矿车定位跟踪管理系统的设计开发及应用

李华 宋彩娟

（郑煤集团超化煤矿,河南新密 452385）

矿车定位跟踪管理系统的设计开发及应用

李华 宋彩娟

（郑煤集团超化煤矿,河南新密 452385）

本文详细阐述了一种基于RFID射频识别技术的煤矿矿车定位系统的结构、原理、系统功能及数据分析流程模型。通过现场的研究实践，总结概述了该系统建设过程中的设计、安装方法及注意事项，初步实现了人与人、物与物、人与物之间的互联互通，对物联网的应用实践起到了尝试和经验积累的作用。

煤矿；井下；矿车定位；射频识别技术

1 引言

矿车是煤矿生产主要的运输工具，超化矿正常流通矿车1 000辆左右，分布在井上、井下各个地方。长期以来,矿车分布地点、滞留时间、分布数量及周转率,一直是较难查清的问题。一般需要通过定期派专人去井下各个工作面及停车场清点矿车来了解矿车的详细情况，以便合理调度使用，故管理难度较大，容易遗漏，存在空载矿车滞留时间过长、闲置矿车太多、调度指挥不便等问题，严重时直接导致生产工序脱节。

为克服以上难题，我矿工程技术人员自主设计开发了煤矿井下矿车定位跟踪管理系统（简称矿车定位系统），用于监测井下矿车位置，具有携卡矿车出/入井时刻、重点区域出/入时刻、限制区域出/入时刻、滞留时间、井下和重点区域停放数量、井下矿车行走路线等监测、显示、打印、储存、查询、报警、管理等功能，初步实现了人与人、物与物、人与物之间的互联互通，初步对物联网展开创新性应用实践。

2 系统构建原理

矿车定位系统基于RFID射频识别技术，选用KJ211A-F型位置监测分站，用于识别煤矿井下KJ211A-K型无线识别卡。系统由工控机、传输接口、位置监测分站、识别卡、电源箱、电缆、接线盒、避雷器、矿车、封装件、交换机和其他必要设备组成。结构如图1所示。

图1 矿车定位系统原理图

系统在井下各主要行人巷道、分支巷道、车场等监测地点安装KJ211A-F位置监测分站，矿车上安装识别卡（具有唯一编号）。装有识别卡的车到达监测地点，分站自动检测识别卡，并把数据传给地面主机，计算机软件能够准确确定该矿车所在的区域，以及该区域的车辆信息。且射频卡可不更换电池连续工作2年以上，位置监测分站检测距离在1～80m内可调。

2.1 系统通信结构的构架组成

2.1.1 RS485总线结构。系统建设之初，处于试验阶段，故只采用了RS485总线结构，在保证30ms巡检周期的前提下，只安装了30台KJ211A-F型位置监测分站。系统由主机、传输接口、分站、识别卡、电源箱、电缆、接线盒、避雷器、矿车、封装件和其他必要设备组成。

2.1.2 环网+RS485总线结构。系统运行稳定后，准备增加70台分站，扩大信号覆盖范围，从而做到井上、井下主要车场及分支巷道都能够读取到矿车信息。同时考虑到在原RS485总线上增加70台分站会大大延长系统巡检周期，以及增加接口箱负担，造成信息传输迟缓等因素，故采取“环网+RS485”总线结构，从而最大限度的保证系统的巡检周期及稳定运行。系统主要由环网交换机、RS485转RJ45接口模块、核心交换机、RS485通信接口、主机、分站、识别卡、电源箱及其他必要设备组成。

2.2 监控中心站采用UPS供电系统

系统工控机、接口箱、交换机等核心设备采用UPS不间断电源供电，保障了系统的稳定可靠，24小时不间断跟踪监测，同时市电采用双回路自动切换装置供电，最大限度的保障了中心站的稳定运行。

2.3 RFID射频识别技术

采用RFID射频识别技术能实现准确地对多目标和运动目标进行识别，具有抗恶劣环境、高准确性、安全性、灵活性和可扩展性等优点。

2.4 SOL Sever数据库

采用SOL Sever数据库用于信息储存、查询、操作等处理，大大提高了矿车信息管理的科学性、合理性，进一步提高了矿车管理的效率，减少了管理者的劳动强度，为我矿矿车调度管理提供了科学的统计数据。

3 系统功能

3.1 位置监测功能

（1）系统具有携卡矿车出/入井时刻、出/入重点区域时刻、出/入限制区域时刻等监测功能；（2）系统具有识别携卡矿车出/入巷道分支方向等功能；（3）系统能识别多个同时进入识别区域的识别卡。

3.2 管理功能

（1）系统具有携卡矿车入井总数、出/入重点区域总数、出/入井时刻、下井工作时间等显示、打印、查询等功能，并具有超时矿车总数及报警、显示、打印、查询等功能；（2）系统具有携卡矿车下井活动路线显示、打印、查询、异常报警等功能；（3）系统具有携卡矿车卡号、编号、工种/类别、主要存放地点、行走线路、每月下井次数、下井时间、每天下井情况等显示、打印、查询等功能；（4）系统具有按部门、地域、时间、分站、矿车等分类查询、显示、打印等功能。

4 相关设备技术参数及原理

4.1 KJ211A-F型位置监测分站

一种射频电子标签的识别设备，采用本安电路设计，特点是可在较大范围内能同时识别不小于80张卡，具有识别距离远、识别率高（漏读率低于万分之一）、稳定可靠等优点。主要用于接收识别卡发出的含有标签ID号的2.4GHz的无线载波信号，将接收的信号数据进行识别后通过KJ211-J型数据传输接口上传到监控中心主机。

技术特征：（1）额定工作电压：DC12V工作电流≤200mA。（2）存储容量：不小于400条信息。（3）存储时间：主通信断开后，可存2小时。（4）系统最大巡检周期不大于30ms。

4.2 安装及使用

图2 拨码开关示意图

分站出厂时已经配有MHYVRP1*4*7/0.30型通信电缆3米，由于此类通信线直径小，所以每个分站都必须用接线盒，接线盒内接线方法是：蓝黄——蓝绿（通信）、红白——红白（电源）。拨码说明：如图2所示面对拨码开关，“1”为波特率调节，拨码拨到“ON”位置波特率为2400，拨到图中所示位置，波特率为1200。“2”～“8”号为地址位，是用二进制表示的，“8”为低位。“2”～“8”号拨码开关拨到"ON"位置分别对应的10进制数是64,32,16,8,4,2,1否则均为0。如十进制的87=64+16+0+4+2+1，则拨码“2”、“4”、“6”、“7”、“8”分别拨到“ON”位置。

4.3 KDW0.2/127矿用隔爆本质安全型电源箱

电源箱共两路输出电压12V/18V，可保证断电后2台分站2小时供电，200m内分站用12V，超过200m用18V供电。注意分站线路检修时，插上电源箱内的一个电池插口。

5 结束语

矿车定位跟踪管理系统可使管理人员方便地了解井下各生产区域矿车数辆及出入井信息，准确掌握全矿井矿车分布及矿车周转率情况，从而科学调度、合理使用，减少经济投入，节约成本，同时也有效提高了机电运输管理水平和生产效率，取消了专人定期清查工作，节约了人力资源，很好地完善了煤矿矿车调度使用管理机制。

TD672

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1003-5168(2014)04-0123-02