龙塘煤矿人员定位设计方案.docx
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龙塘煤矿人员定位设计方案
白山坪矿业公司龙塘煤矿
KJ69J型矿用人员定位管理系统
设
计
方
案
天地（常州）自动化股份有限公司
（煤炭科学研究总院常州自动化研究院）
2010年10月
目录
1系统概述3
2技术优势及系统特点3
2.1技术优势3
2.2系统特点4
3设计原则5
3.1先进性、成熟性5
3.2可靠性、安全性6
3.3易操作性6
3.4实时性6
3.5完整性6
3.6可查询性6
3.7互联性和扩展性6
3.8经济性6
4设计标准6
5系统组成7
5.1地面中心站8
5.2系统软件8
5.3传输平台8
5.4数据监测站KJF808
5.5本安电源KDW16A-18V10
5.6KGE37B无线编码发射器10
5.7专用检测仪CFC110
5.8MT8000型数据接口11
6主要功能11
6.1实时监测功能11
6.2查询功能13
6.3安全保障功能16
6.4统计考勤功能17
6.5信息联网功能19
6.6系统运行状态提示（自诊断功能）19
6.7操作权限及操作日志19
6.8遇险救灾指引功能（可扩展）19
7主要技术指标21
7.1系统容量：
21
7.2传输方式：
21
7.3同时读卡数量21
7.4最大巡检周期21
7.5漏读率21
7.6传输速率及误码率21
7.7地面中心站至数据监测分站传输距离21
7.8数据监测分站至无线接收器传输距离21
7.9数据监测分站最大有效接收区半径21
7.10存储时间21
7.11双机切换时间22
7.12软件画面响应时间22
8KJ69J型矿用人员定位管理系统分站布置22
9设备清单23
10附表124
KJ69J型矿用人员定位管理系统方案
1系统概述
KJ69J型矿用人员定位管理系统是我公司最新研发推广的井下人员定位系统。
KJ69系列人员定位系统是我公司自主研发、国内首先采用RFID技术实现井下人员定位功能的系统。
从2002年正式在矿安装、运行，八年以来已在全国各大矿务局、煤矿成功推广运用1000多套。
煤矿井下地质条件复杂，作业人员流动性大，一旦发生事故，就无法确切知道他们所处的位置，给救灾工作带来极大的困难。
KJ69J型矿用人员定位管理系统的功能就在于：
让我们能借助它实时了解井下人员及机车的流动情况、了解当前井下人员的准确数量及分布情况，查询任一指定下井人员当前或指定时刻所处的区域，查询任一指定人员本日或指定日期的活动踪迹。
另外，作为下井人员考勤系统，统计与考核下井人员的出勤情况，可以对任一日期或指定日期段、任一指定月份，对下井人员进行下井次数、下井时间、下井班次等进行分类统计，产生人员考勤的日报表、月报表，便于考核，并能打印相关报表。
可用来规范人员的活动，防止缺岗、串岗、迟到和早退，提高矿井生产效率，有效防止只考勤不下井或下井不考勤的情况，确保考勤统计数量与井下作业人员的数量完全一致。
当事故发生时，救援人员也可根据井下人员定位系统所提供的数据，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。
KJ69J型矿用人员定位管理系统符合《煤矿安全规程》、AQ6210-2007《煤矿井下作业人员位置监测与管理系统通用技术条件》、AQ1048-2007《煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》，系统取得安全标志证书，产品取得安全标志证书及防爆合格证。
2技术优势及系统特点
2.1技术优势
a）天地（常州）自动化股份有限公司（煤炭科学研究总院常州自动化研究院）是专业从事煤矿自动化和通信技术、产品的开发单位，是煤炭工业煤矿安全仪器仪表装备的定点生产单位。
b）KJ69J型矿用人员定位管理系统是我公司自主研发、国内首先采用RFID技术实现井下人员定位功能的系统。
