【正文】 ............... 37 第六章 系統(tǒng)的抗干擾 ................................................................................................. 39 ........................................................................................................... 39 ........................................................................... 39 ......................................................................................... 39 .................................................................................. 39 ......................................................................................... 39 ........................................................................... 40 ........................................................................... 40 ........................................................................... 40 ......................................................................................... 41 .................................................................................. 41 “看門狗”技術(shù) ............................................................................................. 41 結(jié)論與展望 ................................................................................................................. 43 總結(jié) ............................................................................................................. 43 .............................................................................................................. 43 致謝 ........................................................................................................................... 45 參考文獻 .................................................................................................................... 46 附錄 ........................................................................................................................... 47 5 引言 我國礦井地質(zhì)情況復(fù)雜，危險性事故頻頻發(fā)生，直接威脅著礦工的人身安全，因此煤礦安全生產(chǎn)管理是一個迫在眉睫急需解決的重大問題。用什么方法、什么手段來實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)管理，一直是煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域中技術(shù)人員和管理者追尋的目標(biāo)，特別是礦工在井下的動態(tài)情況更是關(guān)注的重點。在正常的日常生產(chǎn)活動中，有效的管理系統(tǒng)能夠帶來較高的勞動效率，在災(zāi)害發(fā)生時，管理系統(tǒng)所記錄的人員最后的位置，將對及時的營救起到至關(guān)重要的作用。 人們希望能有一種更新，更完善的技術(shù)來解決煤礦安全生產(chǎn)管理中人員定位的難題。射頻識別技術(shù) (RadioFrequencyID，簡稱 RFID)通過射頻信號自動識別目標(biāo)，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，己在煤礦安全管理中嶄露頭角。 RFID 技術(shù)不僅可以識別高速運動物體，并可同時識別多個標(biāo)簽，實現(xiàn)對下井人員進行考勤記錄、定位記錄、追蹤記錄，實時掌握井下每個工作人員的動態(tài)信息及工作人員在井下的位置分布情況，并可對歷史記錄進行統(tǒng)計打印等。那就能在事故救援時，及時準(zhǔn)確地了解井下的人員分布情況和比較準(zhǔn)確的位置，使救援工作做到目標(biāo)定位準(zhǔn)確、速 度快、針對性強。 