提出基于RFID/Wi—Fi技術(shù)的礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng),。射頻識(shí)別技術(shù)具有高通訊速率,、較強(qiáng)的抗于擾能力,、保密性強(qiáng),、遠(yuǎn)距離和高速移動(dòng)物體識(shí)別等技術(shù)優(yōu)勢(shì),,使得它能夠適應(yīng)井下復(fù)雜,、惡劣的作業(yè)環(huán)境,。利用WIFI無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,,節(jié)省電纜,減少了線路安裝和維護(hù)工作量,。管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)信息進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),,實(shí)現(xiàn)機(jī)車和T作人員的作業(yè)管理,提高了井下機(jī)車運(yùn)輸管理效率,。
1煤礦機(jī)車管理系統(tǒng)原理
1.1RFID技術(shù)
RFlD無(wú)線射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別射頻技術(shù),,它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),,識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)。RND系統(tǒng)主要南閱讀器,、天線和標(biāo)簽組成,。其中閱讀器主要讀取電子標(biāo)簽信息;天線負(fù)責(zé)在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號(hào);標(biāo)簽是由耦合元件及芯片組成,每個(gè)RFID標(biāo)簽具有唯一的電子編碼,,附著在物體標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象,。RFID的主要特點(diǎn)有:
(1)RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)標(biāo)簽的快速掃描和元屏障閱讀。
它的讀寫(xiě)范圍以達(dá)到3600,,讀寫(xiě)距離可以達(dá)到幾十米,,可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體電子標(biāo)簽,并且在中間隔有物體的情況下也能對(duì)其進(jìn)行瀆取,。
(2)RFID標(biāo)簽承載的是電子式信息,,不僅提高了標(biāo)簽的抗污染和抗破壞的能力,還大大增加r數(shù)據(jù)的記憶容量,,并且可寫(xiě)入式芯片可多次寫(xiě)入數(shù)據(jù),,可根據(jù)需要改變電子芯片中的信息,。
針對(duì)礦井運(yùn)輸井下環(huán)境惡劣,、障礙多的特點(diǎn),礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)運(yùn)用RND的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別技術(shù),,準(zhǔn)確實(shí)時(shí)記錄機(jī)車和運(yùn)輸工作人員T作信息,,返回到地面管理中心,使調(diào)度人員能了解井下機(jī)車運(yùn)輸?shù)膭?dòng)態(tài),。
1.2Wi—Fi技術(shù)
wi—Fi(Wirelessviaii忉又稱為802.1ib標(biāo)準(zhǔn),,使用2.4GHz直接序列擴(kuò)頻,最大傳輸速率為54bit/s,,并可根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱把傳輸速率調(diào)整為5.5bit/s,、2bit/s及l(fā)bit/s。在2.4GHz及5GHz頻段上免許可,。其主要特性為:速度快,,_日r靠性高,在開(kāi)放性區(qū)域,,通訊距離可達(dá)305m,,方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合,組嘲的成本更低,。組網(wǎng)系統(tǒng)主要包括無(wú)線站點(diǎn),、AP節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,站點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)問(wèn)可以實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)連接或組建局域網(wǎng),,站點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)Hub的所有功能,。
在礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)中,,以WIH無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP協(xié)議為基本架構(gòu),以礦井T業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為整個(gè)系統(tǒng)的傳輸平臺(tái),,形成有線主干與尢線終端相結(jié)合的方式,,覆蓋礦井軌道區(qū)域。利用WIFI網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所具有的傳輸速率高,、接入時(shí)間短,、無(wú)線傳輸?shù)燃夹g(shù)優(yōu)點(diǎn),能夠?yàn)檐囕vRFID數(shù)據(jù)提供實(shí)時(shí)傳輸,,快速建立連接,,無(wú)建鏈時(shí)延。
2系統(tǒng)原理
