三层的系统结构，配置灵活，响应快速。标识卡超低能耗设计，电池可连续使用3年以上
3、。大容量备用电池、高可靠性的分站电源系统，保证连续稳定运行。系统能方便实现识别范围的调整，识别距离0-100米可调，可靠识别静态或120km/h的高速移动目标。单台目标识别器可瞬间同时识别200个以上的人员标识卡，携卡人员以最大位移速度和最大并发数量通过识别区时，系统漏读和误读的比例非常小；识别区域无方向性、无盲区，对人体没有电磁辐射伤害。识别器为本质安全结构，井下安装地点不受限制。读卡分站不但可接识别器，也可连接传感器，与安全监控融为一体。独有识别器显示功能，可就地显示最新的十个卡号以及累计人数。系统具有人员活动轨迹再现功能。KDW0.3/660A电源箱完全采用新型开关电源技术，能耗极低，发
4、热量小（箱体内温度不超过35），输入电源电压范围宽（36V660V），抗电源电压波动能力强（可达20%以上），为绿色环保电源，特别适用于煤矿井下工作环境。KDW0.3/660(A)/(B)型矿用隔爆电源箱的备用电源采用新型铅晶免维护动力电池，容量大，无记忆效应，采用智能充放电管理，完全满足连续满负荷运行4小时以上（可确保连续使用二年）。KJ237-F型智能读卡分站内置超大容量“铁电”存储器和智能时钟芯片，具有48小时实时数据存储/转发功能，自主研发的专用协议转换电路支持多种通讯协议和通讯方式间的转换（类似网桥）。功能强大的人员管理系统软件，且可以和其它人事管理等软件连接，数据共享。2、方案设计
5、2.1、设计原则及依据本方案在设计过程中始终遵循系统应具备高可靠性、先进性、实用性、可扩展性及开放性原则，以满足矿井人员定位管理系统的需要。设计依据严格按照一下标准和规范执行： 煤矿安全规程2006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爆炸性环境用防爆电气设备通用要求GB 3836.1-2000爆炸性环境用防爆电气设备GB3836.2-2000矿用一般型电气设备GB 12173-90通用用电设备配电设计规范GBSOO55-93矿山电力设计规范GB50O7O-94AQ6210-2007煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件AQ1048-2007煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范2
6、.2、系统工作原理KJ237-F-S型动态目标识别器通过发射天线随时发射加密数据载波信号； 当井下人员随身携带KJ237-K型人员标识卡进入识别器信号覆盖区域后标识卡立即被激活（未进入信号覆盖区时标识卡处于休眠状态不工作），经信号冲突检测后，将人员信息发送给识别器。 识别器收到标识卡发送来的信息处理后发给读卡分站，由读卡分站通过把接收到的数据信号通过转换接入井下环网交换机，矿井工业以太网发给地面中心站完成矿井人员自动跟踪定位管理。 2.3、系统实现功能1、井下人员安全管理功能 动态图显示：支持地理信息系统（GIS）、矢量图、位图等多种图形显示方式，根据图形化的信息可以很直观的显示井下巷道分布，
7、设备安装及运行状态、当前各区域人员分布，下井人员的滞留信息等。当有人员滞留超过设定时间或设备运行异常时，动态图采用不同的图标信息模拟显示，并发出声光报警，同时信息栏给出语音和文字双重提示，另可设定多级短信报警，根据具体情况分别报送各级部门。井下人员分布（明细）：通过表格的形式分列出当前井下分站的安装运行等相关信息，并对井下各分站人员、异常信息进行统计显示。历史活动轨迹：根据输入的标识卡号或人员姓名，可查询该员工当天或一定时间段内的下井轨迹详细信息，同时实现轨迹图回放，直观的再现了该员工当天的下井情况；可根据用户需求选择直接打印查询信息或转换成EXCEL数据以做它用。实时定位跟踪：可以对任意指定
8、编号或者姓名的员工进行实时跟踪（可同时对多人进行跟踪）；可以对特定人员当前井下位置进行迅速定位查询，指定人员一旦在井下移动了位置，可以第一时间进行自动报告；可以帮助调度人员实时跟踪、监督特殊工种人员当前的作业状况，核查相关领导是否进行了跟班作业；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。2、考勤管理功能能够实时对煤矿人员入井时间、升井时间进行统计；能实时对各单位人员下井班数、班次、迟到、早退等情况进行监测和分类统计；能实时对井下各监测区域工作人员的数量和分布情况进行分类统计。能自动汇总、存储、自动生成报表和打印以上各信息。数据支持实
