煤礦井下設(shè)備無線定位系統(tǒng)研究

（冀中能源峰峰集團(tuán)設(shè)備管理中心，河北 邯鄲 056201）

煤礦井下設(shè)備無線定位系統(tǒng)研究

劉永生

（冀中能源峰峰集團(tuán)設(shè)備管理中心，河北邯鄲056201）

介紹了設(shè)備無線定位管理系統(tǒng)在礦井作業(yè)中的應(yīng)用，具有很好的推廣前景。

井下設(shè)備；無線定位系統(tǒng)；實時查詢

一、立項背景

在井巷開拓掘進(jìn)和煤層回采過程中，設(shè)備使用空間局限且環(huán)境惡劣。適時掌握其生產(chǎn)和工作面銜接的動態(tài)變化,實現(xiàn)坑下設(shè)備的地面定位鑒測和遠(yuǎn)程實時查詢，對加強(qiáng)煤礦設(shè)備管理，適時、準(zhǔn)確、合理、提前為煤礦生產(chǎn)準(zhǔn)備所需機(jī)電設(shè)備，確保工作面生產(chǎn)的正常銜接，同時減少閑置備用設(shè)備，提高設(shè)備使用率，對減少設(shè)備投入資金、提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，峰峰集團(tuán)本部生產(chǎn)礦井14對，大部分開采深度在600m以上，地區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層多，工作面走向短，地區(qū)銜接頻繁。在2013年有88個回采工作面，2014年預(yù)計達(dá)到92個回采工作面銜接生產(chǎn)。

由于設(shè)備型號多、配套多樣化，為了滿足生產(chǎn)需要，各礦除了統(tǒng)一租賃設(shè)備外，還多方籌集自管資金大量購置生產(chǎn)設(shè)備，造成各自為政，閑置積壓，占用了大量資金。集團(tuán)公司多次組織深入各礦和井下，進(jìn)行設(shè)備清查、摸底，但收效不佳。因此，如果應(yīng)用設(shè)備定位系統(tǒng)，將會使問題全面改觀。

二、設(shè)備定位系統(tǒng)特點

設(shè)備定位系統(tǒng)具有“實時監(jiān)測、遠(yuǎn)程登錄、高效運(yùn)行、動態(tài)管理”的特點，可以與現(xiàn)有的人員定位系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，各自獨立，互不干擾，使已有的坑下坑上通信系統(tǒng)裝備完全實現(xiàn)資源共享，避免重復(fù)投資，降低成本并且提高效益。

（1）多用戶遠(yuǎn)程訪問。系統(tǒng)采用三層C/S網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)多用戶遠(yuǎn)程訪問。能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，可在客戶端處理后提交給服務(wù)器。

（2）數(shù)據(jù)實時更新。設(shè)備定位分站與識別卡之間的通信時長為15s，服務(wù)器與分站30s完成一個循環(huán)的數(shù)據(jù)采集，并將這些原始的信息保存到數(shù)據(jù)庫中。實時數(shù)據(jù)更新速度可達(dá)到30s。

（3）可與人員定位系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行。數(shù)據(jù)采集兼容并分離處理，實現(xiàn)設(shè)備定位與人員定位的有機(jī)結(jié)合，互不干擾?？纱罅繙p少系統(tǒng)硬件，減少資金投入。

（4）程序支持批數(shù)據(jù)處理、多種查詢方式及匯總等功能。臺賬支持批量導(dǎo)入與導(dǎo)出功能，原始數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫之間的高效對接，為數(shù)據(jù)提供了靈活的輸出格式。

（5）可自行開發(fā)設(shè)備檔案附屬信息項目。支持圖片文件的上傳、顯示功能。便于建立健全設(shè)備原始檔案、質(zhì)量驗收、維修過程控制和查詢等設(shè)備全生命周期過程的綜合管理。

三、程序適用環(huán)境

企業(yè)局域網(wǎng)，運(yùn)行平臺為：windowsxp；windows 2003；windows7等。《 設(shè)備定位程序 》同時也可與《 KJ376人員定位系統(tǒng) 》同網(wǎng)并用。系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)鋱D

