KJ241井下人员定位系统.docx

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KJ241井下人员定位系统

第九章井下通讯设备

一、KJ-241井下人员定位系统

1、设备名称：

井下人员定位系统

规格型号：

KJ-241

生产厂家：

西安大唐电信有限公司

2、主要技术参数及使用环境要求

2.1概述

KJ-241井下人员及设备定位系统是我公司与国家安全生产监督管理总局通信信息中心合作，结合长春东煤高技术开发公司的KJ-241传输平台而研制的。

系统的核心识别设备采用具有国际先进水平的SUPER-RFID技术，SUPER-RFID技术采用了当今最先进的0.18uM的微波芯片技术，使RFID的性能和原来的微波技术相比得到了本质的改进，彻底解决了远距离、大流量、超低功耗、高速移动的标识物的识别和数据传输难题，而且成本较以往大大降低，同时也解决了中低频电磁波技术感应距离短防冲突能力差的致命弱点。

KJ-241井下人员及设备定位系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。

当事故发生时，救援人员也可根据KJ-241井下人员及设备定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

KJ-241井下人员及设备定位系统是集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理等一体的综合性运用系统，集合了国内识别技术、传输技术、软件技术等最顶尖的产品和技术，是目前国内技术最先进、运行最稳定、设计最专业化的井下人员定位系统。

这一科技成果的实现，将为煤矿企业的安全生产和日常管理上台阶以及事故急救带来了新的契机。

2.2系统功能

（1）实时井下人员动态显示功能；

（2）禁区报警功能；

（3）人员轨迹查询；

（4）丰富的人员下井考勤能力；

（5）灾后急救信息；

（6）车辆及设备管理；

（7）系统软件界面。

2.3各设备主要技术指标

（1）系统技术指标

a．单线系统容量为42个无线标识传感器，双线系统容量为84个无线标识传感器；

b．最大传输距离为20公里；

c．对跟踪的无线标识卡数量没有限制。

（2）KJJ-1200型数据通讯箱

KJJ-1200型数据通讯箱为矿用本安型数据通讯箱，工作时放在地面计算机旁，其主要功能为进行通讯信号的放大，起到增强通讯距离的作用，同时实现地面主机与井下KWB-10无线标识传感器间的数据通讯并发送控制命令，一般一套系统配置一台即可。

其防爆标志为ExdibI（150℃）。

工作电压为220V，最大耗电电流100mA。

本安端工作电流18mA，短路电流30mA，最大电压≤15VP-P。

传输信号为基带SDLC方式。

与井下KWB-10无线标识传感器联络的通讯电缆参数：

①电缆型号：

MHYVRP1×2×7/0.52；

②电缆分布电容：

0.06nF/Km；

③电缆分布电感：

0.8mH/Km；

④电缆直流电阻：

13.5Ω/Km。

最大传输距离为20Km。

⑥工作条件要求为：

环境温度0℃－40℃，相对湿度75%，环境压力80－106KPa。

KJJ-1200型数据通讯箱

（3）BFDZ-2型电源箱

BFDZ-2型电源箱主要是用作为KWB-10无线标识传感器提供电源，完全适用于含煤尘和瓦斯等爆炸型气体环境中，防爆形式为矿用隔爆兼本质安全型，防爆标志为ExdibI（150℃）。

使用条件：

环境温度0℃－40℃，相对湿度≤96%，环境压力80－106Kpa；输入电压：

～660V/380V，50HZ；输出电路：

三路本安18V，每路可负载两台标识传感器；与KWB-10无线标识传感器的连接电缆型号/规格：

MHYVR1×2×7/0.52或MHYVR1×2×7/0.43。

BFDZ-2型电源箱

（4）KWB-10型无线标识传感器

KWB-10型煤矿用无线标识传感器是一种射频识别设备，专用于识别人员佩带的无线标识卡，安装于巷道中需要检测人员的地点。

KWB-10型煤矿用无线标识传感器采用了SUPER-RFID技术，SUPER-RFID集成当今最先进的0.18um的微波芯片技术，使RFID的性能和原来的微波技术相比得到了本质的改进，彻底解决了远距离、大流量、超低功耗、高速移动的标识物的识别和数据传输难题，而且成本较以往大大降低，同时也解决了中低频电磁波技术感应距离短防冲突能力差的致命弱点。

