KD礦用IC卡設備運行控制管理系統(tǒng)研究

申燕波

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦，山西 方山 033100）

0 引言

當前，我們國家提出“智慧礦山”，大力發(fā)展礦業(yè)數(shù)字化和智能化，實現(xiàn)“機械化換人、自動化減人”。無接觸IC卡是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它成功的將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，結(jié)束了無源和免接觸這一難題，是電子器件領域的一大突破。非接觸IC卡主要有數(shù)據(jù)處理快，安全性高，易攜帶，廉價等優(yōu)點，使其在公共交通、金融交易、門禁等方面取得了廣泛應用。正是由于其具有這些優(yōu)點，非接觸IC卡也在開始在礦井應用。KD礦用IC卡設備運行控制管理系統(tǒng)也是實現(xiàn)智慧化礦山的重要一步。KD礦用IC卡設備運行控制管理系統(tǒng)能夠避免井下機電設備操作不當造成重大事故，其由井上監(jiān)控軟件、隔爆型IC卡設備運行控制器和非接觸式IC卡等組成的設備授權(quán)操作及井上監(jiān)控管理系統(tǒng)，對井下機電設備操作人員進行操作授權(quán)，實現(xiàn)井下機電設備的規(guī)范、安全的操作，來減少由于人為操作不當出現(xiàn)的事故，并能記錄、存儲、查詢設備操作及運行歷史數(shù)據(jù)，給設備安裝了“黑匣子”。

1 工作原理

系統(tǒng)由井下KD礦用IC卡設備運行控制器與井上監(jiān)控部分構(gòu)成，井下控制部分主要包括無線IC卡和IC卡設備運行控制器及設置用遙控器。控制器采用單片機，主要由讀IC卡電路、CPU、液晶顯示屏及控制電路等組成。當控制器讀卡電路接受到無線IC信號后，由CPU進行判斷，如果是授權(quán)的IC卡，控制電路工作，向控制的設備發(fā)出控制信號，此時所控制的的設備可以啟動，如圖1所示。如讀卡電路未接受到無線IC信號，此時所控制的的設備將不能夠被啟動。井下控制器可井下獨立運行。控制器配備以太網(wǎng)接口，能與井下以太環(huán)網(wǎng)交換機相連，通過環(huán)網(wǎng)將系統(tǒng)各種狀態(tài)及參數(shù)傳送到井上，實現(xiàn)地面監(jiān)控。井上監(jiān)控系統(tǒng)主要是計算機的監(jiān)控軟件，此軟件能夠完成發(fā)卡、讀取操作信息，設定工作狀態(tài)等相應的功能。軟件能實時顯示設備名稱、運行狀態(tài)、責任人、操作人員等。如圖2所示。

圖1 井上監(jiān)控通訊系統(tǒng)圖

1.1 非接觸IC卡

非接觸式IC卡又稱射頻卡，由IC芯片、感應天線組成，封裝在一個標準的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分。卡片在一定距離范圍 (通常為5—10cm)靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。其工作原理為射頻讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷；在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器的數(shù)據(jù)。

1.2 控制器

非接觸IC卡控制器主要由讀IC卡電路、CPU、液晶顯示屏及控制電路等組成。單片機對讀卡線路中的信號采用串口通信，并對讀卡線路中的信號進行處理，在進行身份識別后利用RS485信號并入井下以太環(huán)網(wǎng)，與井上監(jiān)控系統(tǒng)相連接。本控制系統(tǒng)采用美國MOTOROLA單片機，裝置讀寫時序不太復雜。當機電設備需要運行時，控制器讀取IC卡的信息，單片機中CPU對信號進行識別，若IC卡中身份信息識別正確，

則單片機上綠燈亮起，蜂鳴器短鳴，控制電路防爆開關(guān)開啟，說明能夠機電設備控制設備啟動；若身份識別錯誤，則單片機上紅燈亮起，蜂鳴器長鳴，控制電路防爆開關(guān)不啟動，不能控制設備啟動。該控制器通過環(huán)網(wǎng)與井上監(jiān)控系統(tǒng)連接，監(jiān)控軟件能對井下設備狀態(tài)進行實時監(jiān)控，對于機電設備在運行中出現(xiàn)問題，可以及時進行控制，防止機電事故的發(fā)生。每臺機電設備都配備一臺控制器，每臺控制器都有自己獨立的子機號，每臺控制器都可以向管理卡傳輸操作信息，并接受管理卡的命令進行操作。

