人员定位系统设计方案

设

计

方

案

设计：  

审核：   

批准：   

2013年7月4日

前    言

χχχ矿位于χχχ，设计年生产能力为100万吨，采用χχχ井开采，矿井工业广场面积χχχ亩，因矿井生产需要，现建立KJ128矿用人员监测系统。

根据根据煤炭行业标准GB3836-2000和新版《煤矿安全规程》规定,结合χχχ矿的实际情况和具体需求，本着先进性、经济性、可靠性和可拓展性的原则，制定本方案。

二、系统功能介绍

2.1系统功能框图

图1  系统功能框图

KJ128矿用人员监测系统由地面设备和井下设备两部分组成：

地面设备主要由监测主机、传输接口、集线器、打印机、避雷器等组成；地面人员监测管理部分由数据通信接口、HUB、监控主机（含监控管理软件）、UPS电源、打印机、网络终端、防雷设备等组成。其信接口是将井下的RS485或DPSK信号转换为监控计算机RS232串口信号；HUB用于地面设备网络连接；监控计算机（含人员监测及安全管理软件）及数据库，实现对信息的自动化管理目标，在计算机屏幕上直观动态显示井下人员的分布情况，使管理层一目了然；UPS电源主要为了在交流电源停电后继续维持系统设备正常运行；打印机主要用来打印人员监测及安全管理报表；网络终端主要是人员监测及安全信息的网上动实现对人员的考勤作业、统计及监测管理。

井下设备主要由KJF73型矿用无线接收分站、KGE32矿用发码器、KDW22型矿用隔爆兼本安电源、分线盒等组成。

系统中的KGE32型矿用发码器采用微型封装，可方便地安装在矿灯盒侧、安全帽、腰带或衣袋等处，如用于车辆则可选择非金属部分并尽可能高、较为安全的地点安装。发码器使用时不间断发射代表身份特征的无线射频数字编码信号。发码器采用低协耗、半休眠状态工作，发码器有多个工作频道。发码器本身具有抗干扰能力,其通信协议保证了发码器无遗漏现象。扩展性能强，能兼容有线无线多个网络，自身带有AES和CRC机制，系统性能好

系统中的KJF73型矿用无线接收分站（简称分站），采用矿用本安设计，用来接收发码器发射的无线数字编码射频信号并将其解调还原成数字编码，并将数字和接收起始时间存储在数据库中；当发码器离开分站接收围10多秒钟后,分站也会将离开得发码器身份数字和离开时间存储到数据库中。以后可根据地面主机发出的巡检命令，将所存数据通过传输电缆送入地面主机。分站的安装视需要安装于各监控点上，今后亦可根据需要增减分站的设定。本系统可安装大于台分站。

井下分站设备由人员信息采集处理模块、人员信息传输处理模块、隔爆电源、备用电池、嵌入式软件等组成。其中隔爆电源为分站工作提供电源；人员信息处理采集模块是完成对人员通行信息的采集、处理；人员信息传输处理模块是将RS232信息转换为RS485信息，传输距离10KM，同时将重码的信息进行判定和过滤，接受上位机的轮循访问并向上位机传送所采集到的人员编码信息。

2.2 特点及功能

分站是智能化装置，具有无线接收、高速数据处理、存储所有发码器的一切数据；当系统出现故障时，分站可存储60200个移动目标信息。当故障排除后，自动将所有存储的信息传至地面计算机。

系统无线部分采用了射频技术、天线技术、FSK调制方式，先进的校验技术和无线防冲突算法，保证了数据的可靠性及较高的抗干扰能力。

计算机采用Windows软平台，用VB开发的集数据采集与信息处理的综合数据库管理系统。本系统是以SQL Server7.0数据库为主的C/S模式开发而成的，共有分站实时信息、区域人员实时信息、分站历史信息、区域人员历史查询、分站配置、人员配置等功能。