同时SUPER-RFID技术融合了：

①加密计算与认证，确保数据安全，防止链路窃听与数据破解；

②使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；

③先进的防碰撞技术，支持多标签读写。

KWB-10型煤矿用无线标识传感器的最大特点就是可在较大的范围内同时快速、可靠的识别许多无线标识卡，并具有微功率、识别率高、高抗干扰性、稳定可靠等优点。

而且结构设计合理、体积小巧，非常便于安装和维护。

主要技术指标：

a．识别距离：

10－30m可调；

b．识别速度：

200公里/小时以内；

c．防冲突性：

可同时识别200张以内无线标签卡；

d．工作频率：

2.4GHz～2.5GHzISM微波段，125个频道，频道带宽8MHz；

e．射频功率：

－20dBm～0dBm可调，最大峰值功率1毫瓦；

f．接收灵敏度：

－90dBm；

g．工作环境温度：

－40℃-60℃；

h．供电：

18VDC；

i．最大工作电流：

＜100mA。

KWB-10型无线标识传感器

（5）JHWK型矿用无线标识卡

JHWK型煤矿用无线标识卡是专用来被无线标识传感器识别的电子标签，由矿工下井时随身佩带。

它是一种有源射频标识卡，采用本安电路设计。

JHWK型煤矿用无线标识卡也采用SUPER-RFID技术。

该产品最大特点是：

多个标签可在较大的范围内同时被识别，并具有无线微功率、稳定可靠等优点，同时体积小便于携带或安置。

主要指标：

a．标准尺寸：

60×35×6mm；

b．识别距离：

30－50m可调；

c．工作频率：

2.4GHz-2.5GHzISM微波段，125个频道，频道带宽8MHz；

d．射频功率：

小于-3dBm；

e．接收灵敏度：

－90dBm；

f．工作环境温度：

－40℃-60℃；

g．工作电流：

小于5uA；

h．ID号全球唯一；

i．电池一次性使用寿命5年以上。

JHWK型煤矿用无线标识卡

3、系统组成及工作原理

3.1系统组成

KJ-241井下人员及设备定位系统设备主要包括：

中心站主机、KJJ-1200型数据通讯箱、BFDZ-2型多功能分站、KWB-10型煤矿用无线标识传感器以及JHWK型煤矿用无线标识卡。

系统组成示意图：

巷道内示意图：

3.2工作原理

首先在井下需要进行人员跟踪的区域和巷道中根据现场具体需要放置一定数量的KWB-10型无线标识传感器，通常情况下一个地点只需要放置一个即可跟踪此地点进出人员情况。

再在传感器布放的路径上铺设数据通讯总线，将KWB-10无线标识传感器跨接在数据总线上，数据总线与地面KJJ-1200型数据通讯箱、计算机连接，同时将BFDZ-2电源箱与KWB-10无线标识传感器连接提供工作电源。

这样就完成了一个由井上电脑通过电缆连接井下无线标识传感器的系统架设。

KJJ-1200型数据通讯箱中已经设定了所读传感器的地址码，所以数据通讯箱所接的传感器的编码必须在数据通讯箱的范围内，否则数据通讯箱无法读取该传感器的信息。

所以井下的无线标识传感器必须安装在相应的总线上，与地面数据通讯箱的读写号码范围一致。

下井人员佩带一个JHWK无线标识卡，当下井人员进入井下以后，只要通过或接近放置在巷道内的任何一个KWB-10无线标识传感器，KWB-10无线标识传感器便会马上感应到信号，并上传到中心站主机，这样中心站主机的软件就可判断出具体信息（如：

