潘集選煤廠智能照明與人員定位技術實施方案

王 猛，王 超

(1.淮南礦業集團有限責任公司 潘集礦選煤廠，安徽 淮南 232000；2.安徽理工大學 材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

隨著智能礦山建設的推進，高效、節能、智能化選煤廠的建設理念和技術也逐漸在選煤廠建設和運營中得到滲透和應用[1-2]。目前國內外關于人員定位、安全監測以及照明系統都有相關技術研究與應用。黃強等[3]研制了KJ90礦井人員定位系統，闡述了該系統的工作原理、結構組成與功能特點，并針對系統的穩定性進行了工業性試驗；方水平等[4]對幾種常見的礦井人員定位技術特點進行分析，闡述了各自的優缺點，證實了基于ZigBee技術的定位系統的優越性；張長森等[5]基于 ZigBee 技術設計了一種無線通信系統，闡述了該系統用于煤礦井下工作人員定位的原理與可能性；李曉帆等[6]基于ZigBee技術與CAN技術設計了一種煤礦安全監測系統，可實現對井下巷道環境安全的實時監測；柳晶、陳淵等[7-8]提出了節能照明的設計原則，指出創新節能方式、改善照明器控制方式是實現照明系統節能的重要舉措；韓貴晶等[9]闡述了供配電設計的特點，提出了照明系統采用智能亮度調節和分區分時的控制方式有利于節能降耗。由于潘集選煤廠照明裝置點多面廣，系統龐大，各系統獨立，照明集成度不高，燈具多數為常明燈，導致能耗高，且部分為傳統照明燈具，亮度、色溫無差別，易出現視覺疲勞，狀態無法在線監控，后期維護量大，費用高，不能實現優質高效節能環保等功能[10-11]。因此，提出一種智能照明與人員定位技術實施方案，以期實現照明系統的集成與有效控制，達到選煤廠節能降耗的目的。

1 改造方案

借助廠區內現有光纖通信環境，搭建工作區域通信網絡，避免重復投資，節約資源；同時根據現場作業環境，選擇配置照明燈具的光效、色溫等參數，實現人性化的照明服務。

1.1 系統改造組成

針對改造內容可將系統改造分為以下方面：控制裝置主機、監控中心、智慧平臺燈、人員定位卡。

(1)控制裝置主機。由通信模塊、電源模塊、控制模塊等三部分組成，主要負責通訊網絡的架構與調整。一方面收集網絡節點(智慧終端)等反饋信息以及傳達控制命令；另一方面與監控中心通信，接收命令并反饋相關信息數據。

(2)監控中心。由上位機監控軟件組成。一方面監視和管理控制裝置主機反饋來的信息，如現場人員位置信息、燈具狀態等；另一方面向控制裝置主機發出控制命令，完成開關和調節路燈的亮度，實現時序調度事件、報警應答等操作。

(3)智慧平臺燈。主要由照明模塊、通信模塊、電源模塊等單元組成。每一個智能燈具控制節點具有控制節點和路由節點雙重屬性，既協助通信網絡的構架，也與控制裝置主機保持互通，完成命令及反饋信息。

(4)人員定位卡。通過作業現場由智能燈具及控制裝置主機搭建的2.4 G無線網絡信號，與現場照明燈具通信，報告現場作業人員位置狀態信息，并與燈具互動，實現“人來燈亮、人走燈滅”的功能。

1.2 系統職能類別

根據整個智慧管理系統各個環節的職能，可將系統分為管理層、通信層、設備層三個類別。

(1)管理層。它是整個智慧管理系統的司令部，是整個系統的指揮中心，負責各個環節的綜合協調工作。其監控中心主要配置服務器、顯示單元、存儲單元等。

(2)通信層。它是智慧管理系統的信息通路，是整個系統上行數據、下行數據傳輸的有效保障。該項目中主要信息鏈路網絡為有線以太網絡鏈路與Zigbee無線網絡鏈路，其中以太網絡鏈路的通信設備包括光纜、網線、交換機等。

(3)設備層。它是整個智慧管理系統的數據采集與命令執行終端。人員定位卡完成人員位置上報工作，環境傳感器等設備采集周圍環境信息并上傳給管理中心，智慧終端接受管理中心統一管理，執行不同需求的照明模式。

2 智能照明與人員定位系統實現框圖

圖1所示為智能照明系統管理結構示意圖，圖2所示為人員定位系統實現框圖。依據此設計方案，潘集選煤廠實現了“人來燈亮、人走燈滅”。

3 智能系統的優勢

3.1 節約成本

該人員定位系統是以現有的無線照明監控管理系統為基礎實現的。每一個照明燈具就相當于一個小型的無線人員定位基站。可使用專用的人員定位卡或兼容原有人員定位儀，無需再建設專門用于人員定位的基站等設施，大大降低了人員定位系統的建設成本。

3.2 定位精確

該方案定位系統的基站密度是傳統定位系統無法達到的。在一個平面上，確定一個位置至少需要知道它到3個固定坐標點的距離，所以人員定位系統中，每一塊區域至少需要3座人員定位基站，基站數量越多，定位越精確。傳統人員定位系統中，受制于成本的考慮，不可能建立很多的基站，一個點的定位一般通過計算該點到3～5個基站的距離來實現。而在該改造系統中，由于基站數量眾多，一個點的定位通常至少通過計算該點到5～10個基站的距離來實現，因此使系統定位精度可以優于10 m，領先于國內同類型的井下與室內人員定位系統。

3.3 系統穩定性強

由于系統中基站數量眾多，使得該照明系統和人員定位系統的穩定性大大增強。在傳統系統中，當一個基站出現故障時，會嚴重影響定位精度，且無法實現人員定位，但在該系統中，當一個基站(一盞燈)出現故障時，對整個系統的人員定位精度影響是微乎其微的。

3.4 實現一體化綜合管理

一體化綜合管理模式消除了安全隱患，提升了人員安全管理水平，改善了工作環境照明，有益于作業現場工作人員的安全及身心健康，實現了人員定位精確、監管、考勤等功能，同時預留可擴展功能(溫濕度、瓦斯密度采集、監控等)，實現了可視化、數字化管理。

4 實施效果

(1)實現了智能照明(智慧、節能、高效)和照明燈具的改造升級。根據工作環境和現場作業情況的不同，配置相應功率及色溫的照明燈具，改善了作業照明情況。

(2)作業區域內以照明燈具為載體，搭建2.4 G無線控制網絡，實現了照明燈具的遠程管理及監測。

(3)人員定位增加人員定位與電子圍欄功能，所有進入作業區域的工作人員佩帶人員定位卡/儀，每個現場作業人員的具體位置狀態都能反饋到監控中心；與智能安全照明系統相結合，工作人員一旦離開作業區域或進入特殊場所，可及時提醒調度人員，并能及時通過短信或郵件通知相關管理人員。

(4)照明燈具通過與人員定位卡通信，做到“人來燈亮、人走燈滅”，真正實現了按需照明，綠色、節能、環保。

(5)智能控制系統與人員定位系統相結合，實現了對燈具點控、面控、時控、隨時監控燈具狀態等功能，實現了可視化、數字化管理。

圖1 智能照明系統管理結構示意圖

圖2 人員定位系統實現框圖

5 結語

推進智能化建設，走“優質、高效、潔凈、低耗”的可持續發展之路，實現選煤廠數字化、可視化、安全一體化綜合管理，是選煤廠發展的趨勢和方向。作為智能化選煤建設的一部分，智能照明與人員定位系統的實施，大大提高了作業區域的安全化、信息化、智能化管理水平，為下一步選煤智能化發展奠定了基礎。