目前，射頻識別技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展很快，各種 RFID 產(chǎn)品也趨于成熟，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化，商業(yè)自動化，交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域。然而該技術(shù)在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用才剛剛開始，應(yīng)用前景廣闊?；诖?，本文研究了 RFID 技術(shù)及其在井下人員定位中的應(yīng)用。 第一章 緒論 課題的提出 目前我國的煤炭產(chǎn)量居世界第一位。煤礦的生產(chǎn)分為露天開采和地下開采，我國95%的煤礦開采是地下開采作業(yè)，而地下開采的危險性較之露天開采要大的多。我國煤層自然賦存條件復(fù)雜多變，影響煤 礦安全生產(chǎn)的因素眾多，水、火、瓦斯、煤塵、頂板等自然災(zāi)害時刻都在威脅礦井工作人員的生命安全，都可能是造成事故的客觀因素，礦井重大災(zāi)害及傷亡事故隨時都有可能發(fā)生。據(jù)調(diào)查煤礦事故占工礦企業(yè)一次死亡 10 人以上特大事故的 %至 %(2020 一 2020 年 )。近幾年，隨著國民經(jīng)濟對能源的需求增大，煤炭行業(yè)的開始復(fù)蘇，我國煤炭開采在規(guī)模和產(chǎn)量上都逐年擴大，但是通過以上觸目驚心的數(shù)據(jù)我們卻看到煤礦行業(yè)安全生產(chǎn)的形勢非常嚴(yán)峻，造成的損失是極其慘重的。特別是煤礦重大及特大瓦 斯 (煤塵 )災(zāi)害事故的頻發(fā)，不但造成國家 財產(chǎn)和公民生命的巨大損失，增加了社會的不穩(wěn)定團素，而且嚴(yán)重影響了我國的國際聲譽。 實際上，這些事故的發(fā)生不是偶然的，它是煤礦生產(chǎn)過程中存在問題的集中暴露，涉及許多方面。既有自然因素、科技投入和研究的不足，也有人為因素以及國家的體制、煤礦企業(yè)管理不善等因素。更讓人擔(dān)憂的是，煤礦井下普遍存在入井人員管理困難，難以及時掌握井下人員的動態(tài)分布及作業(yè)情況，一旦事故發(fā)生，對井下人員的搶救缺乏可靠信息，搶險救災(zāi)、安全救護的效率低。 自 2020 年以來，國家對煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求的不斷提高和企業(yè)自身發(fā)展的需要，我國各大、中、 小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井陸續(xù)在裝備礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的裝備大大提高了礦井安全生產(chǎn)水平和安全生產(chǎn)管理效率。但是，現(xiàn)有的礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測對象主要有兩種，一是環(huán)境安全監(jiān)測 :監(jiān)測各種有害氣體及工作面的作業(yè)條件，如瓦斯?jié)舛取⒁谎趸?、氧氣濃度、風(fēng)速、空氣溫度、壓力、粉塵濃度等等 。二是生產(chǎn)過程、生產(chǎn)工藝監(jiān)測 :監(jiān)測主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各種生產(chǎn)參數(shù)和重要設(shè)備的運行狀態(tài)，如煤倉料位、水倉水位、水泵、提升機、扇風(fēng)機、壓風(fēng)機、膠帶輸送機、采煤機等運行狀態(tài)和參數(shù)等運行狀態(tài)和參數(shù)?？梢钥闯觯碌V工并不是現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象 ，他們在井下的位置和運行軌跡仍然是不得而知的，一旦發(fā)生突發(fā)性災(zāi)難營救工作將無從下手。 礦難事故發(fā)生后，對遇難的井下工作人員生命的搶救成為首要任務(wù)，決策指揮人員必須全面分析災(zāi)情及其災(zāi)變趨勢，迅速組織偵察工作，準(zhǔn)確探明事故性質(zhì)、原因、影響范圍、遇險人員數(shù)量和所在位置，以最快的速度、最短的路線進入災(zāi)區(qū)，營救災(zāi)區(qū)遇險人員。然而，目前國內(nèi)煤礦正在使用的該類監(jiān)控系統(tǒng)，并不能實時提供井下工作人員的具體位置與分布情況等重要數(shù)據(jù)，加之井下地形復(fù)雜，國內(nèi)大部分礦井救護技術(shù)裝備落后，人員素質(zhì)較低，這些都給偵察工作帶來了極大的困難 。特別是在搜尋井下遇險人員的過程中，救護隊員只能依靠反映礦井現(xiàn)實情況的有關(guān)圖紙以及事故現(xiàn)場偵察得來的各種信息展開搶救工作。在缺乏準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的情況下，無法迅速制定出合理、有效的營救方案與措施，結(jié)果錯失最佳的 營救時機，甚至是盲目營救。面對我國煤礦安全生產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢，用高新技術(shù)和先進實用技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，增加科技含量，促進產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益，是走新型煤炭工業(yè)化道路的必然選擇?；谏鲜鲈?，我們在廣泛調(diào)研了國內(nèi)的科研院 7 所及現(xiàn)代化礦井后，提出了一種以 RFID 與 CAN 技術(shù)為基礎(chǔ)的煤礦井下人員定位系統(tǒng)的 設(shè)計，該系統(tǒng)具有考勤管理功能、安全保障功能功能、生產(chǎn)調(diào)度功能、信息聯(lián)網(wǎng)功能以及禁區(qū)報警功能，滿足現(xiàn)代化礦井的安全監(jiān)控要求，對煤炭的安全生產(chǎn)必將起到重大的推動作用。 