是谁，在哪个位置，具体时间），同时可把它显示在控制中心的大屏幕或电脑显示屏上，并做好备份。

管理者可以根据大屏幕上或电脑上的分布示意图查看某一区域，计算机即会把这一区域的人员情况统计并显示出来。

中心站主机会根据一段时间的人员出入信息整理出这一时期的每个下井人员的各种出勤报表。

3.3主要构成部件

3.3.1KJJ-1200型数据通讯箱

KJJ-1200型数据通讯箱（以下简称通讯箱）是煤矿井下人员定位系统的一个部分，工作时放在地面计算机旁。

该通讯箱实现地面主机与井下分站的数据通讯并发送控制命令。

通讯箱的配接设备是井下分站、地面计算机RS-232串口。

配接设备：

BFDZ—2型监控分站

（1）功能

向井下分站发送地址和控制命令，并接收井下分站发来的数据和状态信号。

将井下分站发来的数据和状态信号转换成RS-232标准信号，与地面主机进行串口通讯。

本通讯箱具有1、2号两个RS-232串口，并双机热备份，其主要功能是：

一台计算机的串口连接通讯箱的1、2号两个RS-232串口中的任意一个，打开通讯箱时通讯箱会自动选择并与该计算机通讯；二台计算机的串口分别连接通讯箱的1、2号两个RS-232串口，打开通讯箱时通讯箱首先与1号计算机通讯，当1号计算机关机时自动转换到2号计算机通讯。

注意：

禁止两台计算机同时打开KJ-241型井下人员定位系统软件！

通讯箱的通讯灯大约每0.5秒闪一次。

通讯箱的一对向井下传输通讯线为本质安全电路。

（2）工作原理

a．电源电路

变压器将AC220V变为AC9V经整流桥整流、电解电容滤波、稳压块稳压输出5V。

b．控制电路

单片机采用AT89S52，外部数据存储器采用6264，基带通讯元件采用Z80SIO，RS-232串口信号制式转换元件采用MAX232。

单片机采用外部振荡器，晶振11.0592MHz经74LS04组成的谐振电路后由74LS393分频得5.5MHz给单片机；晶振4MHz经74LS04组成的谐振电路后由4020分频得488.28Hz给Z80-SIO。

c．发送电路

发送部分的电源由DC/DC（5V/±15V）转换块提供。

中心站计算机将寻址信号经RS-232串口信号制式转换元件MAX232送到单片机CPU89S52，单片机控制Z80-SIO从15脚输出寻址信号，该信号经光耦隔离、放大、驱动电路到一对通讯线。

d．接收电路

井下分站送来的数据信号经光耦隔离送入Z80-SIO，单片机CPU89S52将Z80-SIO的数据存到外部数据存储器6264，当监控计算机向通讯箱调数据时，将数据经RS-232串口信号制式转换元件MAX232，送到监控计算机，最终由计算机显示数据。

e．本质安全双重保护电路

当通讯线发生短路时，从采样电阻得到过流信号，送到单片机89C2051，单片机立即发出断电信号，使可控硅截止，切断15V电源，之后大约每过5秒再检测一次，直到正常时电路接通。

为了安全可靠，设两套保护电路起到双重保护作用。

通讯箱的正面和反面示意图如下所示：

f．使用维修注意事项

①连接电缆时应正确、牢固。

②正常通讯时绿色发光二极管应闪烁，否则应检查计算机串口设置是否正确，检查RS-232串口专配线是否断线。

③维修通讯箱时不得擅自更改原电路电气参数以及各电气元件的型号规格，以免影响本安性能。

④在更换保险丝时，容量不得超过1A。

⑤不允许利用地线作为本安回路。

⑥使用时只可连接本系统的关联设备与配接设备。

⑦本通讯箱严禁在矿井下使用。

（3）常见故障与排除方法

a．通讯箱电源灯不亮：

检查电源线、保险丝、红色发光二极管是否损坏，并更换及排除故障。

b．通讯箱通讯灯不亮：

检查绿色发光二极管、线路板上的Z80-SIO是否损坏，并更换及排除故障。

c．通讯箱两根通讯线上的电压：

30V以内变化的数（峰值为30V）。

如电压不在上述所测范围内应维修通讯主板或更换通讯主板。

3.3.2BFDZ—2型电源箱

BFDZ-2型电源箱适用于含煤尘和瓦斯等爆炸性气体环