四、系統(tǒng)主要功能模塊

1.數(shù)據(jù)采集模塊

（1）識別卡。

設(shè)備ID識別卡采取“有源發(fā)射芯片”設(shè)計，識別卡編碼和設(shè)備一一對應(yīng),可以發(fā)射無線編碼數(shù)據(jù)信號,設(shè)備在分站的有效接收范圍內(nèi)，定位分站通過定時無線采集數(shù)據(jù)的方式，接收讀取分站輻射區(qū)域的識別卡發(fā)出的識別信號，分站進(jìn)行接收、解碼、存儲，等待與計算機(jī)通信。分站將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)并暫存，計算機(jī)通過軟件對分站發(fā)出指令、接收數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)報表，使井下設(shè)備分布狀態(tài)在計算機(jī)中顯示，從而實現(xiàn)定位、監(jiān)測、控制井下設(shè)備。在井上可實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)字化管理設(shè)備。

（2）分站。

分站是接收無線識別卡信息的設(shè)備,以無線射頻方式，分站與識別卡之間進(jìn)行非接觸數(shù)據(jù)傳輸。分站接收到有效區(qū)域內(nèi)識別卡發(fā)射的無線數(shù)據(jù)信息后,暫存至分站內(nèi)部存儲器。通過網(wǎng)絡(luò)布線將多個分站和服務(wù)器連接，計算機(jī)查詢分站數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)信息，經(jīng)軟件處理轉(zhuǎn)換成位置信息，使井下設(shè)備分布狀態(tài)在計算機(jī)中顯示，從而實現(xiàn)井下設(shè)備的實時管理。

接收分站的外接無源天線在信息分站與識別卡之間起到增強(qiáng)射頻信號的作用，以便擴(kuò)大識別范圍。礦用本質(zhì)安全型分站，適用于礦井井下等場所。

2.數(shù)據(jù)傳輸模塊

（1）識別卡與分站的無線傳輸。

①傳輸方式：GFSK；

②工作頻率：2.4GHz±0.05GHz；

③發(fā)射功率：≥-50dBm；

④分站與識別卡間的識別距離：0～50m（無遮攔）。

（2）分站與通信接口之間的有線傳輸。

①傳輸方式：主從式、異步、半雙工、CAN總線；

②傳輸速率：4800bps；

③通信信號峰峰值電壓：1～5V；

④通信信號峰值電流：≤15mA；

⑤最大傳輸距離(串入1個中繼器)：10km。

（3）分站與中繼器之間的有線傳輸。

①傳輸方式：主從式、異步、半雙工、CAN總線；

②傳輸速率：4800bps；

③通信信號峰峰值電壓：1～5V；

④通信信號峰值電流：≤15mA；

⑤最大傳輸距離：5km。

（4）數(shù)據(jù)接口。

實現(xiàn)分站和服務(wù)器的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，把長距離傳輸過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以識別的RS232格式信號。信號形式CAN信號；傳輸方式：雙向主從半雙工；信號峰峰值電壓≤5Vp-p；最大輸出短路電流20mA；工作信號電流10mA；通信速率4800bps；通信電纜型號：MHYVR2X2。

3.數(shù)據(jù)分析模塊

設(shè)備定位接收到有效區(qū)域內(nèi)識別卡發(fā)射的無線數(shù)據(jù)信息后,暫存至分站內(nèi)部存儲器。服務(wù)器接收分站數(shù)據(jù)，經(jīng)軟件處理轉(zhuǎn)換成位置信息，數(shù)據(jù)采集器根據(jù)分站信息和設(shè)備信息，分析出設(shè)備所在位置、設(shè)備型號、設(shè)備類別、設(shè)備編號、設(shè)備參數(shù)等信息，并儲存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，從而實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)數(shù)字化管理的目的。

使用單位通過《設(shè)備定位程序》和本單位局域網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器，均可擁有數(shù)據(jù)調(diào)閱功能。服務(wù)器通過數(shù)據(jù)接口C2000軟件，識別、接收網(wǎng)絡(luò)中分站采集到的數(shù)據(jù)并儲存到數(shù)據(jù)庫中。負(fù)責(zé)實時對各分站所采集到的識別卡數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和匯總，結(jié)合設(shè)備臺賬，通過用戶設(shè)置時長，定期更新數(shù)據(jù)信息，并向數(shù)據(jù)終端發(fā)送數(shù)據(jù)，同時，也可調(diào)閱數(shù)據(jù)收集時的原始記錄。

