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电子标签(RFID)矿业矿井及井下人员跟踪管理系统

作者:佚名
来源:RFID世界网
日期:2009-02-26 12:39:44
摘要:该产品集成了技术含量很高的射频识别技术和自动化控制技术,并可采用双频点长短波频率实现可靠的全双工通信。
系统产品组成及其功能

  该产品由软件系统和硬件系统组成,其中软件系统包括应用软件和嵌入式软件两部分组成,用于完成信息采集、识别、加工及其传输,由这两部分软件共同支撑着整个系统的运行,并演绎出各种不同的应用系统。硬件系统由发射天线、接收天线、天线调谐器、阅读器和标识卡组成,用于完成信息采集和识别,从而实现预设的系统功能和信息化管理目标。

其中硬件系统包括:

  发射天线:用于发射无线电信号以激活电子标签标识卡。

  接收天线:接收电子标签标识卡发出的无线电信号(可集成为同一天线,双功能)。

  阅读器:阅读器不断将编码电磁波信号经发射天线发射出去,用来激活进入该区域的电子标签标识卡;同时把接收天线接收来的电子标签标识卡的信号,经软件解调、解码后提取有效的数字信号通过系统传输到地面中心分站。 

  电子标签标识卡:可采用有源、半有源、无源三种形式,可采用不同频率,或将两种频率的标签封装在一起。由嵌入式处理器及其软件、卡内发射和接收天线、收发电路和高能电池组成,其工作在两个频点上,全双工通信。作用:电子标签标识卡平时处于睡眠状态,当进入系统工作区后,被发射天线发出的无线电信号激活,发射出唯一的加密识别码无线电信号。卡内高能电池为标识卡正常工作和发射315MHz的电磁波提供能量,卡内电池一次性可使用100万次以上(卡内电池可更换)。

  矿井专用处理传输分站:由处理传输主板及其软件、隔爆电源及备用电池组成,其主要功能是完成对阅读器人员识别编码输出信号的采集、处理、与地面计算机的双向通讯及给阅读器供电等。

  数传接口:主要由电源板、信号转换板及安全栅组成,完成通讯信号的转换和本安与非本安运行环境的隔离。

  人员定位管理软件:实现对井下人员的跟踪定位信息的采集、分析处理、实时显示、数据库存储、报表打印等功能。

电子标签(rfid)系统集成简单应用模型和硬件设备:

RFID管理产品或人员数据的基本原理
1.4工作原理
  系统产品中的阅读器将加密数据载波信号经发射天线向外发送;随身携带的电子标签标识卡进入发射天线工作区域后被激活(未进入发射天线工作区域标识卡不工作),同时将加密的载有目标识别码的信息经发射模块发射出去;接收天线接收到标识卡发来的载波信号,经阅读器接收处理后,提取出目标识别码送至专用井下处理传输分站,完成预设的系统功能,从而实现目标的自动化管理。

1.5主要技术性能指标

分站电源:660V/380V/220V/127V
功 率:<5W
发射频率:132.3KHz或915MHz      
接收频率:132.3KHz或915MHz
数据接口:差分同步二相码 
      工作温度:-35℃—+80℃
电子标签标识卡-35℃~+80℃。
      识别区域:≮9m(1m-10m可调)
隔爆箱尺寸:350×350×106(KDW12)

1.6 系统产品的技术创新点

  (1)可采用双频点长波(132.3KHz)和短波频率(915MHz)的方案,实现可靠的全双工无线数据通信。
  (2)电子标签读写设备和电子标签标识卡可采用两套完全独立的发射与接收部件,其核心技术均由嵌入式微处理器和嵌入式软件组成,这两部分共同支撑着整个系统的运行,并演绎出各种不同的应用系统。
  (3)系统产品能方便实现识别范围的调整,识别距离不小于9米(识别范围1-10m可调)。
  (4)具有高能的电子标签标识卡采用高级嵌入式微处理器,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。
  (5)电子标签标识卡可采用无源和有源超低能耗设计,两节7#电池或3V铝电池可使用2-3年(电池可更换)。
  (6)产品能可靠识别静态或≦100KM/h的高速移动目标,对移动目标的识别速度可进行设置(从高速大范围的识别区域到低速小范围的识别区域均可设定)。
  (7)瞬间可同时识别6-600张电子标签标识卡。 
  (8)识别区域无方向性、无盲区、无对人体伤害的电磁污染。