9、时查询，随时可查询单独人员、班组、井、矿领导或公司领导下井情况。数据存贮时间至少两年，系统可提供两年数据的汇总统计功能。考勤管理可按班组、井、矿、公司分级汇总统计、查询、打印。提供包含月考勤统计、月班次统计、日考勤查询、下井人数查询、个人月考勤查询、工作面人员查询、当前井下人员查询、定时定点人员查询、报警历史数据查询、当前超时人员查询等功能；月考勤统计：可统计全矿或某部门指定一个月（可指定月开始日期）内所有人员的下井信息，包含下井班次，累计下井次数等；可选择打印或导出到EXCEL；月班次统计：可统计全矿或某部门指定一个月内所有人员的下井信息，包含下井班次，每班各下井多少次等；可将查询到的信息直
10、接打印出来，也可导出EXCEL数据用于工资、津贴发放计算之用日考勤查询：可按全矿或某部门、指定某天某个时间段条件来查询人员下井记录；并可按卡号、部门、入井时间、工作时长来排序查询、打印和导出EXCEL等操作下井人数查询：可按条件统计全矿或某部门、某一天或某一个月的下井总人次； 便于相关管理部门了解特定时间段的全矿下井情况，方便制定相关安全等管理规范；在某些矿井可用于班中餐补贴的自动统计发放等个人月考勤查询：方便员工本人或相关管理部门查询该员工某月的下井情况明细；工作面人员查询：可以任意设置和管理相关工作面或区域，自动进行工作面人数统计或查询工作面人员明细；使管理人员可以方便的知道特定区域的工作
11、人数、人员明细、当前井下人数、今日下井总人数等信息；也可用于后勤部门班中餐发放，该功能给后勤服务提供了及时可靠的信息，能准确知道相应地点的准确人数，保证井下工作人员及时就餐；当前井下人员查询：提供可按行政部门划分的方式统计井下人员总数，也可查询该部门当前井下人员明细；定时定点人员查询：可以查询任一地点任一时间段的人员的流动路线、地点、时间、未到达区域等信息查询；此功能可有效防止早升现象；可以实时对瓦斯检查员、安全检查员、跟班领导等安全生产岗位人员进行有效监督；能有效提高安全生产防范能力，有效减少“三违”，促进安全生产； 报警历史数据查询：当员工在井下发生事故或其他原因超过设定报警时间，本系统将
12、自动发出声光报警，通知相关管理人员处理情况；并将报警卡号、时间、地点、类型等信息保存进历史记录中，方便相关管理人员日后查询及用于事故责任追查等用； 当前超时人员查询：可以查询在井下滞留超出某一时间段的人员信息；帮助管理人员了解当前井下人员的滞留情况；3、人事管理结合矿上人力资源信息库，提供对员工基本档案信息的管理： 新增员工档案： 录入员工的姓名、卡号、部门、工种、生日等基本档案信息；员工档案管理：管理员工的基本档案信息，可对信息进行编辑、删除等。员工档案查询：可按姓名、卡号、生日、部门、工种等信息查询员工档案信息；员工档案浏览：可浏览员工卡号、职称、籍贯、照片等信息；标识卡管理：提供标识卡遗
13、失或损坏后的补卡功能；4、报警管理本系统提供多种报警条件设置，可以按部门、工种、级别或个人信息查询并设置超时报警、未足班报警、违章进入报警等报警信息5、工资管理包括工资发放管理、套账管理、工资分组管理、工资单管理等； 6、用户管理提供对登录本系统的用户管理，包含新建、查询、修改、删除用户等；2.4、系统主要参数1、KJ237-F-S型动态目标识别器和KJ237-K型人员标识卡之间采用2.4G微波直序扩频射频通讯模式。这种通讯模式具有以下特点：微波段信号，传输距离远DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）直序扩频调制方式具有很强的抗干扰和抗多径效应特性以极低的发
14、射功率获得高速率、远距离的信号传输，识别器的目标识别范围在1100米可调。具有很高的安全性KJ237-K型人员标识卡 峰值发射功率为4dBm（2.5mW） 平均发射功率仅为-30dBm（0.001mW），经检验，属于对人体无害的绿色产品 具备与主机的双向呼叫功能信号调制方式：直序扩频GFSK待机工作电流：2uA，能耗极低 多卡识别方式：突发间歇式防冲突算法防水结构：超声波焊接，全密封防爆型式：本质安全型工作电源：工业3.6V锂亚硫酰氯电池电池寿命：不小于二年高速率（250kbps），超低功耗 目标移动速度：60km/h，即当目标以最大60km/h的速度通过识别区域时，识别器同样能够准确的识别。