c）已在全国各矿务局、矿推广运用1000多套，深受广大用户的好评。
经过8年的实践证明，产品质量稳定、安全、可靠。
d）KJ69J型矿用人员定位管理系统，售后服务良好，我公司在全国各地设有专门的产品售后服务点，确保做到24小时服务响应。
e）KJ69J型矿用人员定位管理系统是国内唯一获得国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监督局“安全生产科技成果奖”证书的产品。
在河南省“煤矿井下人员位置监测资格审核”中获得第一名的佳绩。
迄今为止已取得以下奖项：
✓2003年度被评为“煤炭工业十大科技成果”
✓2004年度获得国家安全生产监督管理局和国家煤矿安全监察局颁发的“安全生产科技成果奖”二等奖
✓2005年获“九五”、“十五”煤炭工业优秀科技成果奖
✓2006年获得煤炭工业协会颁发的“科技进步二等奖”
2.2系统特点
a）被测目标“无负担”
被测人员通过检测点无需主动进行任何操作。
b）通行方式无限制
对被测人员经过检测点的通行方式没有限制，允许多人以“鱼贯而入”、“成组成群”的方式通过检测点，不影响井下人员的正常通行和正常作业。
c）结构简单，配置灵活
可根据具体需要及投资情况灵活设置井下无线数据监测站。
监测站设置得越多，则划分的人员定位区域越多，人员定位的空间范围越准确。
d）一站多点,节省投入
每个无线数据监测站可连接2-8个无线接收器,可满足井下丁字巷、十字巷、井口等复杂路况的安装要求,减少投入,增加系统可靠性。
e）系统自维护
系统可实时监测在用无线编码发射器的供电情况，无线接收器的通信情况及数据监测站的供电状态。
f）安装简便
无线编码发射器设计美观、实用，安装方式采用国家专利。
和矿灯完全结合在一起，不额外增加携带人员的负担，可有效防止一人携带多卡下井的情况发生。
g）可靠性
经过多年发展和完善，通过技术创新以及生产工艺上的不断改进，目前我们系统软硬件均已日臻完善，系统稳定、可靠，漏卡率极低。
系统软件采用容错技术，监控主机采用冗余热备份系统，确保系统高可靠性的要求。
系统具有抗过流、过压、防雷击等保护措施。
h）双向通信功能
携带编码发射器人员遇到紧急情况可向地面监测中心发送紧急呼叫；
井下发生险情时，监测中心也可向某区域或全矿井发送报警撤退信号。
i）矢量放大缩小
系统具备图形矢量放大、缩小功能。
j）报表生成
能生成各种实时信息的动态报表和历史信息的报表，根据要求设置考勤报表，并能打印。
k）应急预案联动（可扩展）
系统可制定各种应急预案，当发现有险情时，地面人员能够在调度室，按照预先设定的紧急情况处理预案，通过控制安装于矿井内的语音报警器、矿用本安型LED电子显示牌、矿用本安型信号牌、人员定位分站、无线编码发射器等设备的语音播报和指示信息的显示，指导工作人员安全撤离危险区域。
设计原则
KJ69J矿用人员定位管理系统方案设计遵循以下原则：
2.3先进性、成熟性
使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得整个系统既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。
2.4可靠性、安全性
实时监控的不间断性决定了在设计中必须考虑提高系统运行的可靠性，因此，系统在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都选用了高质量的材料，并采用了先进的防火墙技术，以确保安装的监控主机、分站、接收器、发射器与布线系统，能适应煤矿井下高温、高湿、瓦斯等严格的工作环境，实现了系统稳定。
2.5易操作性
以易于使用的图形人机界面功能，为信息共享与交流、信息资源查询与检索等提供了有效的工具。
2.6实时性
分站接收的信息和监控主机显示快速反映，充分满足实时性的需求。
2.7完整性