區(qū)域監(jiān)測模塊工作原理為：通過用戶自定義區(qū)域，可分析出設(shè)備的入庫、出庫時間的歷史記錄。數(shù)據(jù)采集模塊引用SQL的update語句與getdate()函數(shù)。數(shù)據(jù)采集程序采用用戶名和密碼相合的方式對使用人員進(jìn)行身份驗證，以確保數(shù)據(jù)安全。

4.臺賬管理模塊

（1）設(shè)備臺賬主要功能是對所有設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和保存，設(shè)備臺賬模塊在保存設(shè)備信息的基礎(chǔ)上，提供狀態(tài)查詢和匯總功能，而且設(shè)備位置時實動態(tài)更新。

（2）設(shè)備臺賬關(guān)聯(lián)設(shè)備的多種附屬信息，如：設(shè)備編號、技術(shù)特征、經(jīng)營項目等。

5.分庫管理模塊

分庫管理功能：是在庫房平面圖上，顯示分站所安裝的位置，分站查詢分為兩種方式：全部分站查詢和指定分站查詢。全部分站查詢：系統(tǒng)將查詢到當(dāng)前時間所有分站下的在線設(shè)備。指定分站查詢：用戶可在系統(tǒng)中用鼠標(biāo)隨意的選定分站，程序?qū)@示選定分站下的所有設(shè)備及相關(guān)參數(shù)，并可對選定分站的在線設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)出、匯總。

6.歷史軌跡模塊

歷史軌跡模塊功能：自設(shè)備綁定之后，設(shè)備的使用軌道將會全部記錄在數(shù)據(jù)庫中，可隨時調(diào)取，從而更加可靠的確定設(shè)備在投入使用的時間和在各地點的使用時間，為了有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，軌跡查詢中提供了三種查詢方式，并且程序在打開時，能夠自動獲取設(shè)備臺賬中的所有設(shè)備的三種參數(shù)，用戶可通過下拉或手工輸入等方式進(jìn)行查詢，并且這三種查詢之間相互關(guān)聯(lián)，從而更加減少篩選范圍，正至找到需要的設(shè)備。

（1）區(qū)域監(jiān)測。

區(qū)域監(jiān)測功能由區(qū)域設(shè)定和區(qū)域顯示組成，主要是將不同的區(qū)域人為設(shè)定區(qū)域名稱和識別分站，這些分站是確定區(qū)域管理的數(shù)據(jù)分析源。顯示區(qū)域，通過區(qū)域設(shè)定后的設(shè)備數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)定要求，由軟件分析區(qū)域設(shè)備狀態(tài)。

（2）功能實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)采集器采用用戶名和密碼相合的方式對使用人員進(jìn)行身份驗證，主要功能模塊有數(shù)據(jù)采集模塊和區(qū)域監(jiān)測模塊，數(shù)據(jù)采集模塊的工作原理為：提供數(shù)據(jù)接口，接收網(wǎng)絡(luò)中分站采集到的數(shù)據(jù)。主要功能為：負(fù)責(zé)實時對各分站所采集到的識別卡數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和匯總，結(jié)合設(shè)備臺賬，通過用戶設(shè)置時長，定期更新數(shù)據(jù)信息，并向數(shù)據(jù)終端提供，同時，也可調(diào)閱數(shù)據(jù)收集時的原始記錄，但不能人為修改。區(qū)域監(jiān)測模塊的工作原理為：通過用戶自定義區(qū)域，可分析出設(shè)備的入庫、出庫時間的歷史記錄。

數(shù)據(jù)終端采用用戶名和密碼相合的方式對使用人員進(jìn)行身份驗證，管理員對所有用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理，各用戶也可自行修改密碼，管理員并且可以根據(jù)實際工作中的不同的用戶分配不同的操作權(quán)限。從而保證了數(shù)據(jù)安全。

五、推廣前景

設(shè)備無線定位管理系統(tǒng)，是煤礦設(shè)備管理向物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和通信技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實現(xiàn)“高效率溝通，全方位服務(wù)”的設(shè)備管理系統(tǒng)。使有關(guān)設(shè)備管理員隨時可了解各礦井下設(shè)備分部情況，及時掌握生產(chǎn)動態(tài)變化。服務(wù)器與分站快速完成一個循環(huán)的數(shù)據(jù)讀取，并將這些原始的采集信息被保存到數(shù)據(jù)庫中。即可實現(xiàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息溝通交流。此方法填補(bǔ)了井下設(shè)備定位管理的國家一項空白。此項技術(shù)正在申報國家專利。

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1671-0711（2014）12-0032-03

2014-11-18）