KD矿用IC卡设备运行控制管理系统研究

申燕波

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿，山西 方山 033100）

0 引言

当前，我们国家提出“智慧矿山”，大力发展矿业数字化和智能化，实现“机械化换人、自动化减人”。无接触IC卡是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来，结束了无源和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。非接触IC卡主要有数据处理快，安全性高，易携带，廉价等优点，使其在公共交通、金融交易、门禁等方面取得了广泛应用。正是由于其具有这些优点，非接触IC卡也在开始在矿井应用。KD矿用IC卡设备运行控制管理系统也是实现智慧化矿山的重要一步。KD矿用IC卡设备运行控制管理系统能够避免井下机电设备操作不当造成重大事故，其由井上监控软件、隔爆型IC卡设备运行控制器和非接触式IC卡等组成的设备授权操作及井上监控管理系统，对井下机电设备操作人员进行操作授权，实现井下机电设备的规范、安全的操作，来减少由于人为操作不当出现的事故，并能记录、存储、查询设备操作及运行历史数据，给设备安装了“黑匣子”。

1 工作原理

系统由井下KD矿用IC卡设备运行控制器与井上监控部分构成，井下控制部分主要包括无线IC卡和IC卡设备运行控制器及设置用遥控器。控制器采用单片机，主要由读IC卡电路、CPU、液晶显示屏及控制电路等组成。当控制器读卡电路接受到无线IC信号后，由CPU进行判断，如果是授权的IC卡，控制电路工作，向控制的设备发出控制信号，此时所控制的的设备可以启动，如图1所示。如读卡电路未接受到无线IC信号，此时所控制的的设备将不能够被启动。井下控制器可井下独立运行。控制器配备以太网接口，能与井下以太环网交换机相连，通过环网将系统各种状态及参数传送到井上，实现地面监控。井上监控系统主要是计算机的监控软件，此软件能够完成发卡、读取操作信息，设定工作状态等相应的功能。软件能实时显示设备名称、运行状态、责任人、操作人员等。如图2所示。

图1 井上监控通讯系统图

1.1 非接触IC卡

非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。卡片在一定距离范围 (通常为5—10cm)靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。其工作原理为射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。

1.2 控制器

非接触IC卡控制器主要由读IC卡电路、CPU、液晶显示屏及控制电路等组成。单片机对读卡线路中的信号采用串口通信，并对读卡线路中的信号进行处理，在进行身份识别后利用RS485信号并入井下以太环网，与井上监控系统相连接。本控制系统采用美国MOTOROLA单片机，装置读写时序不太复杂。当机电设备需要运行时，控制器读取IC卡的信息，单片机中CPU对信号进行识别，若IC卡中身份信息识别正确，

则单片机上绿灯亮起，蜂鸣器短鸣，控制电路防爆开关开启，说明能够机电设备控制设备启动；若身份识别错误，则单片机上红灯亮起，蜂鸣器长鸣，控制电路防爆开关不启动，不能控制设备启动。该控制器通过环网与井上监控系统连接，监控软件能对井下设备状态进行实时监控，对于机电设备在运行中出现问题，可以及时进行控制，防止机电事故的发生。每台机电设备都配备一台控制器，每台控制器都有自己独立的子机号，每台控制器都可以向管理卡传输操作信息，并接受管理卡的命令进行操作。

2 系统性能

1）该控制器采用无线射频，IC卡和主机之间为非接触式操作，IC卡的感应灵敏，控制器采用采用美国MOTOROLA单片机，电路简单，运行可靠。参数设置、授权编号可现场编程实现，是国内同类产品理想的更新换代产品。

2）控制器可以识别3种类型的卡片：管理卡、操作卡、维修卡。每种卡片可以分配多个卡号。

管理卡：管理卡用于设备管理人员对设备编号、操作卡授权、维修卡授权、参数设置、数据查询及卡片挂失等

操作卡：操作卡是用于设备操作人员对设备进行开停操作，操作人员交接过程中运行指示灯闪烁一分钟，设备不会停止运行，一分钟后如无操作人员刷卡设备停止运行。

维修卡：维修卡是用于设备维修人员在对设备进行维修时强行关闭设备，在维修过程中，其他类型卡片均无效，并且维修状态只能由刷过的维修卡自己才能解除。

3）状态显示。该控制器采用汉字液晶显示，可实时显示当前刷卡人员的卡片类型、卡号以及设备当前的运行状态。刷卡窗口有电源及设备工作状态指示。

4）数据存储记忆功能。该控制器可以存储操作数据，在管理卡授权后通过遥控器上的定时键进行历史数据查询。

5）井上控制及查询功能。该控制器可与井下以太环网连接，将设备的运行状态、人员操作信息上传井上统一管理。井上可对授权设备进行控制，也可对授权设备的历史信息进行查询。井上监控系统主要完成发卡、读取IC卡信息、设定相应的工作状态等功能。

3 系统特点

1）矿用隔爆型IC卡设备运行控制器为隔爆型安全设计,结构简单、运行可靠，体积小，安装方便。

2）大屏幕显示器，可以显示设备工作状态、维修及操作人员卡号、时钟、通讯波特率等状态。

3）使用遥控器现场设定相关参数及查询历史数据。

4）刷卡灵敏可靠，并伴有声音提示。

5）每台控制器都通过管理卡授权后使用遥控器设置设备与操作代码，与授权后的IC卡配套使用，具有卡片挂失功能。

6）控制器有通讯接口，可以通过井下以太环网进行数据上传，实现井上对授权操作人员和相关设备的管理。

7）地面服务器只需安装配套监控软件，通过井下以太环网方便实现井上监控。

8）在井上监控界面可以看到井下授权设备的运行状态以及对设备的历史操作信息的查询

4 工程实践

KD矿用IC卡设备运行控制管理系统在某矿进行了实际运用，取得了良好的结果，提高了生产效率，避免了机电事故的发生。

4.1 系统配置

根据井下实际情况来选择配置以下设备：KD矿用隔爆型IC卡设备运行控制器，可以控制1台机电设备，JKKD001监控系统软件，设置用遥控器，IC卡。具体的数量如表1所示。

4.2 具体参数

防爆标志：Exdb I

额定电压：AC127V/AC36V

工作电流：≤700mA

继电器触点容量：3A.

工作方式：连续

面板显示：汉字液晶显示

参数设置：遥控

5 结 论

KD矿用IC卡设备运行控制管理系统由井下IC卡、设备运行控制器与井上监控部分构成，通过对IC卡进行授权，控制器中CPU对IC卡中信息进行识别，从而对井下的设备进行控制，井上监控系统能实时监控井下设备运行状况，实现矿井智能化生产，避免了因操作不当产生的机电事故，并在某矿进行了实际运用，取得了良好的效果。