提供与各种外界系统通信的功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。
2.8可查询性
提供易于使用的数据库功能，让使用者能随时查询信息及制作所需的报表。
2.9互联性和扩展性
充分考虑将来需求的空间，所提供的系统平台与技术充分配合未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。
标准化、结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定了系统开放性、可扩展性、可维护性、可靠性和经济性的基础。
2.10经济性
在一定的资金资源下，尽可能有效地利用资金，以适当的投入，建立一个尽可能高水平的、完善的监测系统。
所有设备的选型配置和采购订货，坚持性能价格比最优的原则，同时兼顾供货商的资信度和维修服务能力。
设计标准
GB3836.1－2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分：
通用要求
GB3836.2－2000爆炸性气体环境用电气设备第2部分：
隔爆型“d”
GB3836.3－2000爆炸性气体环境用电气设备第3部分：
增安型“e”
GB3836.4－2000爆炸性气体环境用电气设备第4部分：
本质安全型“i”GB/T9813－2000微型计算机通用规范
GB/T2887-2000电子计算机场地通用规范
AQ6201-2006《煤矿安全监控系统通用技术要求》
AQ6210-2007《煤矿井下作业人员位置监测与管理系统通用技术条件》AQ1048-2007《煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》
MT209－90煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求
MT210－90煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法
MT/T286-1992煤矿通信、自动化产品型号编制方法和管理办法
MT/T772－1998煤矿监控系统主要性能测试方法
MT/T899－1999煤矿用信息传输装置通用技术条件
MT/T1004煤矿安全生产监控系统通用技术要求
MT/T1005-2006矿用分站
MT/T1007-2006矿用信息传输接口
MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求
系统组成
KJ69J型矿用人员定位管理系统利用主传输电缆为传输平台，由地面中心站、系统软件、无线数据监测站、无线数据收发器、无线编码发射器及电源、传输电缆等组成。
系统如下图所示：
系统传输示意图
2.11地面中心站
地面负责整个系统设备及人员监测数据的管理、分站实时数据通讯、统计存储、屏幕显示、查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。
地面机房主机选用IBM专用服务器一台和研华工业计算机两台，采用双机热备，操作系统为WindowsXP及Windows2003。
调度室内配置打印机，可以打印有关报表和资料。
系统能够对数据进行实时备份和具备灾难恢复功能，能够备份保存至少一年历史资料，能实时监测监测站和接收器故障。
中心站配置电源避雷器和信号避雷器，井口设置信号避雷器。
2.12系统软件
完成人员信息编码采集、识别、加工、显示、存储、查询和报表打印。
包括数据管理子系统、考勤管理子系统、定位跟踪子系统、安全报警子系统、通信子系统、WEB浏览模块等功能模块。
软件结构图
2.13传输平台
KJ69J型矿用人员定位管理系统由地面中心站、无线编码发射器、无线数据监测站、接收探头及电源、电缆等组成。
本矿KJ69J人员定位管理系统将以主传输电缆作为信息传输平台。
