基于RFID技術(shù)的煤礦安全追蹤系統(tǒng)

基于RFID技術(shù)的煤礦安全追蹤系統(tǒng)
【摘要】介紹了基于射頻識(shí)別技術(shù)的煤礦安全追蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)追蹤對(duì)攜帶射頻識(shí)別(RFID)的井下工作人員的位置、身份識(shí)別及考勤的管理。為煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)事前預(yù)防、事后處理提供了一種新的手段。
【關(guān)鍵詞】RFID,煤礦安全，身份識(shí)別

1系統(tǒng)工作原理
無(wú)線電技術(shù)在自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域應(yīng)用中更具體的技術(shù)名稱為射頻識(shí)別，英文為RadioFrequencyIdentification，簡(jiǎn)稱為RFID。射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成一般至少包括兩個(gè)部分:①電子標(biāo)簽，英文名稱為碗;②閱讀器，英文名稱為Reader。電子標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別物體的表面。閱讀器又稱為讀出裝置，可無(wú)接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。進(jìn)一步通過計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。
煤礦井下人員跟蹤定位管理系統(tǒng)是采用雙頻點(diǎn)長(zhǎng)短波頻率實(shí)現(xiàn)可靠的全雙工通信。
1.1系統(tǒng)組成及其功能
井下人員跟蹤定位管理系統(tǒng)系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩大部分組成，軟件系統(tǒng)包括安裝于服務(wù)器上的應(yīng)用軟件和RFID讀寫器嵌人式軟件兩部分組成，嵌人式軟件系統(tǒng)用于RFID卡信息采集、識(shí)別，應(yīng)用軟件用于井下人員的定位、管理。
硬件系統(tǒng)分井上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與井下RFID系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)包括RFID卡、接收天線、閱讀器和標(biāo)識(shí)卡等組成。
①井下讀寫設(shè)備:由接收天線、發(fā)射天線、讀寫器、電源等設(shè)備組成，用于對(duì)RFID理機(jī)卡的跟蹤。該設(shè)備通過RS485口與上位機(jī)連接。其主要功能是完成對(duì)人員識(shí)別編碼輸出信號(hào)的采集、處理、與地面計(jì)算機(jī)的雙向通訊及供電等。
②RFID卡:由嵌人式處理器及其軟件、卡內(nèi)發(fā)射和接收天線、收發(fā)電路和高能電池組成，其工作在兩個(gè)頻點(diǎn)上，全雙工通信。
1.2系統(tǒng)工作原理
井下讀寫設(shè)備將低頻的加密數(shù)據(jù)載波信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線發(fā)送射頻信號(hào);經(jīng)過此區(qū)域的RFID卡進(jìn)入低頻的發(fā)射天線工作區(qū)域后被激活，將加密的載有目標(biāo)識(shí)別碼的信息經(jīng)卡內(nèi)高頻發(fā)射模塊發(fā)射出去;接收天線接收到RFID卡發(fā)來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)分井下讀寫設(shè)備提取出目標(biāo)識(shí)別碼，并傳輸處理板送至地面上位機(jī)，上位機(jī)將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器，通過管理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)人員定位的管理。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)特點(diǎn)
2.1設(shè)計(jì)思路
2.1設(shè)計(jì)思路
由于煤礦的特殊性，設(shè)計(jì)方案的過程中除采用RFID、軟件、自動(dòng)化控制、防爆等多方面技術(shù)實(shí)現(xiàn)其功能外，還要考慮系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、抗干擾性等多方面的能力。
2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
①高度自動(dòng)化。系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)佩帶RFID卡的井下人員經(jīng)過該測(cè)點(diǎn)的時(shí)間、地點(diǎn)信息。②先進(jìn)的通信系統(tǒng)。安裝在煤礦井下各通道的無(wú)線信息采集設(shè)備，實(shí)時(shí)將采集到的信息傳送到井下專用處理傳輸分站，并通過井下RS485實(shí)時(shí)向地面的上位機(jī)傳送相關(guān)人員通過的數(shù)據(jù)。③完備的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與信息查詢軟件。系統(tǒng)軟件具備專用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，包括工人通過坑道的信息采集和統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，考勤作業(yè)的統(tǒng)計(jì)與管理分析系統(tǒng)，顯示并打印各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表資料，為高層管理人員的查詢與管理提供全方位的服務(wù)。④完善的異常情況(包括無(wú)效卡、失效卡、黑名單卡進(jìn)入)報(bào)警呼叫系統(tǒng)配置。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能及構(gòu)成