所有功能操作具有在线帮助，在中文菜单提示下完成。并方便地点击图形、即点击所需信息，可随时显示动态目标的图形数据。

系统采用485总线巡检方式，分站实时向地面主机传送人员信息，同时主机通过总线向分站发送命令。

人员监测查询功能：

a.可作为下井考勤系统。系统庞大的数据库能存储一年以上系统运行的各种数据，对任一指定月份或任一指定时间段，对井下人员进行下井次数、下井时间等进行分类统计；

b.可查询当前井下人员数量及区域分布情况；

c.任一指定井下人员（车辆）当前或指定时间段的活动轨迹；

d.查询某一指定分站，可以获得当时区域的人员（车辆）信息；

e.查询某一指定分站、可以获得在某一时间段由经过该分站的人员车辆信息；

f.对特定的人员（车辆）进行实时跟踪；

2.3 主要电气性能

(1)无线工作频率：2.4GHz

(2)发码器发射功率：1～5dbm

(3)分站无线接收灵敏度：-105dbm

(4)无线数据传输速率：9600bit/s

(5)电缆数据传输速率：1200bit/s

(6)监测动目标数量：16300个

(7)系统分站容量：≥个

(8)供电电源

﹡发码器：工作电压：3VDC（由硅胶封于部的CR2450.3V锂电池供电）

工作电流：发11mA.     守候：200nA

连续工作时间：＞2年

﹡分站：工作电压：12VDC

   工作电流：≤200mA

（由KDW22型隔爆、兼本安电源供电备用本安电池：最高开路电压Um≤4.2VDC，最大短路保护电流 IM≤1.1A）

三 KJ73型矿用无线接收分站

3．1 用途

KJF73型矿用无线接收分站和KGE32型矿用发码器配套使用。当流动人员携带矿用发码器经过矿用无线接收分站的A和B二根接收天线时，分站先后接收到发码器发出的身份。将根据二根天线收到信号的先后辨别前进方向。分站所接收到的信息进行处理、存贮、并通过RS-485接口自动传输给地面计算机。

KJF73型矿用无线接收分站为本质安全型，适用于具有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井中使用。

3．2 工作原理

KJF73矿用无线接收分站由无线接收模块和主CPU、从CPU、存储器、RS485接口、备用电池等组成。如图：

主CPU用来与上位机进行通讯，并同时处理、存储来自从CPU的信息。从CPU接收、处理二个A、B接收模块来的信息，用来识别矿用发码器的前进方向、并传输给主CPU。

存储器用来存储还未向上位机传出的信息。

RS485接口通过传输电缆与上位机进行通信。

当交流停电时，备用电池自动投入工作。

3．3 分站结构

分站机箱为防静电ABS注塑而成，有足够的强度，盖和机箱之间采用发泡硅橡胶”O”形密封圈，有效地防水、防尘。

机箱防护级为：IP54

外形如图

四个出线嘴，左右分别为A、B二根接收同轴电缆天线。下面两个出线嘴，左边为电源线输入，右边为RS485传输电缆输入。

3.4  使用方法

1.分站安装在流动人员或车辆必经过的岔口处。

2.设置、校对所安装分站的地址码

3.连接本安全电源及矿用传输电缆。

4.将分站的25m的同轴电缆天线，安装在流动人员经过的位置。

5.用铁丝或尼龙绳将分站、本安电源、矿用通信电缆、电缆天线挂在巷道壁上。使电缆天线的末端约0.5m左右，头向下悬挂在巷道空中距离巷道壁大于30cm，电缆天线尽量避开其他电缆导电物体。

6.指示灯状态：左1红灯为主从CPU通信状态指示，闪亮为出入状态变化。

左3绿灯为接收发射灯

四  KGE32矿用发码器

4．1 用途

KGE32型矿用发码器间断地向空中无线发射代表本身的数字编码，它必

须与KJF73型矿用无线接收分站配套使用。

模块本身为矿用本质安全型，适用于具有瓦斯，煤尘爆炸危险的矿井中使用。

人员携带的KGE32发玛器具有重量轻、易携带的特点，高度的识别可靠性，识别距离远（识别距离可达10-30米以上）超低功耗，方便性、安全性，标签无须外接矿灯电源，无须充电、无辐射，对人体和环境无任何影响，更安全更健康系统处理能力强 高度自动化完善的数据分析通讯距离远，可达20公里。