2.14数据监测站KJF80
KJF80.1型监测站处理器是以微处理器为核心的智能化矿用电子设备，结合目前最先进的无线电通信技术，通过KJF80.2A无线接收器对无线编码发射器发出的无线编码信号进行接收处理，可检测出井下人员及机车等动目标的位置、编码等信息，并可提供开关量信号输出和串行数据信号输出，是KJ69J型矿用人员定位管理系统的主要组成设备，完成对动目标的监测功能。
该监测站为矿用本质安全型。
KJF80监测分站在系统传输信道出现故障时可以保存人员轨迹信息，当传输信道恢复正常时监测分站的信息能传送到监测主机，保证人员信息存储不间断。
监测分站示意图
数据监测站模拟接线图
主要技术参数:
✓工作电压：
15V
✓工作电流：
KJF80.1不大于100mA
KJF80.2A不大于75mA
✓接口信号:
a）开关量输出信号
电压型，负载接拉地流2mA时，电压不低于9V；
触点输出（常开或常闭）
b）主通讯接口信号：
RS-485
✓防爆型式：
矿用本质安全型。
2.15本安电源KDW16A-18V
为井下数据监测站供电，其后备电池可保证在交流电停电
情况下，数据监测站可连续工作4小时以上。
技术参数：
✓输入：
AC127V、220V、380V或660V。
✓输出：
DC15V±8%。
✓备用电源功能：
转换时间：
0S
电池容量：
12V4.0Ah，2节
2.16KGE37B无线编码发射器
我公司生产的无线编码发射器采用先进的RFID射频识别技术，安装方式多样，与KJF80型无线数据监测站配套，可完成对井下人员及机车等动目标的位置监测功能。
该产品为矿用本质安全型，适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境。
系统中最多可容纳8190个发射器，编码固化不重码。
无线编码发射器有正常工作指示、缺电指示、紧急呼叫指示等。
无线编码发射器的电池电量不足发出报警指示时,需及时（十天之内）更换电池，否则十天后无线编码发射器将自动停止工作。
监控主机接收到无线编码器缺电信息时会发出显示报警。
KGE37B自带电池，该无线编码发射器安装在矿灯绳上（靠近灯盒处）已申请专利，和矿灯完全结合在一起，此安装方式为最佳方式，可有效防止一人携带多卡下井的情况发生。
也可穿在皮带上。
✓供电电源：
由扣式电池供电，一个电池可至少工作半年以上；
✓工作频率：
2402±2MHz或2410±2MHz；
✓外形尺寸：
（l×b×h）mm：
67×30×14；
✓重量：
约30g；
✓防护等级：
IP54；
✓防爆类型：
本质安全型；
2.17专用检测仪CFC1
一般放在灯房内，可以用来检测无线编码发射器的好坏，能检测识别卡的故障。
5.8MT8000型数据接口
MT8000综合数据交换接口用于将以太网信号转换为可在光纤中传输的光信号、将以太网信号转换为RS485信号。
该光端机可与KTG2A矿用本安型光端机配套使用，主要用于各种监控系统的主干道及其它数据需要远距离传输的场合。
它具有1路光信号接口（可选配2路）、1路RS485接口（可选配4路）。
主要技术参数
✓输出信号
一路（两路或无）光信号接口及一路（四路）RS485信号接口：
a.光信号
以太网光纤口的光波长：
1310nm
以太网光纤口的发射功率≥-15dBm
以太网光纤口的接收灵敏度：
-32dBm
b.RS485信号
符合RS485标准，传输速率为1200bps时传输距离为15km
✓传输距离：
20km（光信号），15km（RS485），100m（以太网信号）
✓供电：
采用220V交流电源（市电）
3主要功能
3.1实时监测功能
a）实时监测当前井下总人数；
b）实时监测当前井下各区域人数；
c）矿井图采用矢量图，可以任意放大缩小；
d）实时监测当前各区域、各部门、各工种、各职务的下井人数。
e）位置跟踪：
在图上动态显示人员当前位置
f）实时监测当前某些特殊工种或特殊人员下井情况和所处位置；