3.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能
①井下人員實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，位置自動(dòng)顯示;②實(shí)時(shí)查詢、打印當(dāng)前及某時(shí)間段井下人員數(shù)量、活動(dòng)軌跡及分布情況;③人井人員的考勤、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)、打印;④系統(tǒng)中心站及網(wǎng)絡(luò)終端可以局域網(wǎng)方式聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，使網(wǎng)上所有終端在使用權(quán)限范圍內(nèi)都能共享監(jiān)測(cè)信息和系統(tǒng)綜合分析信息、查詢各類數(shù)據(jù)報(bào)表;⑤井下人員跟蹤定位基站與地面
中心站失去聯(lián)系時(shí)，基站仍能獨(dú)立工作，自動(dòng)存儲(chǔ)人員監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);⑥RFID卡采用低功耗設(shè)計(jì)，重量輕，無(wú)須外部電源，有多種攜帶方式供選擇。
3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
本系統(tǒng)遵循“統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則，按準(zhǔn)許上崗人員和班組實(shí)行“一人一卡”制，該標(biāo)識(shí)卡可視為“上崗證”或“坑道準(zhǔn)人證”。具體方案:
①煤礦生產(chǎn)單位在井下坑道、作業(yè)面的交叉道口安裝井下分站設(shè)備。②煤礦生產(chǎn)單位向下井工作人員頒發(fā)并裝備標(biāo)識(shí)卡。③系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄該標(biāo)識(shí)卡所對(duì)應(yīng)人員的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務(wù)等基本信息。④生產(chǎn)單位對(duì)該標(biāo)識(shí)卡進(jìn)行授權(quán)后即生效。授權(quán)范圍包括:該員工可以準(zhǔn)入的坑道或作業(yè)面。為防止無(wú)關(guān)人員和非法人員進(jìn)入坑道或作業(yè)面，系統(tǒng)設(shè)置該卡準(zhǔn)人坑道或作業(yè)面的時(shí)效管理模塊及卡的失效、報(bào)失等。⑤進(jìn)人坑道的工作人員必須隨身攜帶標(biāo)識(shí)卡，當(dāng)持卡人員經(jīng)過設(shè)置識(shí)別系統(tǒng)的地點(diǎn)時(shí)被系統(tǒng)識(shí)別，系統(tǒng)將讀取該卡號(hào)信息，通過系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將持卡人通過的地點(diǎn)、時(shí)間等資料傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)管理;如果采集的卡號(hào)無(wú)效、或進(jìn)人限制通道，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，監(jiān)控中心值班人員接到報(bào)警信號(hào)，立即執(zhí)行相關(guān)安全工作管理程序。⑥坑道一旦發(fā)生安全事故，監(jiān)控中心在第一時(shí)間內(nèi)可以知道被困人員的基本情況，便于事故救助工作的開展。⑦系統(tǒng)可自動(dòng)生成考勤作業(yè)的統(tǒng)計(jì)與管理等方面的報(bào)表資料，提高管理效益。
3.3系統(tǒng)的墓本構(gòu)成及組件的功能
系統(tǒng)設(shè)計(jì)分兩大部分:井上管理系統(tǒng)及井下采集系統(tǒng)。井上管理系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。井下采集系統(tǒng)由井下讀寫設(shè)備、RFID,隔爆電源、備用電池、礦用阻燃電源電纜、礦用阻燃雙絞線通信電纜、接線盒等組成。井下讀寫設(shè)備是完成對(duì)人員通行信息的采集、處理;井下讀寫設(shè)備將RS232信息轉(zhuǎn)換為RS485信息和自動(dòng)存儲(chǔ)人員監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，傳輸距離lOkm，同時(shí)將重碼的信息進(jìn)行判定和過濾，接受上位機(jī)的輪循訪問并向上位機(jī)傳送所采集到的人員編碼信息;礦用阻燃雙絞線通信電纜主要是完成井下網(wǎng)絡(luò)的連接，為現(xiàn)場(chǎng)RS485總線方式;其組成見圖2所示。井上管理系統(tǒng)部分由交換機(jī)、上位機(jī)、UPS電源、服務(wù)器、管理機(jī)等設(shè)備組成。井下采集設(shè)備通過RS485信號(hào)通過轉(zhuǎn)換后連接到上位機(jī)的RS232串口上;交換機(jī)用于井上設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接;上位機(jī)及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)期實(shí)現(xiàn)對(duì)人員定位的信息化管理，在計(jì)算機(jī)屏幕上直觀動(dòng)態(tài)顯示井下人員的分布情況，使管理層一目了然;UPS電源主要為了在交流電源停電后繼續(xù)維持系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行。
基于RFID技術(shù)的煤礦安全追蹤系統(tǒng)是以煤礦安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，射頻識(shí)別模塊(RFID)為主要設(shè)備，為煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)事前預(yù)防、事后處理提供了一種新的手段。該系統(tǒng)為綜合了RFID技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的新型煤礦計(jì)算機(jī)監(jiān)管系統(tǒng)。