1.7系统产品主要特点

  (1)识别距离不小于9米识别区域,1-10米可以调整。
  (2)感应无“盲区”。本产品采用了先进的信号处理技术,其最大的优点是:载波频带窄,低频长波信号的穿透能力强(可穿透墙壁、路面、衣物、人等),感应灵敏,性能稳定可靠,产品的信号穿透力强,目标识别无方向性,无识别死角,电子标签标识卡可存放非金属屏蔽的任一地方。
  (3)对人体无伤害。本系统可采用的发射频率为132.3KHz或915MHz,接收频率为315MHz或915MHz,在公共安全频率之内的小功率信号工作,无对人体伤害的电磁污染。
  (4)可靠识别移动目标,可同时识别6-600个目标。本产品对≦100KM/h的高速移动目标能可靠识别,能同时识别6-600个目标,以满足不同应用领域的使用要求。
  (5)良好的安全性和抗干扰性。本产品已通过严格的电磁兼容、干扰、骚扰等方面的性能测试。
  (6)环境适应性强。本产品可以自由调整信号的覆盖范围以满足每个具体应用的特殊要求,控制范围在1-10米之间可以任意调节,包括从高速大范围的读卡区域到低速小范围的读卡区域,对安装环境的要求低。
  (7)高保密性。本产品每张电子标签标识卡有一个唯一的识别代码,这个代码不可能被重新编码或修改。在工作过程中,电子标签标识卡发出的是一种唯一的复合编码的识别号,经过解码的复合信号必须含有正确的卡号加密信息,从而达到高度保密。
  (8)通信简单快捷。电子标签标识卡被信号激活后只发射自身唯一的卡号,不需要复杂的读写、反复的校验等繁琐程序,通信操作简单、快捷,便于系统的网络连接。
  (9)集成度高、兼容性好。本产品提供标准的接插件,阅读分站可以直接挂接在煤矿安全生产监控系统中。
  (10)便于安装和维护。本产品是拥有自主知识产权的研发产品,系统产品(含模块)已全部在国内生产,不需要大量的维护,安装费及维护费用低,售后服务快捷方便。

二、 煤矿井下人员监测及跟踪管理系统

2.1系统设计原则

1)   实现煤矿井下作业人员进出的有效识别和监测监控,使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”,实现数字矿山的目标。
2)   为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息,一旦发生安全事故,通过该系统立刻可以知道该作业面工作人员及其数量,保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。
3)   系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。
2.2系统设计依据                                                                            
1)   GB3836.1/ GB3836.2/ GB3836.4 
2)   MT209-1990《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》
3)   Q/SJC 001-2001《煤矿井下人员监测及跟踪管理系统标准》

2.3系统设计特点

1)   高度自动化。系统能自动检测井下坑道人员经过该监测点的时间、地点信息,并自动实现对人员的考勤作业、统计及监测管理。
2)   先进的通信系统。安装在煤矿井下各通道的无线信息采集设备,实时将采集到的信息传送到井下专用处理传输分站,并通过井下现场总线实时向地面的网络服务器传送相关人员通过的数据,整个过程无需人为干预。
3)   完备的数据统计与信息查询软件。系统软件具备专用数据库管理系统,包括工人通过坑道的信息采集和统计分析系统,考勤作业的统计与管理分析系统,显示并打印各种统计报表资料,为高层管理人员的查询与管理提供全方位的服务。
4)   系统的安全、稳定、可靠性设计。系统产品采用坑道壁挂式设计,保证系统在恶劣的环境下能连续正常运转,并提供断电后2小时的供电电源。
5)   完善的异常情况(包括无卡非法进入、无效卡、失效卡、黑名单卡进入)报警呼叫系统配置。

