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基于RFID的煤矿井下物流管理系统研究

作者:刘伟民1,郑爱云,李苏剑,赵方庚,孙江生
来源:RFID世界网
日期:2011-01-17 10:09:43
摘要:解决井下人员、安全物资跟踪定位以及灾害。事故、责任事故预防与灾后搜救等关键问题,将RFID技术引入煤矿井下物流管理系统,通过人员和物资的动态、静态信息识别获取,实现实时管理。RFID非接触识别等技术特点与煤矿井下管理作业流程相结合,辅之以现代网络信息技术,将提高井下安全管理水平。

  1 概述

  煤矿井下物流管理有人员管理和安全物资管理。人员管理首先是日常作业管理,包括考勤、出入管理、井下人员跟踪定位等;其次是紧急情况管理,即灾害事故预防,责任事故预防,灾害事故后人员定位、搜索、救护等。安全物资指雷管、炸药等易燃易爆且对存放、使用有特殊要求的物资。

  据统计我国煤矿巷道掘进主要采用爆破方法,机械化掘进尺只占5%,所以安全物资在煤矿井下应用数量大,其管理水平直接影响安全生产状况。目前? 煤矿井下物流管理仍以经验管理、人工管理为主,灾害、事故发生率居高不下。此外,井下多尘、潮湿等恶劣环境因素造成人员、物资缺乏可靠的跟踪管理手段。针对这种情况,利用RFID(射频识别技术)非接触远距离识别、多目标识别、环境敏感性低、标签数据容量大、标签可读写等特点,以其为关键技术且与计算机、网络、信息管理技术有效结合的井下物流管理系统,实现人员、物资的动态实时管理,改变矿井安全管理状况。

  2 系统原理及构成

  2.1 系统原理


  系统由井下数据采集传输单元和地面控制管理单元组成,中间为数据传输网络。井下数据采集传输单元基本组成元件为射频标签、阅读器、天线和中间件。系统工作原理为阅读器通过天线发射电磁波,射频标签经自身天线接收电磁波后,或者依靠电感能量(无源),或者依靠自身能量(有源)将所存储信息发射回去。信息包括ID、身份标识等静态信息和环境、位置等动态信息。阅读器接收信号并经中间件处理后,通过数据传输网络传送给井上数据库,经应用软件系统调用解析后,实现人员监控、事故预警、安全物资监控、中央控制、远程领导查询等各种应用。系统原理如图1所示。


 
图1 系统原理

  2.2系统结构设计

  (1)系统软件结构设计。系统地面工作站和数据服务器间选取传统的c/s体系结构。用户界面、管理系统软件存放在工作站上,而数据库访问及后台操作则由服务器来完成。该模式下系统各个2 系统原理及构成。
 
  (2)数据传输网络设计。数据传输接口采用标准RS232和RS485串口,也可采用RJ45以太网和无线wLAN接口。传输网络尽量采用井下已有的安全监控系统信道、通信光缆等,在保护原有投资基础上实现功能提升。

  (3)射频标签选择。射频标签工作频率分为低频(100—500 kHz)、中频(10~15 MHz)、高频(13.56 MHz)、超高频(860~930 MHz)和微波(2.4~5 GHz)。若频率高,则识别距离大,通信速度快,抗噪能力强,但对障碍物(如液体)的穿透性、方向敏感性不如低频。因此,结合两者优点,井下采用工作频率为低频和超高频的双频标签。

  (4)井下物流管理阅读器布置原则。井下物资和人员的跟踪可靠性,是基于RFID的井下物流管理系统是否能取得理想效果的关键,而阅读器的布置直接影响井下物资、人员的跟踪精度。阅读器布置应遵循以下原则:①重点巷道连续布置。井下车场、人员物资必经巷道连续布置阅读器。考虑成本,布置间隔以满足跟踪精度为依据,在此前提下尽量减少布置数目。②重点设备、危险地段必须布置。带式输送机主机、翻斗等有自然发火预兆的重点设备,除安装监测设备外,应与RFID阅读器关联以实现事故预警。爆破材料库、油库、瓦斯部分任务清楚,数据访问实时性好。中央监控及其他部门远程信息查询模块设计成B/s体系结构。

  该模式中数据的处理分析均在服务器上进行,简化了客户端工作。

  (2)数据传输网络设计。数据传输接口采用标准RS232和RS485串口,也可采用RJ45以太网和无线wLAN接口。传输网络尽量采用井下已有的安全监控系统信道、通信光缆等,在保护原有投资基础上实现功能提升。

  (3)射频标签选择。射频标签工作频率分为低频(100—500 kHz)、中频(10~15 MHz)、高频(13.56 MHz)、超高频(860~930 MHz)和微波(2.4~5 GHz)。若频率高,则识别距离大,通信速度快,抗噪能力强,但对障碍物(如液体)的穿透性、方向敏感性不如低频。因此,结合两者优点,井下采用工作频率为低频和超高频的双频标签。

