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KJ1211矿用精准人员管理系统

随着国家对煤矿安全生产的日益重视以及国家安监局对全国煤矿建立完善监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络等井下安全避险六大系统的要求,入井人员的管理系统的日常出入井人员管理、考勤管理、定位搜救越来越重要。KJ1211矿用精准人员管理系统就是为了满足这种需求而专门开发的。系统基于GIS平台采用先进的远距离超宽带(UWB)通讯识别定位技术,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、环网交换机、数据传输接口、人员定位分站、人员标识卡、避雷器和传输平台等组成等组成。可实现对矿井入井人员的实时监测、跟踪定位、轨迹回放、爆破闭锁、考勤统计、报表查询等功能。

1系统结构

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、环网交换机、数据传输接口、人员定位分站、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:基于GIS系统,完******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:矿井光纤工业以太网综合信息传输平台、光缆或电缆。

人员定位分站:接收标识卡发出的无线人员编码信号并计算出通讯距离,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。

人员标识卡:承载******的人员编码信息,将编码数据发送给人员定位分站。人员标识卡有帽卡、矿灯绳式、胸卡、腰卡等四种方式。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。

井口检卡系统:包括井口智能检测门,检测一人是否多带卡;同时由控制计算机、检卡器和LED大屏幕组成的井口检卡显示系统,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。

2系统工作原理

KJ1211矿用精准人员管理系统统采用的超宽带(UWB)技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从而具有GHz量级的带宽。超宽带系统与传统的窄带系统相比,具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全***高、系统复杂度低、能提供******定位精度等优点。因此,超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航,且能提供十分******的定位精度本系统通过现场实测静态定位精度小于0.5米,动态定位精度小于3米,通讯距离大于400

本系统支持TOFTDOA两种工作模式,UWB的测距原理为双向飞行时间法,每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳 。模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求***质的脉冲信号,模块BTb2时刻发射一个响应***质的信号,被模块A在自己的时间戳Ta2时刻接收。有次可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间,从而确定飞行距离SS=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)](C为光速)

知道了UWB的测距原理,再实现UWB的定位原理就很容易了。UWB的室内定位功能和卫星原理很相似,就是通过布置多个(2个以上)已知坐标的定位基站,需要定位的人员或设备携带定位标签,标签按照一定的频率发送脉冲信号,不断和多个已知位置的基站进行测距,通过一定的******算法定出标签的位置。

TDOA模式定位工作流程:

1  每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧;

2  定位标签发送的UWB脉冲串被定位基站接收;

3  每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间;

4  定位基站通过WIFI或者以太网实现与后台服务器通信;

5  定位引擎参考标签发送过来的校准数据,确定标签达到不同定位基站之间的时间差,并利用TDOA算法来计算标签位置;

6  ***后,终端设备(应用软件)显示出定位标签的位置。

TOF模式功耗高定位精度高,TDOA模式功耗低同时定位精度略低,本系统可以软件设置TOFTDOA工作模式,根据用户需求实现功耗和定位精度的动态调整。

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考勤管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。

KJ1211矿用精准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。

该系统集成了技术含量很高的超宽带(UWB)通讯识别技术,采用专用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***能高、对人体无电磁污染、环境适应***强、可同时识别多人。

当井下人员随身携带人员标识卡进入读卡分站信号覆盖区域后标识卡立即被******(未进入信号覆盖区时标识卡处于休眠状态不工作),经信号冲突检测后无须人员动作自动发射加密数据载波信号,将人员信息发送给读卡分站

读卡分站收到标识卡发送来的信息处理后直接传送到地面或通过矿用环网交换机接入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。地面控制中心计算机将收到的信息结合井下电子地图(GIS)显示在屏幕上,同时保存到数据库,以备随时查阅。可以实时显示某个区域和巷道内人员的数量和分布情况;可以显示指定人员的移动路线;可以对指定人员进行实时定位和跟踪;可以查询特定人员在井下的实时位置。可以实时显示定位信息和查询某一历史时刻的人员作业信息。地面管理人员可以******、准确的掌握井下人员的数量和分布情况。

一、前言

1、概述

随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视,以及煤矿生产企业及管理部门自身现代化管理的需求,从技术和管理的需求出发,人员定位已是煤矿企业安全生产的一个必不可少环节。根据煤矿企业的要求,实现煤矿企业矿井下人员定位监测和管理的一体化,完善煤矿企业自动化监控系统,提高煤矿企业的安全生产管理和自动化水平。