15、一般井下人员和车辆的速度都小于10m/s，所以完全满足识别需求。双信道模式。呼叫信息与识别卡采用独立的信道，不影响识别率。同时识别的目标数200张，漏卡率极低（10-6）。 具有79个独立工作信道，在监听到某个通道有干扰时能自动判断并切换到干净信道传输数据。动态目标识别器读卡无方向性，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，系统能从不同方向正确识别卡号、时刻及运动方向。2、系统配备KDW0.3/660型矿用隔爆电源箱的备用电源采用新型铅晶免维护动力电池，容量大，无记忆效应，采用智能充放电管理，完全满足连续满负荷运行4小时以上（可确保连续使用二年）。3、系统配备专用检卡器，对
16、无卡和多卡携带人员能够准确的识别，并同时发出提示和报警。4、识别器与动态标识卡采用有源半双工工作模式，当携卡人员进入识别区域识别器自动读卡，读卡时间小于1秒。系统巡检周期30秒，则携卡人员离开该目标识别区域的位置小于30秒间隔。5、系统采用MS SQLServer数据库，数据存储具有很强的安全性，有效防止非权限人员对数据的修改。6、系统具有汉字显示和提示功能，并具有语音读报提示功能；7、系统采用双机热备份工作方式，正常状态，主机完成系统的监控工作，备机只完成监控数据的实时存储，当主机故障时，备机切换为主机，双机切换时间小于5分钟，确保数据的安全性和监控的实时性。系统配备UPS后备电源，确保监控
17、的连续性。8、系统在矿井下所有设备获得 “防爆合格证”和“MA标志证”。9.系统最大允许接入的分站数量大于64，识别卡数量大于6万张。10、中心站与分站间采用GPSK通讯技术，最大通信距离大于20kM，分站与目标识别器本安供电通讯距离大于2km。2.5、方案设计1、地面部分采用我公司专为人员定位监测及考勤开发的人员定位管理软件，该软件能提供人员实时定位监测、历史轨迹数据查询、考勤管理等功能，能完全满足矿上人员定位监测需要；因系统需处理大量数据及稳定运行的需要，我们配备高性能的工控机及UPS备用电源；监控主机从环网交换机接入人员定位监控数据。副井入口安装检卡屏，监测下井人员信息。2、井下部分根据
18、矿方提供的图纸，我们采用KJ237-F型读卡分站+ KJ237-F-S型动态目标识别器+KDW0.3/660（A）型矿用电源箱+矿井环网交换机的组网方式，无须在巷道布置天线，类似安全监控系统的连接。其中读卡分站采用16位嵌入式系统，功能强大，反应速度快，本身带有大容量存储器，能及时采集、处理、存储并传输数据；3、设备布置根据矿方提供图纸配置井下读卡分站及识别器的安装。 读卡分站布置位置考虑取电方便，就近能接入最多识别器，节省最多线缆的原则。动态目标识别器的布置原则为：主副井口安装目标识别器，监测下井人员信息，并作为上下井的考勤依据；井下机电硐室安装动态目标识别器，监测进入井下各机电硐室重要区域
19、的人员。设置准入规则，限制人员进入报警；井下皮带运输巷、辅助运输巷、行人巷、进风行等地方拐角以及重要区域设置动态目标识别器，监测路过人员信息；井下回风巷、专用排瓦斯巷入口设置动态目标识别器，工作人员进入该区域报警；井下炸药库、无轨胶轮车加油硐室等特殊地点安装动态目标识别器，设置准入规则，限制人员进入报警；3、KJ237型矿井人员定位系统介绍3.1、系统实现的功能及其性能KJ237型矿井人员管理系统是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动识别信息技术产品，该系统是通过对煤矿坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现对人、车、物在不
20、同状态（移动、静止）下的自动识别，从而实现目标的自动化管理。该系统由地面中心站、人员定位分站及电源箱、移动目标识别器、人员标识卡和数据传输设备组成，集成了技术含量很高的无线射频识别技术，采用专用射频通讯控制芯片实现可靠的无线数据通信，基站及信息机为本质安全型电路，安装方便，作用距离远、识别无盲区、信号穿透力强、安全保密性能高、对人体无电磁污染、环境适应性强、可同时识别多人。3.2、系统无线射频识别技术的主要原理KJ237型矿井人员管理系统采用的无线射频识别技术（RFID）是基于全球公认的局域网权威IEEE 802工作组建立的802.11b协议的2.4GHz DSSS（direct sequen
21、ce spread spectrum）直接序列扩频技术，将2.4GHz2.5GHz间的频宽划分成79个通道（Channel），临近的通道互相独立，数据就是从这79个频段中的一个进行传送，监听到某个通道有干扰时自动选择一个干净通道传输数据。在每个通道中传输的数据都被转化成一个带冗余校验的Chips数据，它和真实数据一起进行传输用来提供错误校验和纠错。由于使用了这项技术，大部分传送错误的数据也可以进行纠错而不需要重传，这就增加了网络的吞吐量和可靠性。802.11b协议的MAC子层提供了另两个强壮的功能，CRC校验和包分片。在802.11协议中，每一个在无线网络中传输的数据报都被附加上了校验位以保证
22、它在传送的时候没有出现错误。包分片的功能允许大的数据报在传送的时候被分成较小的部分分批传送。这在网络十分拥挤或者存在干扰的情况下（数据在这种环境下传送非常容易遭到破坏）是一个非常有用的特性。这项技术大大减少了许多情况下数据被重传的概率，从而提高了无线网络的整体性能。MAC子层负责将收到的被分片的大数据报进行重新组装，对于上层协议这个分片的过程是完全透明的。目前，2.4GHz直接序列扩频RFID这种崭新的信息采集、存贮、传递和处理技术，将为煤矿井下人员监测、控制和监测和跟踪管理起非常重要的作用。该系统产品已根据煤矿安全生产的技术要求和国家安全标准进行独立设计，完全可以满足煤矿井下人员监测与跟踪管
23、理的自动化和信息化管理要求，同时可充分利用矿井已有煤矿监控系统平台资源联网运行，有效节约投资。3.3、系统组成及其功能KJ237人员管理系统主要由监控计算机、系统软件、井口大屏幕LED检卡显示系统、人员定位分站、动态目标识别器、人员标识卡、避雷器和传输平台等组成。监控主机：负责整个系统设备及人员检测数据的管理、分站实时数据通讯、统计存储、屏幕显示、查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。系统软件：完成人员信息编码采集、识别、加工、显示、存储、查询和报表打印。传输平台：矿井光纤工业以太环网综合信息传输平台。KJ237-F型人员定位分站：通过与各动态目标识别器的有线通讯，实时获取人员编码数据（可本地显
24、示）。KJ237-F-S型动态目标识别器：接收标识卡发出的无线人员编码信号，能就地滚动显示所监测到的标识卡卡号，动态存储24小时内监测到的所有标识卡卡号，具备“黑匣子”功能，具有声光报警功能。KJ237-K型人员标识卡：承载唯一的人员编码信息，当被无线信号激活后，将编码数据发送给动态目标识别器。人员标识卡有矿灯绳式、胸卡、腰卡等方式。根据系统在煤矿的现场使用情况反馈，便于对人员标识卡的管理，本方案推荐选用矿灯绳式和腰卡式人员标识卡，用户也可根据实际需要进行选择。KJ306-J1型矿用环网交换机：通过环网交换机把读卡分站传输的数据接入井下以太环网，实现数据的远程传输。井口检卡系统：由控制计算机、
25、检卡器和LED大屏幕组成。能实时显示下井人员的卡号、姓名和班次等信息。员工自助查询系统：独立的操作简便的查询界面，支持触摸屏方式。可查询个人信息、下井情况、各种补贴发放情况等。地面部分人员信息采集处理中心，也称监控中心站。主要以通讯接口、井口大屏幕LED检卡显示系统、专用人员监测管理软件和监控主机、打印机、监视器等组成。井下部分以人员定位分站、动态目标识别器、人员标识卡、矿用电源箱、矿用环网交换机等作为井下人员信息无线检测处理的基本单元。在井下主巷道、分支巷道和监测点等区域采用人员定位分站+矿用本安电源+动态目标识别器的连接方式与矿井工业以太网的交换机相连接，组网方便灵活，同时可与煤矿安全生产
26、监控系统并网运行。3.4、系统结构示意图3.5、工作原理 KJ237-F-S型动态目标识别器通过集成在电路板上的发射天线随时发射加密数据载波信号；人员随身携带的KJ237-K型人员标识卡进入KJ237-F-S型动态目标识别器工作区域被激活后（未进入发射天线工作区域标识卡处于休眠状态不工作），经KJ237-K型人员标识卡集成的防冲突算法将人员信息发送给KJ237-F-S型动态目标识别器，KJ237-F-S型动态目标识别器收到KJ237-K型人员标识卡发送来的信息处理后或者发给读卡分站由读卡分站发给地面中心站，或者由KJ237-F-S型动态目标识别器直接发送给地面中心站完成矿井人员自动跟踪定位管理
27、。3.6、系统主要功能特点1）对井下人员可实时考勤监测，位置自动显示。2）可实时考勤查询、打印当前及某时间段井下人员数量、活动轨迹及分布情况。3）在人员出、入井口设置大屏幕LED检卡显示系统，用于出入井人员考勤管理和检测出入井人员标识卡的完好性，保证系统的正常运行。4）目标识别器和标识卡具有完全独立的发射与接收部件，其核心技术均采用2.4G直接序列扩频技术（基于IEEE 802.11b）、嵌入式16位微处理器和完全自主研发的嵌入式软件。5）标识卡采用高级嵌入式16位微处理器，在嵌入式软件的控制下，实现睡眠、唤醒、解码、编码、通信及信息碰撞处理等功能。6）标识卡超低能耗设计，电池可连续使用2年以
28、上。7）系统能方便实现识别范围的调整，识别距离0-100米可调。8）系统能可靠识别静态或120km/h的高速移动目标。9）单台目标识别器可瞬间同时识别200个以上的人员标识卡。10）乘车出入的工作人员无需下车，在车辆进入监测区域后，就可自动完成人员定位及考勤功能。11）识别区域无方向性、无盲区，对人体没有电磁辐射伤害。12）井下动态目标识别器与人员定位分站、人员定位分站与地面中心站失去联系时，动态目标识别器和分站均能独立工作，自动存储人员监测数据，当通讯恢复后监控主机可提取数据自动完成数据修复。13）采用Microsft Excel数据报表处理，具有丰富的组态、画面编辑及报表（数据图）生成功能
29、，支持大屏幕和或多屏显示。14）系统软件采用Windows2000/2003/XP操作平台，支持B/S和C/S体系结构，兼容性及开放性好。系统网络所有终端在使用权限范围内都能共享监测信息，查询各类数据报表。15）具有门禁功能。根据需要在煤矿井下特殊区域限制员工非法进入。如果有未经许可人员接近该区域可发出声光报警信号，同时地面监控主机也会发出报警信号。16）报警功能。可以对下井人员限制人数、出入时间及地点，如果超过区域限制人数、授权时间或进入XX的地点都会触发报警设备发出警示，以便控制人员迅速做出反映，采取安全措施。17）系统采用SQL2000 Server数据库，具有实时数据并发处理功能，自动
30、生成人员信息数据库，实现考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。18）矿井一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，便于事故救助工作的开展。19）系统具有人员活动轨迹再现功能。20）分站和动态目标识别器具有显示人员编码，可用遥控器查询记录。21）传输介质可选择光纤、电缆等，传输速率高，无中继传输距离长，具有防雷、抗电磁干扰等优点。以KJ73-G型矿用数据传输光端机为主体构成井上下光纤网络，通过光纤+现场总线与分站等设备相连接。22）中心站主机双机热备用，配合具有实时数据存储处理、多端口转发功能的智能数据传输接口，实现监测数据信息双机自动备份。3.7、主要技术
31、参数及性能指标 地面人员定位监控管理软件 系统容量：64台分站或直接挂接64台KJ237-F-S型动态目标识别器每台分站可挂接动态目标识别器：8个管理员工数：65535人通讯方式：RS485、DPSK或光纤传输波特率：2400bps通讯距离：大于20Km巡检周期：总线式小于26S，以太网方式小于2S处理内容：煤矿安全生产监控、人员跟踪定位管理网络平台：以太网操作系统：WIN2000/2003数据库：SQL SERVER 2000 数据通讯接口 电源电压：127 VAC/50Hz 220VAC/50Hz通讯方式：RS485、DPSK或光纤通讯 传输波特率：2400bps 通讯距离：20Km 与计算机通讯：RS232 隔离电压: 1500V 防爆型式：矿用本质安全型 地面人员定位监控管理软件 系统容量：246台分站，每台分站可挂接动态目标识别器：8个管理员工数：65535人通讯方式：RS485、DPSK或光纤传输波特率：2400bps通讯距离：大于20Km巡检周期：小于25s(