2.4系统设计方案

    本系统遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则,按准许上岗人员和班组实行“一人一卡”制,该电子标签标识卡可视为“上岗证”或“坑道准入证”。具体方案:

1)   煤矿生产单位在井下坑道、作业面的交叉道口安装读写器。
2)   煤矿生产单位向下井工作人员颁发并装备电子标签标识卡(标识卡要求随身携带在腰带上或贴在矿灯帽内)。
3)   系统数据库记录该电子标签标识卡所对应人员的基本信息,包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、有效期等基本信息。
4)   生产单位对该电子标签标识卡进行授权后即生效。授权范围包括:该员工可以准入的坑道或作业面。为防止无关人员和非法人员进入坑道或作业面,系统设置该卡准入坑道或作业面的时效管理模块及卡的失效、报失等。
5)   进入坑道的工作人员必须随身携带电子标签标识卡,当持卡人员经过设置识别系统的地点时被系统识别,系统将读取该卡号信息,通过系统传输网络,将持卡人通过的地点、时间等资料传输到地面监控中心进行数据管理;如果采集的卡号无效、无卡或进入限制通道,系统将自动报警,监控中心值班人员接到报警信号,立即执行相关安全工作管理程序。
6)   坑道一旦发生安全事故,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。
7)   系统可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料,提高管理效益。

2.5系统的基本构成及组件的功能

2.5.1井下采集传输设备

    井下采集传输设备由动态目标识别分站(读写器)构成的人员信息采集设备和人员信息处理软件组成。其中:
   1)井下人员信息采集设备主要是采集人员通过的时间、地点信息,由动态目标识别分站、矿用阻燃双绞线通信电缆、矿用阻燃电源电缆组成,其组成见下面框图:
隔爆兼本安型动态目标识别器
矿用阻燃双绞线通信电缆
矿用阻燃电源电缆
接收天线
发射天线

  2)煤矿井下人员信息处理传输专用分站由隔爆兼本安型电源(接入660V/380V/220V/127V电压之一种) ,备用电池箱(UPS)和本安型动态目标识别分站组成。动态目标识别分站读取人员信息,同时将重码的信息进行判定和过滤,接受地面中心站轮循访问并向地面中心站传送所采集到的人员编码信息;传输距离不小于20KM。备用电池箱(UPS)是停电后提供2小时的供电电源。其组成见下面框图:

隔爆电源
人员信息传输处理板
不间断电源
井下人员信息处理传输分站设备
矿用阻燃电源电缆
矿用阻燃双绞线通信电缆

2.5.2地面人员监测管理部分(井上设备)

  地面人员监测管理部分由KCT3数据通信接口、HUB、监控主机(含监控管理软件)、UPS电源、打印机、网络终端等组成。其中通信接口是将井下的差分同步二相码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机人员监测管理报表;网络终端主要是人员监测信息的网上共享。

其组成见下面框图:

2.9系统技术参数
2.9.1地面监控软件
系统容量:按64台分站设计
通讯方式:差分同步二相码
传输波特率:2400bps
通讯距离:<=20Km
巡检周期:小于26S
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:WIN98/XP/2000
数据库:SQL SERVER
2.9.2数传接口
电源电压:井下660V/127 VAC/50Hz ;地面220VAC/50Hz
通讯方式:差分同步二相码
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
2.9.3人员跟踪定位分站
输入电压:21VDC
发射频率:132.3KHz或915MHz
接收频率:315MHz或915MHz
识别区域:≮9m(1m-10m可调)
同时识别目标个数:6-600个
输入端口:4个(模拟量和开关量传感器可任意互换)
通讯方式:差分同步二相码
传输波特率:2400bps
通讯距离:<=20Km
传感器输入信号:模拟量200-1000Hz;开关量1/5mA
传感器距分站距离:2Km
断电输出:8路无源触点
备用电源:可连续工作2小时
防爆型式:本安型