井下人員定位及設(shè)備無線測溫系統(tǒng)

1、應(yīng)用背景

煤炭工業(yè)是我國當(dāng)前安全生事故多發(fā)的重點行業(yè)，僅2009年遇難人數(shù)超過10人以上的事件就有：

2009年2月22日，山西西山煤電集團(tuán)屯蘭煤礦南四盤區(qū)發(fā)生瓦斯爆炸事故，78人遇難；

2009年4月4日，黑龍江雞西市雞冠區(qū)天源公司金利煤礦井下發(fā)生透水事故，12人遇難；

2009年5月30日，重慶市綦江縣同華煤礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，30人遇難；

2009年6月17日，貴州黔西南州晴隆縣中營鎮(zhèn)新橋煤礦發(fā)生透水事故，16人遇難；

2009年9月8日，河南省靈寶市金源礦業(yè)公司王家峪礦井下發(fā)生火災(zāi)事故，13人遇難；

2009年9月9日，河南平頂山新華四礦瓦斯爆炸事故，54人遇難;

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中國煤礦的地質(zhì)埋存條件復(fù)雜，高瓦斯礦井?dāng)?shù)量較多，開采自動化程度低，95%以上要靠井工開采，礦難頻頻發(fā)生。如何在提高產(chǎn)能的同時加強安全生產(chǎn)，一旦出現(xiàn)事故時能快速高效地進(jìn)行搜救，從而降低死亡率是每一個礦區(qū)的管理者需要思考的問題。

目前，我國大中型煤礦已大量裝備了各種煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的應(yīng)用改善了我國煤礦安全生產(chǎn)狀況。但依然還普遍存在入井人員管理困難，井上人員不能及時了解井下人員的動態(tài)分布，以及煤礦設(shè)備發(fā)熱不能及時檢測的情況。一旦事故發(fā)生，就無法準(zhǔn)確定位井下人員的位置，難以進(jìn)行及時可靠的搶救，安全救護(hù)的效率低，效果不理想。

2、系統(tǒng)原理

井下人員定位及設(shè)備無線測溫系統(tǒng)是基于ZIGBEE技術(shù)、實時數(shù)據(jù)采集與傳輸方法，以及*軟件設(shè)計理念而開發(fā)的井下人員定位及設(shè)備無線測溫系統(tǒng)。井下人員定位及設(shè)備無線測溫系統(tǒng)通過建立一個完整、靈活和實時的監(jiān)測管理體系，對井下作業(yè)人員的位置與分布、進(jìn)出巷道的權(quán)限管理、生產(chǎn)計劃的安排、生產(chǎn)物資的安全流動及設(shè)備發(fā)熱狀況等進(jìn)行動態(tài)跟蹤控制，以實現(xiàn)井下管理的信息化和可視化，提高煤礦開采生產(chǎn)管理和作業(yè)安全的水平。

2．1、功能實現(xiàn)

1）井下生產(chǎn)人員和設(shè)備的跟蹤功能

井下人員定位系統(tǒng)的高精度監(jiān)測器分布井下各主要場所、工作面和巷道等，當(dāng)佩戴有電子識別卡的生產(chǎn)員工或設(shè)備通過監(jiān)測器的識別區(qū)域時，監(jiān)測器將接收到該電子識別卡的身份編號，并將該身份編碼傳輸?shù)骄媳O(jiān)控中心。每個身份編碼都是的，通過該身份編碼，可識別每個入井出井員工或設(shè)備的移動軌跡，從而實現(xiàn)目標(biāo)的跟蹤與管理。井下人員定位系統(tǒng)實行主動式監(jiān)測方式，被測目標(biāo)*，識別距離遠(yuǎn)。井下工作人員無須增加攜帶裝備，無須主動進(jìn)行任何操作。

基于如上的技術(shù)設(shè)計，井下人員跟蹤管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)：

移動目標(biāo)的跟蹤：系統(tǒng)結(jié)合井下電子礦圖，可以實時顯示整個礦井以及各個盤區(qū)、煤層的人員的數(shù)量和分布；顯示人員的移動路線；對人員進(jìn)行定位和跟蹤；查詢特定人員在井下的位置。可以實時顯示定位信息，也可以查詢某一歷史時刻的定位信息。

2）生產(chǎn)人員的考勤與日常管理功能

生產(chǎn)考勤與人員管理：能夠準(zhǔn)確統(tǒng)計礦工人井、升井時間，并可按班次按部門生成日考勤、月考勤統(tǒng)計等報表。在每一班末，對當(dāng)班人員進(jìn)行清點，如發(fā)現(xiàn)有人員丟失則報警，以便值班人員核查；如果發(fā)現(xiàn)人員在井下工作超過規(guī)定時間，系統(tǒng)自動報警并給出相關(guān)人員的名單等信息，同時通過射頻標(biāo)簽報警以便通知相關(guān)人員。當(dāng)?shù)V井發(fā)生緊急事件時，可以快速確定人員的位置，及時開展搜救工作。

3）井下設(shè)備無線測溫系統(tǒng)

井下設(shè)備本身和設(shè)備之間的連接點會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。隨著負(fù)荷的增大，導(dǎo)致連接點發(fā)熱并形成惡性循環(huán)：溫升、膨脹、收縮、氧化，電阻增大、再度升溫直至釀成事故。

無線測溫系統(tǒng)主要針對：設(shè)備本身及設(shè)備之間連接點的溫度進(jìn)行監(jiān)測。如遇到過高溫時，系統(tǒng)將發(fā)出警報，通知管理者及時采取措施，以防事故發(fā)生，造成人員及財產(chǎn)的損失。

知寬信息設(shè)備無線測溫系統(tǒng)有以下特點：

  射頻技術(shù)的引入使采集安全可靠

  計算機可根據(jù)溫度探頭的ID號自動確定各監(jiān)測點的溫度

  采用了無線傳輸方式，安裝維護(hù)方便，成本低，保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全靈活

  傳感器24小時自動定時發(fā)射數(shù)據(jù)，計算機實時收集并記錄所有監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常立即報警

  系統(tǒng)具有功能，可以及時預(yù)警，把故障消除在萌芽狀態(tài)

  采用數(shù)字溫度傳感器直接測量電力接點的溫度，提高了系統(tǒng)的精確度

  采用看門狗電路和加密單元，電路可以使系統(tǒng)自動復(fù)位，使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更加可靠

2．2、系統(tǒng)組成

      井下人員定位系統(tǒng)

井下人員定位系統(tǒng)采用ZIGBEE識別技術(shù)，識別載體由電子識別卡、監(jiān)測器組成。

1) 電子識別卡

識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，載有標(biāo)簽的身份編碼（ID）信息；

2) 監(jiān)測器

接收電子識別卡反射回的微波合成信號后，讀取電子識別卡中的ID信息，然后將信息發(fā)送到地面監(jiān)控中心；

原理圖

     設(shè)備無線測溫系統(tǒng)

1) 溫度傳感器

測量設(shè)備本身及各設(shè)備間連接點的溫度，每個傳感讀頭都有的（ID）信息；

2) 溫度監(jiān)測器

讀取到溫度監(jiān)測器的數(shù)據(jù)后及傳感讀頭的ID信息，將信息發(fā)送到地面監(jiān)控中心；

3、系統(tǒng)組成

3．1井下部分組成

      井下人員定位系統(tǒng)