4.2  组成及工作原理

KGE32型矿用发码器由高频发射、微控器、电池及天线组成。如图

发射器由石英晶体振荡器、锁相环电路PLL、输出功率放大器和模式逻辑控制所组成。

微控器有二级硬件堆栈，1024X12编程EPROM，41字节数据RAM，8位可编程定时，上电复位，看门狗定时器，低功耗休眠模式，可编程保护等功能。

天线为印制环形天线，尺寸小，受人体影响小。

4.3  主要特点及功能

1．发射模块为硅胶灌封模块、体积小、重量轻、防潮、安装方便，它由CR2450 3V锂电池供电。

2．发射频率为433.92MHz；FSK调制，抗干扰能力强。

3．采用微功耗器件，功能耗极抵。

4．软件采取先进的校验和算法处理，保证无线数据高度可靠。

4.4  主要电气性能

1．发射频率：433.920MHz

2．调制方式：FSK

3．发射功率：≤5dBm

4．工作速率：9.6Kbit/s

5．工作电压：2.7V-----3.2V

6．工作电流：≤15mA持续10ms  

4.5  环境条件

发码器在下列条件下能正常工作。

1．环境温度：0℃------40℃

2．平均相对湿度：不大于95%（25℃）

3．大气压力：86Kpa---106Kpa

4．有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井中使用。

4.6   结构

KGE32型发码器为硅胶灌封模块。如图所示

4.7   使用方法和注意事项

1．KGE32矿用发码器，其ID码都写在各发码器的铭牌上。

2．从出厂之日起，约5个月时由用户更换发码器电池。

五 系统管理软件                                                  

KJ128矿用人员监测系统

    KJ128矿用人员监测系统软件是采用SQL  SERVER2000数据库来存储数据，以B/S模式开发而成的。其中后台程序（数据采集与信息处理）是采用VB开发，前台显示程序采用ASP．NET开发。

    本系统共有以下几个模块：信息管理、考勤管理、实时数据、图形显示、系统管理。（如图1所示）

图 1

当用户登录(如图2所示)后才能操作以下功能:

图2

5.1信息管理

信息管理模块是对人员信息、部门信息、基站信息进行添加、修改、删除功能，操作方法采用手动输入。（如图3所示）

图3

5.2考勤管理

考勤管理包括人员考勤、部门工作计划、分站工作情况、综合信息显示。

2.1人员考勤是对人员出入井情况记录显示（如图4所示）

图4

2.2部门工作计划是显示各部门当前工作计划并可修改（如图5所示）

图5

分站工作情况是显示各个分站历史故障（如图6所示）

图6

综合信息显示是显示人员下井信息统计和分站的故障率（如图7所示）

图(7)

1．实时数据

实时数据是显示当前时间下各个人员在井下情况和分站情况。（如图8所示）

图8

2．图形显示

4.1人员定位是在图形上显示各个人员的实时走向。（如图9所示）

图9

4.2人员轨迹是在图形上显示某个人在一定时间围所经过的巷道情况。（如图10，11所示）

图10

图11

4.3人员实时分布是在图形上显示各个基站上有多少人和人员信息（如图12所示）

图12

5.3系统设置

系统设置是对用户的管理和数据库的连接测试。（如图13，14 所示）

图13

                                 图14                                            

第二部分    工程设计方案

一 kj128矿用人员监测系统综合设计说明

1.1χχχ现状

  χχχ矿位于χχχ，设计年生产能力为100万吨，

目前矿井地面部分面积χχχ亩。因矿井生产需要，现建立KJ128矿用人员监测系统。

1.2. 系统设置

地面设备主要由监测主机、传输接口、集线器、打印机、避雷器等组成；地面人员监测管理部分由数据通信接口、HUB、监控主机（含监控管理软件）、UPS电源、打印机、网络终端、防雷设备等组成。

井下设备主要由KJ73型矿用无线接收分站、KGE32矿用发码器、KDW22型矿用隔爆兼本安电源、分线盒等组成。

二 具体案例讲析

根据χχχ矿的具体井下巷道实况，结合矿方提出的要求，KJ128系统的配置如下：

该矿主巷道在2万米左右。 

按照装一套KJ128系统配置：地面主机2台（一台备用）、智能数字传输接口2台。井下：分站45个及相同数量的隔爆兼本安电源45台；矿用发码器按井下人员1040人。

在下列地点为主要监控点：主井上下井口、副井口、巷道叉道口、支巷道口、采区巷道口、井下电站、煤仓等人员流动较大的地点，必须安装分站。在交叉巷道处为确定人员流向，应在不同方向均设立监控点。其余可在人员车辆相对集中的地点及重要安全控制地点设立监测点。

接线盒视频系统传输线布线而定，有2通和3通两种型号可供选择。

KJ128系统设备配置清单