煤矿井下设备无线定位系统研究

（冀中能源峰峰集团设备管理中心，河北 邯郸 056201）

煤矿井下设备无线定位系统研究

刘永生

（冀中能源峰峰集团设备管理中心，河北邯郸056201）

介绍了设备无线定位管理系统在矿井作业中的应用，具有很好的推广前景。

井下设备；无线定位系统；实时查询

一、立项背景

在井巷开拓掘进和煤层回采过程中，设备使用空间局限且环境恶劣。适时掌握其生产和工作面衔接的动态变化,实现坑下设备的地面定位鉴测和远程实时查询，对加强煤矿设备管理，适时、准确、合理、提前为煤矿生产准备所需机电设备，确保工作面生产的正常衔接，同时减少闲置备用设备，提高设备使用率，对减少设备投入资金、提高煤矿企业经济效益具有重要的现实意义。

目前，峰峰集团本部生产矿井14对，大部分开采深度在600m以上，地区水文地质条件复杂，断层多，工作面走向短，地区衔接频繁。在2013年有88个回采工作面，2014年预计达到92个回采工作面衔接生产。

由于设备型号多、配套多样化，为了满足生产需要，各矿除了统一租赁设备外，还多方筹集自管资金大量购置生产设备，造成各自为政，闲置积压，占用了大量资金。集团公司多次组织深入各矿和井下，进行设备清查、摸底，但收效不佳。因此，如果应用设备定位系统，将会使问题全面改观。

二、设备定位系统特点

设备定位系统具有“实时监测、远程登录、高效运行、动态管理”的特点，可以与现有的人员定位系统并网运行，各自独立，互不干扰，使已有的坑下坑上通信系统装备完全实现资源共享，避免重复投资，降低成本并且提高效益。

（1）多用户远程访问。系统采用三层C/S网络数据结构和网络结构，可实现多用户远程访问。能充分发挥客户端PC的处理能力，可在客户端处理后提交给服务器。

（2）数据实时更新。设备定位分站与识别卡之间的通信时长为15s，服务器与分站30s完成一个循环的数据采集，并将这些原始的信息保存到数据库中。实时数据更新速度可达到30s。

（3）可与人员定位系统并网运行。数据采集兼容并分离处理，实现设备定位与人员定位的有机结合，互不干扰。可大量减少系统硬件，减少资金投入。

（4）程序支持批数据处理、多种查询方式及汇总等功能。台账支持批量导入与导出功能，原始数据与数据库之间的高效对接，为数据提供了灵活的输出格式。

（5）可自行开发设备档案附属信息项目。支持图片文件的上传、显示功能。便于建立健全设备原始档案、质量验收、维修过程控制和查询等设备全生命周期过程的综合管理。

三、程序适用环境

企业局域网，运行平台为：windowsxp；windows 2003；windows7等。《 设备定位程序 》同时也可与《 KJ376人员定位系统 》同网并用。系统拓扑如图1所示。

图1 设备数据传输拓扑图

四、系统主要功能模块

1.数据采集模块

（1）识别卡。

设备ID识别卡采取“有源发射芯片”设计，识别卡编码和设备一一对应,可以发射无线编码数据信号,设备在分站的有效接收范围内，定位分站通过定时无线采集数据的方式，接收读取分站辐射区域的识别卡发出的识别信号，分站进行接收、解码、存储，等待与计算机通信。分站将接收到的数据传输到计算机并暂存，计算机通过软件对分站发出指令、接收数据并处理数据，得到相应报表，使井下设备分布状态在计算机中显示，从而实现定位、监测、控制井下设备。在井上可实现远程数字化管理设备。

（2）分站。

分站是接收无线识别卡信息的设备,以无线射频方式，分站与识别卡之间进行非接触数据传输。分站接收到有效区域内识别卡发射的无线数据信息后,暂存至分站内部存储器。通过网络布线将多个分站和服务器连接，计算机查询分站数据并处理数据信息，经软件处理转换成位置信息，使井下设备分布状态在计算机中显示，从而实现井下设备的实时管理。