2010年5月19-20日,国家安全监管总局、国家煤矿安监局在山西省潞安矿业(集团)公司召开全国煤矿坚决遏制重特大事故、推广井下救生舱等避险设施现场会。国家安全监管总局副局长、国家煤矿安监局局长赵铁锤出席会议并讲话,并强调要推进煤矿井下救生舱等避险设施建设,建立完善煤矿监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络系统等安全避险“六大系统”,提高煤矿安全保障能力。

2016年新版《煤矿安全规程》第五百零五条中增加了人员位置监测系统应当具备检测标识卡是否正常和*********的功能。

2、煤矿生产需求

随着工业信息化水平的提高,煤矿的安全生产、人员管理也有了相应长足的发展。尤其是在煤矿安全生产过程中,对下井工作人员的出入井监测、人员井下区域分布、避灾线路指导等各方面都有迫切的需要。无论出于煤矿生产的安全***还是煤矿人员管理的科学***,均需要有一套专门针对煤矿的特定条件、特定环境而研发的管理系统。该系统需要集员工上下井监测、井下人员定位、工作考勤、员工工资管理、人事管理、档案管理、网络数据通信等功能于一身,提高下井人员监测的准确***,提高人员管理的科学***和合理***,有效的提高了矿井安全生产的工业信息化。

建设矿井人员管理系统,提高矿井人员的安全管理与考勤。并实现数据的联网查询、编制、打印等功能。

二、系统概述

1、系统的作用

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。

该系统采用目前******进的2.4G无线扩频通讯技术,具有很强的抗干扰能力和高速数据传输速率。彻底解决了远距离,大流量,超低功耗,高速移动标识体的识别和数据传输难题。

矿井人员定位管理包括矿井人员定位、工作考勤、员工工资管理、人事管理、档案管理、网络数据通信等,用于煤矿井下工作人员的定位监测、办公管理等工作,有效提高煤矿生产的安全***,人员管理的合理***和科学***。

2、系统组成

矿井人员管理系统对下井工作人员的有效监测与科学管理,系统主要由地面监控中心、井口检卡系统、网络传输平台、井下监测设备组成。

1) 监控中心部分

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。

2) 井口检卡系统

通过检卡器对经过卡的检测,并将信息显示到LED大屏上,检验卡的好坏以及信息是否相符,并能显示井下人员的分布概况。

3) 系统传输平台

在传输网络上面,矿井人员管理系统支持矿用传输电缆总线式组网、矿用阻燃光缆+矿用传输电缆总线式组网、接入矿井以太环网三种组网方式。本次系统采用工业以太环网进行数据传输。

4) 井下监测部分

本部分由读卡分站、井口检卡器、动态目标识别器、人员标识卡组成。通过在井下巷道有效布置读卡分站、动态目标识别器,下井工作人员佩戴标识卡,实时监测下井人员的分布,模拟行走路径,并做到井下人员的区域定位。同时地面监控人员可通过遇险救灾指引功能做到迅速的汇报、全程调控,引导救灾人员及时救灾,******限度的减少受害人数和受灾损失。

三、总体方案

1、系统设计

根据煤矿的需求,整个监测监控系统采用了环网传输,所以人员定位系统的主传输直接接入主干光纤环网,本方案采用了我公司生产的人员管理系统。

1) 监控中心

监控中心站主要由监控主机、矿井人员管理系统软件、查询终端等设备组成,以及打印机等配套设备。

Ø 监控主机2台:双机热备,能实现双机故障自动切换,防止数据丢失或控制出错,并完全满足切换时间小于30s;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、查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。

Ø 矿井人员管理系统软件:完******员信息编码采集、识别、编辑、远程数据联网上传、WEB发布等功能。

设备的连接示意图如下:


2) 入井考勤、“*********”检卡

本部分由检卡主机、检卡器、井口大屏幕、数据传输接口等设备组成,根据矿方要求,分别在出、入井口安装井口检卡系统,其系统连接图如下:


入井******检测设备

出入井口配置动态识别器作为井口检卡器,实现100%******考勤,入井“*********”检测设备的考勤报警功能。

井口检卡显示大屏幕能够将出入井人员考勤情况进行实时直观显示。

井口检卡系统主要实现以下功能:

u 准确统计出入井人数;

u 有效的做到标识卡欠压告警、欠压卡统计、坏卡检测;

u 防止员工不带卡、带多卡、代打卡和不打卡等违章违规现象。

3) 传输平台

系统可以通过总线式电缆组网、总线式光纤组网或以太环网等多种组网方式。本次系统方案设计采用光纤以太环网方式组网。

Ø 工业以太网组网方案

根据矿井情况,本次人员定位系统采用光纤以太网组网方案,系统结构示意图如下:


人员管理系统根据功能不同分三层:

******层:监控中心

实现功能:负责整个系统设备及监测数据的管理、定义配置、实时卡号采集、分析处理、统计存储、屏幕显示、查询打印、远程传输、画面编辑、异常报警、网络通讯等任务。完成系统监测信息异地实时共享,能够以文本或图形方式显示安全生产信息,查询各类报表数据。

第二层:传输网络

实现功能:负责矿井人员管理系统的数据传输,将前端设备(读卡分站、动态目标识别器)的实时数据高速、稳定、实时的传输监控中心;并将监控中心站的数据传回前端设备。

第三层:前端设备

矿井人员管理的前端设备包括读卡分站、动态目标识别器、人员标识卡、检卡装置等。

实现功能:前端设备主要完成对标识卡的无线识别、双向呼叫、数据传输、卡号显示;对系统设备自检、系统设置等功能。

4) 井下监控设备

井下主要设备为读卡分站 、KDW0.3/660(A)型隔爆电源箱、动态目标识别器等。

Ø 根据实际需要,分站安装位置尽量在取电方便、识别器集中区域,节约电缆。

Ø 人员定位识别器安装位置:

u 主井口、主井底、副井口、副井底;

u 主要大巷及分支巷道;

u 每个掘进工作面;

u 每个工作面的回风顺槽与运输顺槽的入口100米;

u 井底车场、主要作业点;

u 井下主要机电硐室;

u 其他需要进行人员监测的位置。

五、系统特点

我公司自行研发生产的矿井人员管理系统始终遵循高可靠***、先进***、实用***、可扩展***及开放***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特点:

Ø 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***。

Ø 采用两台主机可实现双机热备功能,系统地面中心站主机采用双机热备,数据可保存十年以上,当系统发生故障时,主备机切换的时间长度应不大于30s,防止数据丢失或控制出错。

Ø 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、全双工双向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2年以上。

Ø 标识卡具有先进双向呼叫功能,呼叫与卡的识别采用不通的信道,互不影响。双向通讯功能:井下人员在遇险等情况时,可通过识别卡向地面发出求救信号,同时地面中心站可显示具体的位置和人员等信息,方便救援的开展;地面中心站可呼叫井下某个人员、某区域人员或者全部人员,及时避险撤离。

Ø 标识卡配置有红色闪光LED指示灯和紧急呼叫按钮,支持双向呼叫功能。当管理中心呼叫标识卡时,标识卡接收到通知后将快速闪烁LED指示灯提示,并同时向管理中心发回呼叫确认信息;当人员按动标识卡上的紧急呼叫按钮时将及时向系统管理中心发出紧急呼叫信息,并缓慢闪烁LED指示灯提示,在回收到管理中心回发的紧急呼叫确认信息后取消LED指示灯闪烁提示。

Ø 系统具有自动监测延时呼叫和多次呼叫功能,具有管理中心呼叫和被呼叫时人员及移动目标实时动态显示、告警等先进的双向呼叫功能,能及时通知井下人员回避危险。

Ø 大容量备用电池、高可靠***的分站电源系统,保证连续稳定运行。

Ø 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。

Ø 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******位移速度和******并发数量通过识别区时,系统漏读和误读的比例非常小;信号均匀覆盖,无阻隔,抗冲突***能强;识别区域无方向***、无盲区;对人体没有电磁辐射伤害。

Ø 识别器为本质安全结构,井下安装地点不受限制。

Ø 独有识别器显示功能,可就地显示******的九个卡号以及累计人数。

Ø KDW0.3/660(A)型电源箱完全采用新型开关电源技术,能耗极低,发热量小(箱体内温度不超过35℃),输入电源电压范围宽(36V~660V),抗电源电压波动能力强(达±20%以上),为绿色环保电源,特别适用于煤矿井下工作环境。

Ø KDW0.3/660(A)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)。

Ø 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)。

Ø 采用Microsoft 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,支持大屏幕和多屏显示。

Ø 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***及开放***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。

Ø 功能强大的人员管理系统软件,满足支持OPC协议,且可以和其它人事管理软件接口。




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