選題的意義 煤礦的現(xiàn)代化管理和煤礦的安全生產(chǎn)是煤炭行業(yè)舉足輕重的大事。在煤炭行業(yè)管理和安全方面，人的管理是一個十分關(guān)鍵的問題。長期以來，大部分礦井，尤其是現(xiàn)代化的礦井，井下都是連續(xù)生產(chǎn)，然而煤礦井下的員工狀況如何，一直是較難查清的問題。到目前為止，即使是我國的現(xiàn)代化礦井的管理，也只能是依據(jù)傳統(tǒng)礦燈管理、領(lǐng)取工作牌等考勤方式來了解下井人員的數(shù)量和情 況。 隨著無線通信、自動識別和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測應(yīng)用領(lǐng)域中的不斷發(fā)展，如何確定災(zāi)害事故中遇險人員的具體情況和分布位置得到進一步地解決。特別是在國內(nèi)射頻識別技術(shù)的引進和發(fā)展，使得對下井人員進行實時跟蹤變得可行。利用射頻識別技術(shù)對井下人員進行跟蹤定位不僅能方便決策人員快速準(zhǔn)確了解井下遇險人員的具體分布位置、贏得搶救的寶貴時間，還可以用于煤礦的日?？记?、生產(chǎn)調(diào)度等方面。不僅加強了煤炭行業(yè)的生產(chǎn)與安全管理，使生產(chǎn)調(diào)度及時、準(zhǔn)確，更得使煤礦的安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)大大提高。 本文設(shè)計的定位系統(tǒng)是需要深入到環(huán)境 十分復(fù)雜的煤礦井下工作，在設(shè)計方案時，除了考慮其功能外，在穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾能力、容錯能力及異常保護等方面也進行了充分考慮。項目方案確定利用射頻識別 (RFID)技術(shù)，開發(fā)相應(yīng)的井下人員定位監(jiān)控節(jié)點，在需要定位區(qū)域內(nèi)，以以 N總線作為主傳輸途徑，建立一個由地面控制中心和井下具有固定位置的各監(jiān)控節(jié)點之間的通信網(wǎng)絡(luò)，通過井下監(jiān)控節(jié)點的無線監(jiān)測與有線傳輸，把數(shù)據(jù)上傳地面控制調(diào)度中心主機。于是在地面也能及時的了解到井下各個區(qū)域的人員狀況。若井下發(fā)生突發(fā)事，可立即通過主機實時查出井下各位置的人員狀況，這樣就能夠做出及 時的搶救決策，使事故損失降到最低。平時用來指揮生產(chǎn)做出優(yōu)化決策，使生產(chǎn)指揮高效。因此，基于 RFID 與 CAN 的煤礦井下人員定位系統(tǒng)的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。 隨著數(shù)字化時代的深入，基于遠程信息化網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的社會需求， RFID 技術(shù)在煤礦井下人員定位系統(tǒng)中將發(fā)揮越來越重要的作用，在礦井的防災(zāi)、減災(zāi)以及提高生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著重大的作用，而高性能的計算機礦井監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用前景尤為的廣闊。目前 RFID 技術(shù)正在成為一個新的經(jīng)濟增長點在全球范圍內(nèi)蔓延開來，研究開發(fā) RFID 技術(shù)有著巨大的經(jīng)濟效益和社會意義。 此外，以美 國、日本和歐洲等發(fā)達國家對 RFID 技術(shù)的研究和應(yīng)用已達到相當(dāng)高的水平，并且產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟效益，而我國起步較晚，大多采用引進的技術(shù)成果，需要對 RFID 技術(shù)的研究和應(yīng)用增加投入。 RFID 技術(shù)是一個復(fù)雜的應(yīng)用技術(shù)，它不僅涵蓋了微波技術(shù)與電磁學(xué)理論，而且還涉及通信原理及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，是一項多學(xué)科融合的新興應(yīng)用技術(shù)。因此，對 RF功技術(shù)的深入研究具有深遠的理論意義。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 國外研制礦井計算機監(jiān)控系統(tǒng)始于 20世紀(jì) 60 年代，為保證煤礦安全生產(chǎn)，世界主要產(chǎn)煤國 (如美國、英國、德國、 波蘭、前蘇聯(lián)等 )從 50 年代開始，陸續(xù)地把監(jiān)測、監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到安全生產(chǎn)管理上。隨著射頻識別技術(shù)的興起，國外也加快了這一領(lǐng)域的發(fā)展，并成功地將其應(yīng)用到了井下人員定位監(jiān)控系統(tǒng)中。 英國的 Davis Derby Limited 該公司采用最新的無線射頻技術(shù)開發(fā)了專門用于煤礦井下應(yīng)用的多標(biāo)簽讀取系統(tǒng) 。戴維斯德比公司在地面和井下 RFID 系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)、銷售服務(wù)等方面，已擁有十幾年的豐富經(jīng)驗 。澳大利亞芒特艾薩礦業(yè)公司開發(fā)了一種人員探測系統(tǒng)，用于監(jiān)測礦工進入危險地帶 。在南非的德里方月 (Driefontayne)礦，安裝了 一種人員跟蹤系統(tǒng)，它使用由澳大利亞 ISD