2 系統(tǒng)性能

1）該控制器采用無線射頻，IC卡和主機之間為非接觸式操作，IC卡的感應靈敏，控制器采用采用美國MOTOROLA單片機，電路簡單，運行可靠。參數(shù)設置、授權(quán)編號可現(xiàn)場編程實現(xiàn)，是國內(nèi)同類產(chǎn)品理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

2）控制器可以識別3種類型的卡片：管理卡、操作卡、維修卡。每種卡片可以分配多個卡號。

管理卡：管理卡用于設備管理人員對設備編號、操作卡授權(quán)、維修卡授權(quán)、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)查詢及卡片掛失等

操作卡：操作卡是用于設備操作人員對設備進行開停操作，操作人員交接過程中運行指示燈閃爍一分鐘，設備不會停止運行，一分鐘后如無操作人員刷卡設備停止運行。

維修卡：維修卡是用于設備維修人員在對設備進行維修時強行關(guān)閉設備，在維修過程中，其他類型卡片均無效，并且維修狀態(tài)只能由刷過的維修卡自己才能解除。

3）狀態(tài)顯示。該控制器采用漢字液晶顯示，可實時顯示當前刷卡人員的卡片類型、卡號以及設備當前的運行狀態(tài)。刷卡窗口有電源及設備工作狀態(tài)指示。

4）數(shù)據(jù)存儲記憶功能。該控制器可以存儲操作數(shù)據(jù)，在管理卡授權(quán)后通過遙控器上的定時鍵進行歷史數(shù)據(jù)查詢。

5）井上控制及查詢功能。該控制器可與井下以太環(huán)網(wǎng)連接，將設備的運行狀態(tài)、人員操作信息上傳井上統(tǒng)一管理。井上可對授權(quán)設備進行控制，也可對授權(quán)設備的歷史信息進行查詢。井上監(jiān)控系統(tǒng)主要完成發(fā)卡、讀取IC卡信息、設定相應的工作狀態(tài)等功能。

3 系統(tǒng)特點

1）礦用隔爆型IC卡設備運行控制器為隔爆型安全設計,結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，體積小，安裝方便。

2）大屏幕顯示器，可以顯示設備工作狀態(tài)、維修及操作人員卡號、時鐘、通訊波特率等狀態(tài)。

3）使用遙控器現(xiàn)場設定相關(guān)參數(shù)及查詢歷史數(shù)據(jù)。

4）刷卡靈敏可靠，并伴有聲音提示。

5）每臺控制器都通過管理卡授權(quán)后使用遙控器設置設備與操作代碼，與授權(quán)后的IC卡配套使用，具有卡片掛失功能。

6）控制器有通訊接口，可以通過井下以太環(huán)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)上傳，實現(xiàn)井上對授權(quán)操作人員和相關(guān)設備的管理。

7）地面服務器只需安裝配套監(jiān)控軟件，通過井下以太環(huán)網(wǎng)方便實現(xiàn)井上監(jiān)控。

8）在井上監(jiān)控界面可以看到井下授權(quán)設備的運行狀態(tài)以及對設備的歷史操作信息的查詢

4 工程實踐

KD礦用IC卡設備運行控制管理系統(tǒng)在某礦進行了實際運用，取得了良好的結(jié)果，提高了生產(chǎn)效率，避免了機電事故的發(fā)生。

4.1 系統(tǒng)配置

根據(jù)井下實際情況來選擇配置以下設備：KD礦用隔爆型IC卡設備運行控制器，可以控制1臺機電設備，JKKD001監(jiān)控系統(tǒng)軟件，設置用遙控器，IC卡。具體的數(shù)量如表1所示。

4.2 具體參數(shù)

防爆標志：Exdb I

額定電壓：AC127V/AC36V

工作電流：≤700mA

繼電器觸點容量：3A.

工作方式：連續(xù)

面板顯示：漢字液晶顯示

參數(shù)設置：遙控

5 結(jié) 論

KD礦用IC卡設備運行控制管理系統(tǒng)由井下IC卡、設備運行控制器與井上監(jiān)控部分構(gòu)成，通過對IC卡進行授權(quán)，控制器中CPU對IC卡中信息進行識別，從而對井下的設備進行控制，井上監(jiān)控系統(tǒng)能實時監(jiān)控井下設備運行狀況，實現(xiàn)礦井智能化生產(chǎn)，避免了因操作不當產(chǎn)生的機電事故，并在某礦進行了實際運用，取得了良好的效果。