一、設計概述與依據
    KJ223(B)煤礦井下作業人員管理系統是我公司開發成功的高性能人員定位管理綜合系統，系統采用的ZigBee無線網絡通信技術，實現人員識別可與基站的雙向通信，無線網絡功能強大，性能可靠。目前，我國煤礦企業安裝的礦井人員管理系統多是早期的基于RFID技術的初級產品，采用這種技術的系統雖然能夠實現基本的考勤管理功能，但由于它協議簡單，在處理數據沖突、并發量問題上很難達到煤礦人員安全、管理的實際需要，其采用的技術決定了它不可能具備精確定位功能，只能實現人員的粗定位，而一旦發生礦難，井下受困人員的具體位置信息對救援工作來說是十分重要的，將ZigBee無線網絡通信技術引入煤礦人員管理系統實現人員的精確定位對于煤礦人員安全管理具有重要意義。
    近幾年，隨著ZigBee無線通信技術的迅速發展，許多行業開始探索使用ZigBee無線通信技術，并取得了很好的效果且有很多成功案例。我公司較早的對無線通信技術在煤礦環境環境的應用進行了研究，KJ223(B)煤礦井下作業人員管理系統正是基于ZigBee技術和我公司安全監控系統成熟的技術資源優勢研發成功的高可靠性井下人員管理系統。
    系統的開發嚴格按照國家標準要求，主要標準依據包括AQ 6210-2007《煤礦井下作業人員管理系統通用技術條件》、MT-T 1103-2009《井下移動目標標識卡及讀卡器》、MT/T772-99《煤礦監控系統主要性能測試方法》、GB 3836.1-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備  第1部分：通用要求》、GB 3836.4-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備  第4部分：本質安全型“i”》。
二、系統組成與技術參數
    系統地面中心站由主機、打印機、井上傳輸接口、電源防雷器、通訊防雷器組成；井下部分由KJJ107信息傳輸接口、KJF2007G5礦用隔爆兼本安型安全監控分站、KJ223(B)-D礦用本安型讀卡器、KJ223(B)-K識別卡、礦用電纜及接線盒組成。
    KJ223(B)煤礦井下作業人員管理系統主要是應用微機通訊技術實現地面、井下的信息交換和處理，它采用時分制進行傳輸。系統信息的傳輸主要表現為：信息下發：由地面主機發出（鍵盤或鼠標命令、軟件定時任務），通過KJJ107信息傳輸接口，送至KJF2007G5礦用隔爆兼本安型安全監控分站，再下發至礦用本安型讀卡器，執行各種任務；信息上傳:即信息的采集、交換、處理。
    1．軟件開發
    監控軟件開發工具選用C#、ASP，數據庫采用MS SQL Server 2000，采用WEB GIS技術實現地理信息實時顯示、查詢井下人員的實時動態情況。
    2．通訊系統
    系統為有線、無線混合網絡：
    1）安裝在地面監控中心的監控主機與安裝在井下各個主要位置的礦用監控分站之間采用以太網、CAN總線通訊方式進行數據交換，礦用監控分站與本安型讀卡器之間采用RS485總線方式進行數據交換。
    2）井下礦用本安型讀卡器與識別卡形成一個小范圍的井下礦用本安型讀卡器為中心的無線智能網絡，無線智能網具有自愈性，自動組成拓樸關系，當礦井發生小范圍事故時，無線智能網節點還是能夠工作。

                                                                                  圖1：系統結構圖
    3、信息通訊接口
    與監控計算機之間采用以太網通訊方式
    4、礦用隔爆兼本安型安全監控分站
    與通訊接口采用CAN通訊方式，波特率為5kbps，最多可連接64臺礦用隔爆兼本安型安全監控分站。
    5、礦用本安型讀卡器
    與分站之間采用RS485通訊方式，波特率為9600bps，每臺分站最多可連接4臺礦用本安型讀卡器。
    6、識別卡
    與礦用本安型讀卡器之間采用無線通訊方式，2.4GHz，采用低功耗便攜式設計，供電方式為700mAH鋰電池。

                                                                       圖2：讀卡器及識別卡
三、系統功能簡介
    1．監測
    a) 系統具有攜卡人員出/入井時刻、出/入重點區域時刻、出/入限制區域時刻等監測功能；
    b) 系統具有識別攜卡人員拿出/入巷道分支方向等功能；
    c) 系統能對乘坐電機車等各種運輸工具的攜卡人員進行準確識別；
    d) 系統能識別多個同時進入識別區域的識別卡；
    e) 系統具有識別卡工作是否正常和每位下井人員攜帶1張卡性檢測功能。
    2．管理
    a) 系統具有攜卡人員下井總數及人員、出/入井時刻、下井工作時間等顯示、打印、查詢等功能，并具有超時人員總數及人員、超員人員總數及人員報警、顯示、打印、查詢等功能；
    b) 系統具有攜卡人員出/入重點區域總數及人員、出/入重點區域時刻、工作時間等顯示、打印、查詢等功能，并具有超時人員總數及人員、超員人員總數及人員報警、顯示、打印、查詢、報警等功能；
    c) 系統具有攜卡人員出/入限制區域總數及人員、出/入限制區域時刻、滯留時間等顯示、打印、查詢、報警等功能；
    d) 系統具有特種作業人員等下井、進入重點區域總數及人員、出/入時刻、工作時間顯示、打印、查詢等功能，并具有工作異常人員總數及人員、出/入時刻及工作時間等顯示、打印、查詢、報警等功能；
    e) 系統具有攜卡人員下井活動路線顯示、打印、查詢、異常報警等功能。
    f) 系統具有攜卡人員卡號、姓名、號、出生年月、職務或工種、所在區隊班組、主要工作地點、每月下井次數、下井時間、每天下井情況等顯示、打印、查詢等功能；
    g) 系統具有按部門、地域、時間、礦用讀卡分站、人員等分類查詢、顯示、打印等功能。
    3．存儲和查詢
    3.1 系統具有存儲功能，存儲內容包括：
    a) 出/入井時刻；
    b) 出/入重點區域時刻；
    c) 出/入限制區域時刻；
    d) 進入礦用分站識別區域時刻；
    e) 出/入巷道分支時刻及方向；
    f) 超員總數、起止時刻及人員；
    g) 超時人員總數、起止時刻及人員；
    h) 工作異常人員總數、起止時刻及人員；
    i) 卡號、姓名、號、出生年月、職務或工種、所在區隊班組、主要工作地點等。
    3.2 系統具有查詢功能。查詢類別如下：
    a) 按人員查詢；
    b) 按時間查詢；
    c) 按地域查詢；
    d) 按識別區查詢；
    e) 按超時報警查詢；
    f) 按超員報警查詢；
    g) 按限制區域報警查詢；
    h) 按工作異常報警查詢；
    i) 按人員分類查詢；
    j) 按部門查詢；
    k) 按工種查詢等。
    3.3 系統具有防止修改實時數據和歷史數據等存儲內容（參數設置及頁面編輯除外）功能。
    3.4 系統具有數據備份功能。
    3.5 礦用分站具有數據存儲功能。當系統通信中斷時，礦用分站存儲識別卡卡號和時刻；系統通信正常時，上傳至中心站。
    4．顯示
    a) 系統具有漢字顯示及提示功能。
    b) 系統具有列表顯示功能。顯示內容包括：下井人員總數及人員、重點區域人員總數及人員、超時報警人員總數及人員，超員報警人員總數及人員，限制區域報警人員總數及人員、特種作業人員工作異常報警總數及人員等。
    c) 系統具有模擬動畫顯示功能。顯示內容包括：巷道布置模擬圖、人員位置及姓名、超時報警、超員報警、進入限制區域報警、特種作業人員工作異常報警等。具有漫游、總圖加局部放大、分頁顯示等方式。
    d) 系統具有系統設備布置圖顯示功能。顯示內容包括：礦用分站、電源箱、信息傳輸接口、和電纜等設備的設備名稱、相對位置和運行狀態等。若系統龐大一屏容納不了，可漫游、分頁、或總圖加局部放大。
    5．打印
    系統具有漢字報表、初始化參數召喚打印功能。打印內容包括：下井人員總數及人員、重點區域人員總數及人員、超時報警人員總數及人員，超員報警人員總數及人員，限制區域報警人員總數及人員、特種作業人員工作異常報警總數及人員、干部每月下井總數及時間統計等。
    6．人機對話
    a) 系統具有人機對話功能，以便于系統生成、參數修改、功能調用、圖形編輯等；
    b) 系統具有操作權限管理功能，對參數設置等必須使用密碼操作、并具有操作記錄；
    c) 在任何顯示模式下，均可直接進入所選的列表顯示、模擬圖顯示、打印、參數設置、頁面編輯、查詢等方式。
    7．自診斷
    系統具有自診斷功能。當系統中礦用分站、信息傳輸接口等設備發生故障時，報警并記錄故障時間和故障設備，以供查詢及打印。
    8．雙機切換
    系統主機具有雙機切換功能。
    9．備用電源
    系統具有備用電源。
    10．網絡通信
    系統具有網絡接口、將有關信息上傳至各級主管部門。
    11．其他
    a)系統具有軟件自監視功能；
    b)系統具有軟件容錯功能；
    c)系統具實時多任務功能，對參數傳輸、處理、存儲和顯示等能周期地循環運行而不中斷。
四、系統優勢
    1．成本優勢
    本系統依托我公司的KJ2000N煤礦安全監控系統，KJ2000N系統為我公司主打產品，在市場上占有較大的份額，其運行穩定，安全可靠，受到各個廠家的，在開發KJ223(B)煤礦井下作業人員管理系統過程中，我們充分借用了KJ2000N的優勢。KJ223(B)煤礦井下作業人員管理系統將采納KJ2000N中的KJJ107信息傳輸接口、KJF2007G5礦用隔爆兼本安型安全監控分站等部分，使用時有利于縮短系統的安裝工期和降低布線成本。
    另外，無線部分使用的礦用本安型讀卡器與識別卡采用ZigBee無線通信技術，該技術的優勢在于其高可靠性、低成本。
    2．技術優勢
    本系統中礦用本安型讀卡器與識別卡采用的ZigBee無線網絡通信技術，ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術或無線網絡技術，主要適合于承載數據流量較小的業務，可嵌入各種設備中，同時支持精確定位功能。相對于現有的各種無線通信技術，ZigBee技術是功耗和成本的技術，也是目前嵌入式應用的一大熱點。
    讀卡器采用雙ZigBee無線模塊設計思路，一路ZigBee無線模塊負責喚醒周圍區域內的識別卡，另一塊負責與識別卡實現雙向數據傳輸。該方法可有效降低識別卡功耗，提高識別卡并發量。
    根據現場實際需要，沿坑道每隔一定距離(200—1000米)在坑道頂部設置一個KJ223(B)-D礦用本安型讀卡器 (即ZigBee網絡接收節點)，分散的礦用本安型讀卡器通過RS485總線連接到礦用分站，各讀卡器的數據經過礦用分站處理后通過CAN總線以及以太網傳送到監控中心。每一個需要定位的移動目標(例如礦工)，都隨身攜帶一個識別卡 (即ZigBee發射模塊)，每個識別卡都有的ID號作為定位目標的身份標識。識別卡通過周期(如15秒)猝發的方式向接收節點發送數據，兩個接收節點通過對信號強度的計數和現場實測校正便可以得出移動目標的精確位置信息，通過這樣的方式就組成了一個無線人員定位網絡。
    3．擴展優勢
    現有的煤礦人員井下管理系統實際上是在井下實現一個小范圍的無線網絡，我們可以很方便的通過該網絡進行進一步功能拓展，例如，在一些礦用監測傳感器上加入ZigBee無線模塊，以實現對井下環境的檢測、監控，同時，礦工攜帶的設備還可以預設一些報警數據，直接將收到的環境參數（如瓦斯濃度，含氧量，即時預警信息等）呈現出來，達到危險等級就報警，并自動上報控制臺，成為一個生命保障系統。
    另外，該系統設計中也考慮了以后擴展井下語音、視頻功能，并為之預留了接口。
    4. 識別卡使用方便
    識別卡使用時可以根據每個礦的情況定制識別卡安裝方式，可以選擇安裝在燈繩或者腰帶上。
    5. 識別卡功耗低
    由于采用雙ZigBee模塊的設計思路，識別卡工作周期很短，收發信息功耗較低，并且采用了休眠模式，一節700mAh的鋰電池可以保證識別卡使用半年以上，而且可以對電池進行更換。
    6. 無線通信網絡可靠
    本系統基于ZigBee無線網絡，通過已完成的實驗證實，該技術可以實現可靠的無線網絡通信，為進一步功能拓展奠定了堅實的基礎。
    總之，KJ223(B)煤礦井下作業人員管理系統除以上技術優勢以外，我公司還會提供優質的售后服務，及時的解決用戶反映的問題，兌現我們對用戶的承諾。