煤矿RFID应用

1、井下安全监控管理信息系统随着煤矿企业在国民经济中重要作用的不断提升，提高煤矿企业的管理水平，保证企业的安全生产越来越受到相关重视。利用先进的科技管理手段，开发井下安全监控管理信息系统对于实现井下安全的自动化保障，及时、准确地掌握井下作业人员的位置、数量和分布情况，掌握井下安全设备的运行状况，实现矿工工作的科学管理，对于提高安全保障、加强安全监督、处理应急事件，提高生产效率将起到极为关键的作用。本项目拟采用RFID和传感监测技术实现井下安全的自动化保障，井下人员位置的实时跟踪，安全设备的巡检以及人员考勤。系统总体结构示意图如下所示：在井下巷道中的若干固定点部署RFID阅读器，无线接入点和瓦斯浓度

2、传感器，这些RFID阅读器和无线接入点通过井下以太网和地面交换机与地面设备相连，而瓦斯浓度传感器通过CAN总线将数据上传到地面。井下的实时信息存储在地面的数据库服务器中，地面监控人员通过监控客户端软件可以实时的监控井下的情况，监控人员不在本地时，也可以通过web服务器浏览实时的监控信息。系统功能模块井下安全监控管理信息系统，实现瓦斯浓度监控、温度和压力监控、井下人员定位、安全设备巡检、矿工上岗考勤，如下图所示。l 瓦斯浓度监控为了实现井下瓦斯浓度的实时监控，在井下若干个关键地点需要部署瓦斯浓度传感器来监测井下甲烷，一氧化碳等可燃有毒气体的浓度。为了实现监测数据的实时上传，需要在井下部署CAN（

3、Controller Area Network）总线，瓦斯浓度传感器通过特定的转换接口模块可以与CAN总线相连，将实时的瓦斯浓度数据上传给地面监控人员。地面监控客户端可以定时的刷新屏幕，实时的跟踪当前井下各个位置的瓦斯浓度。地面监控人员可以通过客户端对相关参数进行设置，包括报警的浓度阈值，加大通风设备功率的浓度阈值等（例如可以将报警的瓦斯浓度阈值设为0.8%，而加大通风设备功率的浓度阈值设为0.3%）。为了实现安全保证的自动化，可以为井下通风设备设置弱电控制开关，并与CAN总线相连。当瓦斯浓度传感器将瓦斯浓度数据上传给监控客户端时，客户端会将该浓度数据同设置的阈值相比较。当浓度数据大于0.3%

4、时，客户端会自动将加大通风设备功率的弱电信号通过CAN总线发送给某些通风设备，这些通风设备接收到信号后，通过弱电控制开关加大通风设备的功率，使通风速度加快，使瓦斯浓度降低到安全的浓度；当浓度数据大于0.8%时，客户端会发出报警信息，包括在监控界面上显示红色警戒信号，切断电源，停止生产，并通过声音报警使井下人员迅速撤离。为了实现瓦斯浓度数据以及弱点控制信号的传输，我们采用CAN总线而不采用RS485总线是由井下作业的特殊环境以及CAN总线自身的特点决定的。CAN总线是国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；在无中继情况下传输距离远可达10Km，传输速率最高可达1Mbps；单条总线最多可接1

5、10个传感器，并可方便的扩充节点的扩充；CAN总线系统结构简单，性价比极高。 l 温度和压力监控为了实现井下矿工工作环境的实时监控，我们在井下若干个关键位置部署温度和压力一体化传感器，来监控井下的环境温度和压力。同瓦斯浓度监测相类似，温度压力一体化传感器也要同CAN总线相连，实现将温度和压力数据的实时上传。通过客户端地面监控人员对相关参数进行设置，包括温度和压力上限的阈值。当到达温度和压力上限的阈值时，系统可以通过CAN总线发出控制信号，加大通风设备功率，将温度和压力降低到合理的范围。l 井下人员定位：煤矿企业为每一个矿工发放一个RFID工卡，该RFID工卡上只有一个RFID编码，与该编码对应

6、的矿工信息事先记录在数据库服务器中。矿工在下井工作时携带该工卡，当矿工到达井下巷道时，距离该矿工最近的RFID阅读器就会读取到该矿工携带的工卡，并将该工卡中的RFID编码信息通过井下以太网上传到地面上的数据库服务器中。当矿工在井下的移动时，就会离开当前RFID阅读器的读取范围，并进入另外一个RFID阅读器的读取范围，RFID阅读器同样会将读取到的工卡编码上传给地面，并触发系统的数据库更新操作，更新矿工在井下的实时位置信息。当地面监控人员需要查看井下矿工的位置信息时，就可以通过客户端软件来读取数据库服务器中的矿工位置信息，并显示在屏幕上，通过定期的刷新来实时的监控矿工位置。l 安全设备的巡检：为