  (4)井下物流管理阅读器布置原则。井下物资和人员的跟踪可靠性,是基于RFID的井下物流管理系统是否能取得理想效果的关键,而阅读器的布置直接影响井下物资、人员的跟踪精度。阅读器布置应遵循以下原则:

  ①重点巷道连续布置。井下车场、人员物资必经巷道连续布置阅读器。考虑成本,布置间隔以满足跟踪精度为依据,在此前提下尽量减少布置数目。

  ②重点设备、危险地段必须布置。带式输送机主机、翻斗等有自然发火预兆的重点设备,除安装监测设备外,应与RFID阅读器关联以实现事故预警。爆破材料库、油库、瓦斯区、封闭火区等危险地段必须布置阅读器。

  ③工作面、必经巷道双向布置。在综采煤工作面这种既有人口又有出口的地段,相关位置应双向布置阅读器。对于1条巷道内有多个采面的情况,将采面集中划分区域,在区域出入巷道安装阅读器实行区域管理。掘进面只在人口处布置阅读器即可实现人员的定位、跟踪。

  ④合理布置临时、手持式阅读器。在冒顶危险区、放炮警戒处、巷道维修地段、临时禁止通行地段,布置临时、手持式阅读器进行人员监控。

  ⑤安装位置易于装拆。由于采面采煤任务完成后要落顶封巷,生产任务完成后原架设阅读器要拆卸,重新布置在新开采面。因此,阅读器的安装应遵循易于装拆的原则。

  3系统功能实现

  3.1 人员管理

  (1)日常管理。包括考勤登记、井下工时计数、上井人员查点、井下人员定位跟踪等。煤矿工作人员根据岗位不同分为井上、半井上、井下等几类。井下人员工作量确定既依据产煤量、掘进尺等工程数据,又与下井工时直接挂钩。半井上、井上人员都要求月井下工时数。引入RFID后,考勤、工时、查点实现自动化,确保高效率和准确性。井下人员定位、跟踪是事故预防的基础,传统管理根本无法实现,而RFID技术填补了该管理空白。

  工作流程以地面管理系统数据库中生产作业计划人员、区域调度信息为基础,将射频标签ID、身份信息与巷道工作面信息等静态信息作为参考系,与巷道工作面阅读器获取的动态信息相对应,经系统中软件功能逻辑,实现各项功能。

  (2)紧急情况管理。包括事故预防和事故后处理。事故预防首先是灾害事故预防。即将RFID技术与灾害监控技术相结合,对井下灾害事故作预警管理,这是传统管理方法和技术无法实现的。将RFID设备与煤层瓦斯压力(含量)测定仪,温度、烟量、火焰等火灾监测设备,测尘仪,风速、负压传感器,水位传感器等相关联。一旦危险因素水平超过警戒线,在前台管理界面中立即准确显示预警位置,点击危险区域信息可查看人员情况,通过井下通信系统及时发布警报,采取相关措施消除事故源,并组织人员疏散。其次是责任事故预防。责任事故预防有2种情况:一是在封闭火区、瓦斯区、盲巷、废弃巷道等严禁入内区域架设固定

  RFID设备,以防人员误人造成事故;其次是在危险区、放炮警戒处、巷道维修地段等临时禁行地段,由专人拿临时、手持式RFID阅读器进行人员监控,与警灯、音频报警器、警示牌相结合,避免责任事故发生。

  事故后处理指灾害事故发生后及时组织扑救和人员救护工作。传统管理方式事故发生后,救护队往往盲目人井,对灾情、滞留人员情况不了解,容易造成意外伤害。RFID管理系统中,利用事故发生工作面人口RFID阅读器上传的信息,可准确得到各工作面的人员数量、位置信息,及时配备人力、设备,在最短时间内采取抢险营救措施。营救

  过程中利用手持式RFID阅读器对滞留人员进行准确定位。

  3.2安全物资管理

  在RFID井下物流管理系统中,安全物资、运送安全物资的容器(托盘)和设备(专用车辆)、库存管理人员、领用人员都粘贴、佩戴RFID标签。通过物资、人员、位置信息的一一对应,实现全环节自动化、数据化监控管理。实现物资出入库、盘库等物流作业高效自动管理,物资领用管理责任明确,物资流动路线在途实时跟踪,提高了安全物资管理的安全性。系统总体功能如图2所示。


图2 系统总体功能

  4 结语

  本文介绍的煤矿井下物流管理系统通过RFID技术特点与煤矿生产具体流程相结合,提出新的煤矿井下管理模型,建立完整性、实时性和灵活性的井下物流管理系统。RFID只是一项自动识别技术,以其为技术支撑的管理信息系统功能的合理设计,管理流程的严格规范,才是我国煤矿井下生产管理水平真正提高的根本保证。