3.2查询功能
a）查询任一指定井下人员或则某部门、职务及工种当前或指定时刻所处位置。
b）查询任一指定井下人员当天或指定日期的活动踪迹；
c）选定某区域、某分站、某接收器，可以获得当前或历史时刻该位置的人员信息；
d）选定某区域、某分站、某接收器可以获得经过该区域、分站或接收器所有的人员通过的时间信息；
e）可对特定的人员进行实时跟踪；
f）可查询各区域、各部门、各工种、各职务在任一历史时刻的人数汇总情况。
g）能动态显示井下人员的当班或任一历史时刻活动模拟轨迹。
3.3安全保障功能
a）双向呼叫功能：
监控主机和井下人员可以实现双向紧急呼叫。
当井下某处发生紧急情况时，监控主机可以给某区域发送紧急寻呼，让该区域所有人员紧急撤离；
当井下某人员发生紧急情况时，该人员可以向调度主机发送求救信号，保证该人员可以及时得救；
在地面需要查询某人，可在地面对其发送呼叫（单独呼叫该人员），井下人员接收信号后即知地面机房有事呼叫，可通过附近电话回复机房。
b）门禁功能：
在井下一些重要峒室、危险场合（如盲巷等）配备RFID识别器和语音站，可有效地阻止人员违章进入，并将违章人员记录在案；
c）超时报警功能：
人员在井下时间超过给定的时间，自动报警提示并提供相关人员的名单等信息；
d）区域超员报警：
特定危险区域超过安全规定人数时，自动报警，可有效地阻止其他人员继续进入；
3.4统计考勤功能
a）可以查询任一班次及时间段各部门下井人数及下井时间
b）可以显示一个月或任一时间段，某部门或某个人的下井考勤情况，并根据工种、职务、部门等（规定足班时间），判断不同类别的人员是否足班。
c）可以显示一个月或任一时间段某部门及某人员的下井时长分布情况，和该时间段内平均井下时长。
d）显示下井人员确切的下井时间和上井时间，统计井下持续时间
e）可单独统计考核某些特殊工种、职务人员的上下井情况。
f）可以单独考核某部门一个月或任一时间段的所有人员班次考勤总计。
3.5信息联网功能
KJ69J人员定位系统通过局域网能实时同步地看到各种监测信息，可以进行各种查询操作。
a）工作站模式（C/S）：
服务器装服务器软件，相关部门可通过安装工作站软件浏览信息。
b）WEB浏览模式（B/S模式）：
通过建立WEB服务器，以浏览网页的方式浏览信息；
3.6系统运行状态提示（自诊断功能）
a）当系统监测分站出现故障，分站栏显示由绿色变成红色告警；
b）当无线接收器出现故障，提示某分站某接收器无信号；
c）当无线编码发射器需要充电时，提前提示该发射器缺电；
d）当井下交流供电中断时，系统提示直流供电报警；
3.7操作权限及操作日志
不同的用户拥有不同的操作权限，便于系统的维护，每个值班人员拥有自己的登录名和密码，交接班时可更换用户。
3.8遇险救灾指引功能（可扩展）
矿山企业瓦斯、水、火、冲击地压等突发性自然灾害事故较多，且危害性大、波及范围广。
如采取及时、正确的撤离、抢救处理措施，可最大限度地减少灾害影响，减少人员、财产损失。
反之，抢救不及时，贻误时机，会使损失或伤亡事故扩大，而事故伴生的次生危害，不亚于灾害的直接影响。
通常，事故重大、需要人员紧急撤离的情况下，多以地面人员电话拨号或手机呼叫方式通知现场人员撤离危险区域或引导人员有序撤离、科学避险，其中电话拨号方式可采用调度交换机的群呼功能，通过预先设定的组群，采用群呼方式通知现场人员。
但由于矿山企业特点，不可能每名井下员工附近都有固定电话或人手一部移动通讯工具，因而会造成部分地点的部分人员得不到撤离通知，贻误脱险时机，或得不到正确撤离、避险的指挥引导而发生意外。
当井下发生重特大突发事故，能否有一种快捷、直接的手段，由地面人员来迅速地通知、全程指挥、引导现场所有受威胁人员安全疏散、撤离呢？
遇险救灾指引功能就能完成相关的工作。