2.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)由車載/RFID標(biāo)簽,、閱讀器,、wIn網(wǎng)絡(luò)模塊、工業(yè)以太網(wǎng)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成,,如圖1所示,。
圖1礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)原理圖
在井下車場(chǎng)、各分支鑒道入口和煤倉(cāng)以及重要軌道區(qū)段處根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體需要設(shè)置一定數(shù)量的閱讀器,。每輛機(jī)車上裝有一個(gè)車載RFID標(biāo)簽,,當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入RFII)讀寫(xiě)天線的范圍后,標(biāo)簽接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào),,憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中存儲(chǔ)的信息,。RFID讀寫(xiě)器讀取信息后,通過(guò)Rs485接口將數(shù)據(jù)傳至WIFI無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端,,數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線局域},。4傳至T業(yè)以太網(wǎng),經(jīng)主干網(wǎng)傳到管理中心服務(wù)器,。這樣中心站主機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)分析采集的數(shù)據(jù)就可判斷出礦井機(jī)車和作業(yè)人員具體信息(如:是誰(shuí),,住哪個(gè)位置,具體時(shí)間),,同時(shí)可把它顯示在管理中心的大屏幕或電腦顯示屏上,,并做好備份。管理者可以根據(jù)大屏幕上或電腦上的分布示意周查看某一區(qū)域,,計(jì)算機(jī)會(huì)把這一區(qū)域的人員情況統(tǒng)計(jì)并顯示出來(lái),。管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)自動(dòng)牛成機(jī)車的運(yùn)輸和工作人員的作業(yè)統(tǒng)計(jì)表,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車和人員的作業(yè)管理,。
2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.2.1硬件設(shè)計(jì)
硬件包括信息儲(chǔ)存,、采集和傳輸設(shè)備,是實(shí)現(xiàn)井下的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息傳輸?shù)焦芾碇行膶?duì)機(jī)車進(jìn)行監(jiān)控與管理的基礎(chǔ)。
(1)電子芯片,。電子芯片中儲(chǔ)存機(jī)車的基本信息,,包括機(jī)車類型、編號(hào),、維修記錄,,還有與之對(duì)應(yīng)機(jī)車丁作人員的姓名、年齡,、性別,、所屬班組、職務(wù),、有效期等,。將RFID電子標(biāo)簽安裝在各臺(tái)機(jī)車上。由于電子芯片中信息須隨機(jī)車和工作人員屬性的變化而改變,,設(shè)計(jì)時(shí)采用可寫(xiě)入式芯片,,便于芯片中數(shù)據(jù)的改變。
(2)閱讀器,。井下車場(chǎng),、各分支巷道入口以及重要路段處安裝RFID閱讀器,同時(shí)在采區(qū)煤倉(cāng)裝有l(wèi)臺(tái)閱讀器,。對(duì)每個(gè)閱讀器設(shè)置不同的ID編號(hào),,在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立一個(gè)ID編號(hào)與閱讀器匹配的數(shù)據(jù)庫(kù)。安裝完成后,,需要根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試各個(gè)閱讀器的讀取距離,。閱讀器的讀取范同以10m為準(zhǔn),。距離過(guò)長(zhǎng)不僅需要增加閱讀器的功率,,也可能造成多個(gè)閱讀器同時(shí)讀取一個(gè)電子芯片的情況,使定位失準(zhǔn),。
(3)通信模塊,。每臺(tái)閱讀器配有一個(gè)WIFI無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端。將每一個(gè)閱讀器獲取的工作人員信息和機(jī)車信息通過(guò)無(wú)線傳輸至井下以太環(huán)網(wǎng),。
無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)為IEEE802.1lg標(biāo)準(zhǔn),,在物理層采用2.4GHz的無(wú)線頻率。在數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層,,使用“載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接人/沖突避免(CSMA/CA)”媒體訪問(wèn)控制(MAC)協(xié)議,。
與有線連接部分采用了IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)楣?jié)點(diǎn)是尤線和有線兼顧,,所以需要支持802.3,。802.3描述r物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層的實(shí)現(xiàn)方法,在多種物理媒體卜以多種速率采用CSMA/CD訪問(wèn)方式,對(duì)于高速以太網(wǎng)該標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明的實(shí)現(xiàn)方法有所擴(kuò)展,。