接收分站的外接无源天线在信息分站与识别卡之间起到增强射频信号的作用，以便扩大识别范围。矿用本质安全型分站，适用于矿井井下等场所。

2.数据传输模块

（1）识别卡与分站的无线传输。

①传输方式：GFSK；

②工作频率：2.4GHz±0.05GHz；

③发射功率：≥-50dBm；

④分站与识别卡间的识别距离：0～50m（无遮拦）。

（2）分站与通信接口之间的有线传输。

①传输方式：主从式、异步、半双工、CAN总线；

②传输速率：4800bps；

③通信信号峰峰值电压：1～5V；

④通信信号峰值电流：≤15mA；

⑤最大传输距离(串入1个中继器)：10km。

（3）分站与中继器之间的有线传输。

①传输方式：主从式、异步、半双工、CAN总线；

②传输速率：4800bps；

③通信信号峰峰值电压：1～5V；

④通信信号峰值电流：≤15mA；

⑤最大传输距离：5km。

（4）数据接口。

实现分站和服务器的数据格式转换，把长距离传输过来的数据转换成计算机可以识别的RS232格式信号。信号形式CAN信号；传输方式：双向主从半双工；信号峰峰值电压≤5Vp-p；最大输出短路电流20mA；工作信号电流10mA；通信速率4800bps；通信电缆型号：MHYVR2X2。

3.数据分析模块

设备定位接收到有效区域内识别卡发射的无线数据信息后,暂存至分站内部存储器。服务器接收分站数据，经软件处理转换成位置信息，数据采集器根据分站信息和设备信息，分析出设备所在位置、设备型号、设备类别、设备编号、设备参数等信息，并储存在相应的数据库中，从而实现设备数据数字化管理的目的。

使用单位通过《设备定位程序》和本单位局域网络访问服务器，均可拥有数据调阅功能。服务器通过数据接口C2000软件，识别、接收网络中分站采集到的数据并储存到数据库中。负责实时对各分站所采集到的识别卡数据进行整理和汇总，结合设备台账，通过用户设置时长，定期更新数据信息，并向数据终端发送数据，同时，也可调阅数据收集时的原始记录。

区域监测模块工作原理为：通过用户自定义区域，可分析出设备的入库、出库时间的历史记录。数据采集模块引用SQL的update语句与getdate()函数。数据采集程序采用用户名和密码相合的方式对使用人员进行身份验证，以确保数据安全。

4.台账管理模块

（1）设备台账主要功能是对所有设备进行统一的数据管理和保存，设备台账模块在保存设备信息的基础上，提供状态查询和汇总功能，而且设备位置时实动态更新。

（2）设备台账关联设备的多种附属信息，如：设备编号、技术特征、经营项目等。

5.分库管理模块

分库管理功能：是在库房平面图上，显示分站所安装的位置，分站查询分为两种方式：全部分站查询和指定分站查询。全部分站查询：系统将查询到当前时间所有分站下的在线设备。指定分站查询：用户可在系统中用鼠标随意的选定分站，程序将显示选定分站下的所有设备及相关参数，并可对选定分站的在线设备进行导出、汇总。

6.历史轨迹模块

历史轨迹模块功能：自设备绑定之后，设备的使用轨道将会全部记录在数据库中，可随时调取，从而更加可靠的确定设备在投入使用的时间和在各地点的使用时间，为了有效地进行数据筛选，轨迹查询中提供了三种查询方式，并且程序在打开时，能够自动获取设备台账中的所有设备的三种参数，用户可通过下拉或手工输入等方式进行查询，并且这三种查询之间相互关联，从而更加减少筛选范围，正至找到需要的设备。

（1）区域监测。

区域监测功能由区域设定和区域显示组成，主要是将不同的区域人为设定区域名称和识别分站，这些分站是确定区域管理的数据分析源。显示区域，通过区域设定后的设备数据，根据设定要求，由软件分析区域设备状态。

（2）功能实现。

数据采集器采用用户名和密码相合的方式对使用人员进行身份验证，主要功能模块有数据采集模块和区域监测模块，数据采集模块的工作原理为：提供数据接口，接收网络中分站采集到的数据。主要功能为：负责实时对各分站所采集到的识别卡数据进行整理和汇总，结合设备台账，通过用户设置时长，定期更新数据信息，并向数据终端提供，同时，也可调阅数据收集时的原始记录，但不能人为修改。区域监测模块的工作原理为：通过用户自定义区域，可分析出设备的入库、出库时间的历史记录。

数据终端采用用户名和密码相合的方式对使用人员进行身份验证，管理员对所有用户进行统一管理，各用户也可自行修改密码，管理员并且可以根据实际工作中的不同的用户分配不同的操作权限。从而保证了数据安全。

五、推广前景

设备无线定位管理系统，是煤矿设备管理向物联网发展和通信技术结合传统互联网络技术，可实现“高效率沟通，全方位服务”的设备管理系统。使有关设备管理员随时可了解各矿井下设备分部情况，及时掌握生产动态变化。服务器与分站快速完成一个循环的数据读取，并将这些原始的采集信息被保存到数据库中。即可实现设备的数据信息沟通交流。此方法填补了井下设备定位管理的国家一项空白。此项技术正在申报国家专利。

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1671-0711（2014）12-0032-03

2014-11-18）