当发现有水灾或其他安全隐患时，地面人员能够在调度室，按照预先设定的紧急情况处理方案，通过控制安装于矿井内的语音报警器（KXT22.1通信和信号装置主机）、LED电子显示牌（KXH32*128矿用本安型信号牌、KXH16*16矿用本安型信号牌）、人员定位分站、无线编码发射器（KGE37B、KGE37D）等设备的语音播报和指示信息的显示，指导工作人员安全撤离危险区域。
系统框图：
当井下发生突发事故时，根据不同的应急预案，本系统可以通过以下四种方式来指挥井下人员有效的避险和撤离：
通过KXT22报警装置语音报警提示；
通过KXH32*128本安信号牌文字提示；
通过KXH16*16本安信号牌红绿灯联动指式；
通过无线编码发射器呼叫提示。
主要技术指标
3.9系统容量：
可连接无线数据监测站64个，无线接收器512个（每个监测站最多可接8个无线接收器），无线编码发射器8190个。
3.10传输方式：
RS485主从方式。
3.11同时读卡数量
可同时读卡的数量≥200卡。
3.12最大巡检周期
系统最大巡检周期≤30s。
3.13漏读率
漏读率≤10-4。
3.14传输速率及误码率
速率1200bps。
传输误码率：
≤10-8。
3.15地面中心站至数据监测分站传输距离
电缆传输时最大传输距离不小于15km。
3.16数据监测分站至无线接收器传输距离
最大可达到2km。
3.17数据监测分站最大有效接收区半径
有效距离≥30m，位移速度≥9m/s。
3.18存储时间
a）当主机发生故障时，丢失携卡人员出/入井时刻、出/入重点区域时刻等信息的时间长度不大于5min；
b）分站存储数据时间不小于2h，通讯故障时，每台人员接收分站可存储至少6000条人员过站的信息，待通讯恢复时再将数据上传。
c）地面监控主机能保存1年以上的监测数据。
3.19双机切换时间
从工作主机故障到备用主机投入正常工作时间不大于5min。
3.20软件画面响应时间
调出整幅画面85%的响应时间≤2s，其余画面≤5s。
KJ69J型矿用人员定位管理系统分站布置
KJF80.1分站一般在各井口和主要分叉处设置监测站，一套系统中数据监测站总数通常不超过64个。
无线接收器可根据需要进行设置，最多可以设置512个。
为了能够实时监测当前井下作业人数，在每个有人员出入的上、下井位置设置人员监测分站，地面出井口设置上井点（一般一个出井口设置2个接收器），井底设置下井点（在下井点各方向主要岔道各设置一个接收器）。
当人员下井时达到下井点监测位置系统接收到信息自动作为下井起始时间，当人员上井时达到上井点监测位置时系统接收信息自动作为该次下井的结束时间，并自动统计下井时间、判断班次等。
在主要大巷分叉路口和各工作面的入口（回风巷道、运输巷道等各巷道各设一个接收器）设置监测点，监控井下作业人员实时流动情况及进出工作面的情况，记录行走轨迹。
监测站设在矿井下采掘工作面进回风巷道出入口、中央变电所、中央泵房、巷道交叉处（可鉴别方向）、矿井出入口、主要行人巷道等重要的人员聚集区、危险地段和区域。
系统在井下人员经过的主要巷道和工作面放置接收器（监测站），对下井人员进行实时监测。
4设备清单
序号
设备名称
型号和规格
生产厂家
单位
数量
1
监控主机
Core2Duo2.5GHz/320GB/2GB/DVD光驱/键鼠/19寸液晶
研华工控
台
2
2
IBM服务器
IBMX3550机架式/IntelXeonE5504四核2.0G/2*2GBDDR3/146*2G/DVD/双1000M/Raid/鼠标键盘/19"液晶
IBM
台
1
3
天地自动化煤矿人员位置监测系统软件V1.0
TD-KJ-RYDW-KJ69A
天地（常州）
套
1
4
天地自动化煤矿人员位置监测WEB浏览软件V1.0
TD-KJ69-WEB
天地（常州）
套
1
5
服务器操作系统
Win2003server
微软
套
1
6
监控主机操作系统软件
WinXP专业版
微软
套
1
7
数据库软件
MicrosoftSQL2005SERVER
微软
套
1
8
杀毒软件
Symant
升级会员 