2.2.2軟件設(shè)計(jì)
從礦井采集的機(jī)車信息,,通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)車的定位功能,、機(jī)車作業(yè)管理功能和工作人員管理功能,。
(1)機(jī)車定位。閱讀器采集某一時(shí)刻通過(guò)該處機(jī)車電子標(biāo)簽的信息并一起返回ID編號(hào),,服務(wù)器查找出與ID編號(hào)相匹配的數(shù)據(jù)庫(kù),,確定閱讀器所屬區(qū)段,判斷出機(jī)車所在具體位置,。同時(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)中,,建市定位讀頭表,記錄讀頭的ID號(hào);建立巷道節(jié)點(diǎn)表;記錄節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值;建市路由表,。記錄一個(gè)讀頭到與其相鄰的讀頭所經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)ID和節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值,,系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)描繪井下工作車輛的行動(dòng)軌跡。
(2)機(jī)車作業(yè)管理,。服務(wù)器通過(guò)分析機(jī)車進(jìn)出采區(qū)煤倉(cāng)的時(shí)間,,統(tǒng)計(jì)每一臺(tái)機(jī)車某一班次運(yùn)載次數(shù),也可以按不同時(shí)段進(jìn)行次數(shù)統(tǒng)計(jì),,并夠根據(jù)統(tǒng)計(jì)情況生成班報(bào)表,、月報(bào)表和季報(bào)表。根據(jù)機(jī)車的維修記錄和檢修年限,,判斷機(jī)車是否需要檢修,。
(3)工作人員作業(yè)管理。該部分工作由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)工作人員的作業(yè)管理,,主要包括:登記各工作人員出入工作面,、工作時(shí)間信息,各丁作人員所屬班組,,工作時(shí)使用的機(jī)車,,并自動(dòng)生成考勤作業(yè)統(tǒng)計(jì)與報(bào)表。
3數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)
礦井機(jī)車監(jiān)控與管理數(shù)據(jù)庫(kù),,以MicmmftVisualstudio2005為開(kāi)發(fā)平臺(tái),,采用MicrosoftSQLServer2000作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),采用基于NetFramework的組件技術(shù),,提高開(kāi)發(fā)效率,,使得系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)充。在系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上,,設(shè)定系統(tǒng)的功能模塊,。礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)為3層分布式結(jié)構(gòu)。根據(jù)礦區(qū)機(jī)車管理的需要,數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)了7個(gè)方面的功能,,使管理人員能監(jiān)控對(duì)井下機(jī)車運(yùn)行,,作出決策,同時(shí)生成相關(guān)作業(yè)統(tǒng)計(jì)表,。
數(shù)據(jù)庫(kù)的功能如下:
(1)顯示機(jī)車上下井,、出入采區(qū)煤倉(cāng)時(shí)間。
(2)查詢一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)車實(shí)時(shí)的井下實(shí)際位置,。
(3)記錄機(jī)車在任一地點(diǎn)的到/離時(shí)間和總滯留時(shí)間等一系列信息,,并對(duì)超時(shí)滯留機(jī)車進(jìn)行報(bào)警。
(4)查詢井下軌道占用情況,,警示可能發(fā)生沖突的軌道區(qū)域,。
(5)生成機(jī)車運(yùn)載次數(shù)的統(tǒng)計(jì)表。
(6)建屯機(jī)車使用,、維修數(shù)據(jù)庫(kù),。
(7)生成工作人員出勤和作業(yè)量統(tǒng)計(jì)表。
4結(jié)語(yǔ)
通過(guò)該系統(tǒng)能夠清楚了解全礦每臺(tái)機(jī)車運(yùn)動(dòng)軌跡,,同時(shí)能對(duì)機(jī)車運(yùn)載次數(shù)和工作人員作業(yè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),。利用WIN無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,節(jié)省電纜,,減少了線路維護(hù)工作量,。從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看,基于RFID/Wi—Fi技術(shù)的礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)降低了建設(shè),、維護(hù)和管理成本,,提高了井下運(yùn)輸管理效率。從社會(huì)效益看,,該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)反映機(jī)車的井下位置,,便于調(diào)度人員的監(jiān)督和控制,提高r井下運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>