煤礦井下設備無線定位系統研究

（冀中能源峰峰集團設備管理中心，河北 邯鄲 056201）

煤礦井下設備無線定位系統研究

劉永生

（冀中能源峰峰集團設備管理中心，河北邯鄲056201）

介紹了設備無線定位管理系統在礦井作業中的應用，具有很好的推廣前景。

井下設備；無線定位系統；實時查詢

一、立項背景

在井巷開拓掘進和煤層回采過程中，設備使用空間局限且環境惡劣。適時掌握其生產和工作面銜接的動態變化,實現坑下設備的地面定位鑒測和遠程實時查詢，對加強煤礦設備管理，適時、準確、合理、提前為煤礦生產準備所需機電設備，確保工作面生產的正常銜接，同時減少閑置備用設備，提高設備使用率，對減少設備投入資金、提高煤礦企業經濟效益具有重要的現實意義。

目前，峰峰集團本部生產礦井14對，大部分開采深度在600m以上，地區水文地質條件復雜，斷層多，工作面走向短，地區銜接頻繁。在2013年有88個回采工作面，2014年預計達到92個回采工作面銜接生產。

由于設備型號多、配套多樣化，為了滿足生產需要，各礦除了統一租賃設備外，還多方籌集自管資金大量購置生產設備，造成各自為政，閑置積壓，占用了大量資金。集團公司多次組織深入各礦和井下，進行設備清查、摸底，但收效不佳。因此，如果應用設備定位系統，將會使問題全面改觀。

二、設備定位系統特點

設備定位系統具有“實時監測、遠程登錄、高效運行、動態管理”的特點，可以與現有的人員定位系統并網運行，各自獨立，互不干擾，使已有的坑下坑上通信系統裝備完全實現資源共享，避免重復投資，降低成本并且提高效益。

（1）多用戶遠程訪問。系統采用三層C/S網絡數據結構和網絡結構，可實現多用戶遠程訪問。能充分發揮客戶端PC的處理能力，可在客戶端處理后提交給服務器。

（2）數據實時更新。設備定位分站與識別卡之間的通信時長為15s，服務器與分站30s完成一個循環的數據采集，并將這些原始的信息保存到數據庫中。實時數據更新速度可達到30s。

（3）可與人員定位系統并網運行。數據采集兼容并分離處理，實現設備定位與人員定位的有機結合，互不干擾。可大量減少系統硬件，減少資金投入。

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

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

三、程序適用環境

企業局域網，運行平臺為：windowsxp；windows 2003；windows7等?！?設備定位程序 》同時也可與《 KJ376人員定位系統 》同網并用。系統拓撲如圖1所示。

圖1 設備數據傳輸拓撲圖

四、系統主要功能模塊

1.數據采集模塊

（1）識別卡。

設備ID識別卡采取“有源發射芯片”設計，識別卡編碼和設備一一對應,可以發射無線編碼數據信號,設備在分站的有效接收范圍內，定位分站通過定時無線采集數據的方式，接收讀取分站輻射區域的識別卡發出的識別信號，分站進行接收、解碼、存儲，等待與計算機通信。分站將接收到的數據傳輸到計算機并暫存，計算機通過軟件對分站發出指令、接收數據并處理數據，得到相應報表，使井下設備分布狀態在計算機中顯示，從而實現定位、監測、控制井下設備。在井上可實現遠程數字化管理設備。

（2）分站。

分站是接收無線識別卡信息的設備,以無線射頻方式，分站與識別卡之間進行非接觸數據傳輸。分站接收到有效區域內識別卡發射的無線數據信息后,暫存至分站內部存儲器。通過網絡布線將多個分站和服務器連接，計算機查詢分站數據并處理數據信息，經軟件處理轉換成位置信息，使井下設備分布狀態在計算機中顯示，從而實現井下設備的實時管理。

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射頻信號的作用，以便擴大識別范圍。礦用本質安全型分站，適用于礦井井下等場所。

2.數據傳輸模塊

（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）數據接口。

實現分站和服務器的數據格式轉換，把長距離傳輸過來的數據轉換成計算機可以識別的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.數據分析模塊

設備定位接收到有效區域內識別卡發射的無線數據信息后,暫存至分站內部存儲器。服務器接收分站數據，經軟件處理轉換成位置信息，數據采集器根據分站信息和設備信息，分析出設備所在位置、設備型號、設備類別、設備編號、設備參數等信息，并儲存在相應的數據庫中，從而實現設備數據數字化管理的目的。

使用單位通過《設備定位程序》和本單位局域網絡訪問服務器，均可擁有數據調閱功能。服務器通過數據接口C2000軟件，識別、接收網絡中分站采集到的數據并儲存到數據庫中。負責實時對各分站所采集到的識別卡數據進行整理和匯總，結合設備臺賬，通過用戶設置時長，定期更新數據信息，并向數據終端發送數據，同時，也可調閱數據收集時的原始記錄。

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

4.臺賬管理模塊

（1）設備臺賬主要功能是對所有設備進行統一的數據管理和保存，設備臺賬模塊在保存設備信息的基礎上，提供狀態查詢和匯總功能，而且設備位置時實動態更新。

（2）設備臺賬關聯設備的多種附屬信息，如：設備編號、技術特征、經營項目等。

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：系統將查詢到當前時間所有分站下的在線設備。指定分站查詢：用戶可在系統中用鼠標隨意的選定分站，程序將顯示選定分站下的所有設備及相關參數，并可對選定分站的在線設備進行導出、匯總。

6.歷史軌跡模塊

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

（1）區域監測。

區域監測功能由區域設定和區域顯示組成，主要是將不同的區域人為設定區域名稱和識別分站，這些分站是確定區域管理的數據分析源。顯示區域，通過區域設定后的設備數據，根據設定要求，由軟件分析區域設備狀態。

（2）功能實現。

數據采集器采用用戶名和密碼相合的方式對使用人員進行身份驗證，主要功能模塊有數據采集模塊和區域監測模塊，數據采集模塊的工作原理為：提供數據接口，接收網絡中分站采集到的數據。主要功能為：負責實時對各分站所采集到的識別卡數據進行整理和匯總，結合設備臺賬，通過用戶設置時長，定期更新數據信息，并向數據終端提供，同時，也可調閱數據收集時的原始記錄，但不能人為修改。區域監測模塊的工作原理為：通過用戶自定義區域，可分析出設備的入庫、出庫時間的歷史記錄。

數據終端采用用戶名和密碼相合的方式對使用人員進行身份驗證，管理員對所有用戶進行統一管理，各用戶也可自行修改密碼，管理員并且可以根據實際工作中的不同的用戶分配不同的操作權限。從而保證了數據安全。

五、推廣前景

設備無線定位管理系統，是煤礦設備管理向物聯網發展和通信技術結合傳統互聯網絡技術，可實現“高效率溝通，全方位服務”的設備管理系統。使有關設備管理員隨時可了解各礦井下設備分部情況，及時掌握生產動態變化。服務器與分站快速完成一個循環的數據讀取，并將這些原始的采集信息被保存到數據庫中。即可實現設備的數據信息溝通交流。此方法填補了井下設備定位管理的國家一項空白。此項技術正在申報國家專利。

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1671-0711（2014）12-0032-03

2014-11-18）