井下部分實現(xiàn)員工或者設(shè)備身份編碼數(shù)據(jù)的讀取，并經(jīng)防爆電纜實時傳輸?shù)骄喜糠帧?/span>

井下部分以防爆電纜作為主傳輸途徑（CAN總線形式），主要由讀卡分站、電子監(jiān)測器、防爆電源等組成。讀卡分站固定安裝在各主要巷道的進(jìn)出口，匯總該讀卡分站下監(jiān)測器的數(shù)據(jù)信息。電子監(jiān)測器安裝在井下主要位置或危險位置，如交叉道口、工作面、危險場所(如盲巷、掘進(jìn)頭等)、地面主要出入口等需要監(jiān)測的地方安裝，不斷地進(jìn)行數(shù)據(jù)巡檢和信號采集。整個井下系統(tǒng)以分布式形式安裝，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。電子識別卡分為員工識別卡和設(shè)備識別卡。員工識別卡由員工隨身佩戴（如安裝員工的安全帽上、腰帶或礦燈等），不需要附加攜帶設(shè)備，設(shè)備識別卡安裝上下井需要監(jiān)控的大宗設(shè)備或移動目標(biāo)上，如車輛等。

設(shè)備無線測溫系統(tǒng)

溫度傳感器的讀頭安放在每個設(shè)備及設(shè)備連接點等需要檢測溫度的地方，管理人員手持溫度傳感器，讀取傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)信息，并將此信息傳遞給數(shù)據(jù)終端，系統(tǒng)中斷可設(shè)定溫度界定值，若出現(xiàn)超出界定值的情況，系統(tǒng)將發(fā)出警報，通知管理者，以便管理者在時間內(nèi)采取措施。

系統(tǒng)原理

3．2井上部分

井上部分根據(jù)接收的各個員工和設(shè)備身份編碼，匹配數(shù)據(jù)庫中各身份編碼對應(yīng)的身份信息，如姓名、班組、工種等，并實時顯示在監(jiān)控屏幕上和存儲在電腦數(shù)據(jù)庫中備用。

井上部分以以太網(wǎng)為主要傳輸?shù)耐緩?，包括位于監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控電腦、打印機等設(shè)備。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲了對應(yīng)電子識別卡的人員姓名或設(shè)備名稱、編組、班號、考勤記錄等數(shù)據(jù)信息。通過實時采集到的電子識別卡信息，匹配記錄在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的個人和設(shè)備信息，可以實時地完成井下人員與設(shè)備的跟蹤定位工作。利用局域網(wǎng)，也可以使、礦務(wù)局以及相關(guān)的客戶端（相關(guān)部門），實時了解井下人員和設(shè)備情況。

4、系統(tǒng)流程

井下人員定位系統(tǒng)：

  當(dāng)攜帶電子標(biāo)簽的員工或設(shè)備通過監(jiān)測器的識別區(qū)域時候，監(jiān)測器將會被激活，并將該監(jiān)測器的標(biāo)識信息發(fā)送給監(jiān)測器；

  監(jiān)測器接受到個人信息后，經(jīng)處理發(fā)送到上層的讀卡分站；

  讀卡分站實時地將數(shù)據(jù)信息通過防爆電纜傳輸?shù)骄希?/span>

  監(jiān)控動態(tài)接收到各個井下電子監(jiān)測器的信息，提取數(shù)據(jù)庫中存儲信息。管理人員可以實時看到監(jiān)控目標(biāo)的情況，對不同區(qū)域或待定目標(biāo)進(jìn)行鎖定式監(jiān)控，對受控人員與設(shè)備進(jìn)行動態(tài)管理與調(diào)度。確保緊急情況下可以及時采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。

  煤礦安全信息監(jiān)控系統(tǒng)是一個集采集、輸入、存儲、檢索、查詢與分析空間數(shù)據(jù)于一體。通過賬號形式，可以給不同的客戶端進(jìn)行，使各個相關(guān)部門能夠了解特定組成員的活動軌跡。

設(shè)備無線測溫系統(tǒng)：

  在每個需要監(jiān)測溫度值變化的設(shè)備和設(shè)備連接點上安裝溫度傳感器標(biāo)簽

  物聯(lián)網(wǎng)無線節(jié)點讀取該傳感器標(biāo)簽的ID信息及溫度值，并通過無線方式傳遞給系統(tǒng)終端

  系統(tǒng)終端將對溫度值進(jìn)行記錄及比對，如超出界定值，系統(tǒng)將發(fā)出報警，告知管理員有異常現(xiàn)象。