7、了保证井下的安全作业，对井下安全设备运行情况的了解是极其重要的。当前各煤矿企业主要是通过专门的安检人员定期对安全设备进行检查来做到。这种方式存在着设备漏检的情况。采用RFID技术以后，为每一个井下安全设备配置一个RFID电子标签，标签编码唯一标识了该安全设备。与标签编码对应的井下所有安全设备的相关信息记录在数据库服务器中。当安检人员需要对安全设备进行检查时，携带手持RFID阅读器进入井下巷道，当到达某个安全设备附近时，手持RFID阅读器就可以读取到设备上的RFID电子标签，安检人员检查设备状况后，通过手持阅读器上的交互功能记录下该设备的当前状况，这些信息通过井下的无线接入点上传给地面的数据库服

8、务器。此外，安检人员通过手持阅读器连接无线接入点从数据库服务器中检索到当前井下所有的安全设备，并功过屏幕上的提示发现当前还有哪些设备没有检测到，并提示它们所在的位置。地面管理人员通过客户端可以检索出井下安全设备的相关信息，包括生产日期，安装日期，检修记录，当前状态等，通过这些信息及时了解井下安全设备的状况，对于安全设备进行及时的更新或维修。l 矿工上岗考勤：为了实现矿工的上岗考勤，可以在矿井的入口和出口分别设置RFID阅读器。当矿工上岗时，入口处的RFID阅读器可以读取到该矿工的RFID工卡，工卡编码结合上岗时间一并记录到数据库服务器中；当矿工离岗时，出口处的RFID阅读器按照同样的方式将矿工

9、的离岗时间记录到数据库服务器中。通过记录矿工的上岗和离岗时间，可以方便的实现矿工的上岗考勤工作。安检人员对井下设备进行安检时，与矿工的考勤统计类似，这样也可以有效防止安检人员的脱岗，保证井下的安全生产。系统硬件配置l RFID标签选择：选用理由：超远距离读写，保证安全，区域定位，全球唯一标识符合EPC标准识读距离：可达70 米（使用CF）：可达20 米使用频率：868-925MHz工作方式：以一定的时间间隔传输预定程序的数据串循环速率（ping率）：0.560秒，每0.5 秒可调电源：锂电池，寿命8年（5秒间隔发射）最大发射功率：小于1mW写 数 据： 1次性写入内存容量： 9bytes用户可

10、自定义识别码：   32 bit 固定ID工作温度：-30 到 +70 （-22 到 +158）防 震：50G, 3次 DIN IEC 68-2-27从1米(3英尺) 多次坠落到混凝土地面防 振：3G, 20度正弦波周期,5赫兹到150 赫兹l 固定式RFID阅读器选择符合ISO 18000-6-C UHF RFID标准，支持所有Gen2命令：包括写入、锁死和杀死读写距离n 68米（基于不同标签）天线： 4个TNC双向天线端口，为每个端口分别配置独立的天线RFID频率范围： 800MHz或900MHz波段接口： 10/100 BASE T 以太网 （RJ-45连接器）RS-

11、232 （DB9连接器）标签空中接口：EPC Class1 Gen2网络计算机协议： MACH 1 API最大读取速率： 1000tag/秒最小标签速度： 660ft/分钟环境： 工作温度：-20 to 55 (-4 to 131)存放温度：-40 to 85 (-40 to 185)湿度：相对湿度10 to 95 工业等级：IP-53l 手持式RFID阅读器选择操作系统： Microsoft Windows ce(中文)中央处理器： Intel Bulverde 内存： 128MB RAM或128MB ROM (Max256MB)显示器：3.5QVGA带有背光灯.TFT-LCD,256K色泽

12、,240W*320L尺寸的显示屏RFID标准： 13.56/900MH EPC Gen2, ISO 18000 - 6B Built-in频 率：调制方式： DSB ASK标签读写角度： 360°(全向)通讯：GSM/GPRS 语音通讯和数据通讯, 并且有EGSN900,GSM1800, GSM1900三个频段；无线局域网 ：IEEE 802,11b/gGPS Sirf3, 内置输入/输出 ：RS-232和,USB1.1标准接口电池： 3.7V锂电池,4400mAh(可反复使用)耐用性：1.5米高度的水泥地面跌落测试，可承受三个方向，六面，跌落三次冲击音频 扬声器，麦克风，耳机连接器

13、连续工作时间： 8小时工作温度 -20 到50：工业防护标准 IP65防水防尘储存温度 -30 到60：湿 度 5-95%支持接口协议 TCP/IPl 瓦斯浓度传感器选择环境浓度：04%、010%CH4，多种组合灵活选择，适合在不大于15%CH4的环境下使用采用了进口高精度仪表专用放大电路和高集程度数字化电路，使电路结构简单，性能可靠采用了新型催化元件，使仪表性能更加稳定，量程拓宽，线性度增强，调校周期延长使用新型开关电源模块，降低了整机功耗，增加了传输距离主要部件采用了模块化设计，使性能更加稳定，维修更加简单方便无冲击电流，保证了远距离多台正常启动和工作15mA、420mA、2001000Hz多种信号输出制式，可配接多种系统l 温度压力一体化传感器选择量程: 0150(MPa)、-20150 综合精度: 0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS 输出信号: 压力输出：420mA(二线制)、05V、15V、010V(三线制) 温度输出：电阻 供电电压: 24DCV(936DCV) 介质温度: -2085150 环境温度: