申燕波

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦，山西 方山 033100）

0 引言

當(dāng)前，我們國(guó)家提出“智慧礦山”，大力發(fā)展礦業(yè)數(shù)字化和智能化，實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”。無(wú)接觸IC卡是世界上最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它成功的將射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來(lái)，結(jié)束了無(wú)源和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。非接觸IC卡主要有數(shù)據(jù)處理快，安全性高，易攜帶，廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，使其在公共交通、金融交易、門(mén)禁等方面取得了廣泛應(yīng)用。正是由于其具有這些優(yōu)點(diǎn)，非接觸IC卡也在開(kāi)始在礦井應(yīng)用。KD礦用IC卡設(shè)備運(yùn)行控制管理系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)智慧化礦山的重要一步。KD礦用IC卡設(shè)備運(yùn)行控制管理系統(tǒng)能夠避免井下機(jī)電設(shè)備操作不當(dāng)造成重大事故，其由井上監(jiān)控軟件、隔爆型IC卡設(shè)備運(yùn)行控制器和非接觸式IC卡等組成的設(shè)備授權(quán)操作及井上監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)井下機(jī)電設(shè)備操作人員進(jìn)行操作授權(quán)，實(shí)現(xiàn)井下機(jī)電設(shè)備的規(guī)范、安全的操作，來(lái)減少由于人為操作不當(dāng)出現(xiàn)的事故，并能記錄、存儲(chǔ)、查詢?cè)O(shè)備操作及運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，給設(shè)備安裝了“黑匣子”。

1 工作原理

系統(tǒng)由井下KD礦用IC卡設(shè)備運(yùn)行控制器與井上監(jiān)控部分構(gòu)成，井下控制部分主要包括無(wú)線IC卡和IC卡設(shè)備運(yùn)行控制器及設(shè)置用遙控器?？刂破鞑捎脝纹瑱C(jī)，主要由讀IC卡電路、CPU、液晶顯示屏及控制電路等組成。當(dāng)控制器讀卡電路接受到無(wú)線IC信號(hào)后，由CPU進(jìn)行判斷，如果是授權(quán)的IC卡，控制電路工作，向控制的設(shè)備發(fā)出控制信號(hào)，此時(shí)所控制的的設(shè)備可以啟動(dòng)，如圖1所示。如讀卡電路未接受到無(wú)線IC信號(hào)，此時(shí)所控制的的設(shè)備將不能夠被啟動(dòng)。井下控制器可井下獨(dú)立運(yùn)行?？刂破髋鋫湟蕴W(wǎng)接口，能與井下以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)相連，通過(guò)環(huán)網(wǎng)將系統(tǒng)各種狀態(tài)及參數(shù)傳送到井上，實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)控。井上監(jiān)控系統(tǒng)主要是計(jì)算機(jī)的監(jiān)控軟件，此軟件能夠完成發(fā)卡、讀取操作信息，設(shè)定工作狀態(tài)等相應(yīng)的功能。軟件能實(shí)時(shí)顯示設(shè)備名稱、運(yùn)行狀態(tài)、責(zé)任人、操作人員等。如圖2所示。

圖1 井上監(jiān)控通訊系統(tǒng)圖

1.1 非接觸IC卡

非接觸式IC卡又稱射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無(wú)任何外露部分?？ㄆ谝欢ň嚯x范圍 (通常為5—10cm)靠近讀寫(xiě)器表面，通過(guò)無(wú)線電波的傳遞來(lái)完成數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。其工作原理為射頻讀寫(xiě)器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵(lì)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷；在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)。

1.2 控制器

非接觸IC卡控制器主要由讀IC卡電路、CPU、液晶顯示屏及控制電路等組成。單片機(jī)對(duì)讀卡線路中的信號(hào)采用串口通信，并對(duì)讀卡線路中的信號(hào)進(jìn)行處理，在進(jìn)行身份識(shí)別后利用RS485信號(hào)并入井下以太環(huán)網(wǎng)，與井上監(jiān)控系統(tǒng)相連接。本控制系統(tǒng)采用美國(guó)MOTOROLA單片機(jī)，裝置讀寫(xiě)時(shí)序不太復(fù)雜。當(dāng)機(jī)電設(shè)備需要運(yùn)行時(shí)，控制器讀取IC卡的信息，單片機(jī)中CPU對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，若IC卡中身份信息識(shí)別正確，

則單片機(jī)上綠燈亮起，蜂鳴器短鳴，控制電路防爆開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，說(shuō)明能夠機(jī)電設(shè)備控制設(shè)備啟動(dòng)；若身份識(shí)別錯(cuò)誤，則單片機(jī)上紅燈亮起，蜂鳴器長(zhǎng)鳴，控制電路防爆開(kāi)關(guān)不啟動(dòng)，不能控制設(shè)備啟動(dòng)。該控制器通過(guò)環(huán)網(wǎng)與井上監(jiān)控系統(tǒng)連接，監(jiān)控軟件能對(duì)井下設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)于機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)進(jìn)行控制，防止機(jī)電事故的發(fā)生。每臺(tái)機(jī)電設(shè)備都配備一臺(tái)控制器，每臺(tái)控制器都有自己獨(dú)立的子機(jī)號(hào)，每臺(tái)控制器都可以向管理卡傳輸操作信息，并接受管理卡的命令進(jìn)行操作。

2 系統(tǒng)性能

1）該控制器采用無(wú)線射頻，IC卡和主機(jī)之間為非接觸式操作，IC卡的感應(yīng)靈敏，控制器采用采用美國(guó)MOTOROLA單片機(jī)，電路簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。參數(shù)設(shè)置、授權(quán)編號(hào)可現(xiàn)場(chǎng)編程實(shí)現(xiàn)，是國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

2）控制器可以識(shí)別3種類型的卡片：管理卡、操作卡、維修卡。每種卡片可以分配多個(gè)卡號(hào)。

管理卡：管理卡用于設(shè)備管理人員對(duì)設(shè)備編號(hào)、操作卡授權(quán)、維修卡授權(quán)、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢及卡片掛失等

操作卡：操作卡是用于設(shè)備操作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)停操作，操作人員交接過(guò)程中運(yùn)行指示燈閃爍一分鐘，設(shè)備不會(huì)停止運(yùn)行，一分鐘后如無(wú)操作人員刷卡設(shè)備停止運(yùn)行。

維修卡：維修卡是用于設(shè)備維修人員在對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修時(shí)強(qiáng)行關(guān)閉設(shè)備，在維修過(guò)程中，其他類型卡片均無(wú)效，并且維修狀態(tài)只能由刷過(guò)的維修卡自己才能解除。

3）狀態(tài)顯示。該控制器采用漢字液晶顯示，可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前刷卡人員的卡片類型、卡號(hào)以及設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。刷卡窗口有電源及設(shè)備工作狀態(tài)指示。

4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記憶功能。該控制器可以存儲(chǔ)操作數(shù)據(jù)，在管理卡授權(quán)后通過(guò)遙控器上的定時(shí)鍵進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢。

5）井上控制及查詢功能。該控制器可與井下以太環(huán)網(wǎng)連接，將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、人員操作信息上傳井上統(tǒng)一管理。井上可對(duì)授權(quán)設(shè)備進(jìn)行控制，也可對(duì)授權(quán)設(shè)備的歷史信息進(jìn)行查詢。井上監(jiān)控系統(tǒng)主要完成發(fā)卡、讀取IC卡信息、設(shè)定相應(yīng)的工作狀態(tài)等功能。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1）礦用隔爆型IC卡設(shè)備運(yùn)行控制器為隔爆型安全設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，體積小，安裝方便。

2）大屏幕顯示器，可以顯示設(shè)備工作狀態(tài)、維修及操作人員卡號(hào)、時(shí)鐘、通訊波特率等狀態(tài)。

3）使用遙控器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定相關(guān)參數(shù)及查詢歷史數(shù)據(jù)。

4）刷卡靈敏可靠，并伴有聲音提示。

5）每臺(tái)控制器都通過(guò)管理卡授權(quán)后使用遙控器設(shè)置設(shè)備與操作代碼，與授權(quán)后的IC卡配套使用，具有卡片掛失功能。

6）控制器有通訊接口，可以通過(guò)井下以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)井上對(duì)授權(quán)操作人員和相關(guān)設(shè)備的管理。

7）地面服務(wù)器只需安裝配套監(jiān)控軟件，通過(guò)井下以太環(huán)網(wǎng)方便實(shí)現(xiàn)井上監(jiān)控。

8）在井上監(jiān)控界面可以看到井下授權(quán)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及對(duì)設(shè)備的歷史操作信息的查詢

4 工程實(shí)踐

KD礦用IC卡設(shè)備運(yùn)行控制管理系統(tǒng)在某礦進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)用，取得了良好的結(jié)果，提高了生產(chǎn)效率，避免了機(jī)電事故的發(fā)生。

4.1 系統(tǒng)配置

根據(jù)井下實(shí)際情況來(lái)選擇配置以下設(shè)備：KD礦用隔爆型IC卡設(shè)備運(yùn)行控制器，可以控制1臺(tái)機(jī)電設(shè)備，JKKD001監(jiān)控系統(tǒng)軟件，設(shè)置用遙控器，IC卡。具體的數(shù)量如表1所示。

4.2 具體參數(shù)

防爆標(biāo)志：Exdb I

額定電壓：AC127V/AC36V

工作電流：≤700mA

繼電器觸點(diǎn)容量：3A.

工作方式：連續(xù)

面板顯示：漢字液晶顯示

參數(shù)設(shè)置：遙控

5 結(jié) 論

KD礦用IC卡設(shè)備運(yùn)行控制管理系統(tǒng)由井下IC卡、設(shè)備運(yùn)行控制器與井上監(jiān)控部分構(gòu)成，通過(guò)對(duì)IC卡進(jìn)行授權(quán)，控制器中CPU對(duì)IC卡中信息進(jìn)行識(shí)別，從而對(duì)井下的設(shè)備進(jìn)行控制，井上監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控井下設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)礦井智能化生產(chǎn)，避免了因操作不當(dāng)產(chǎn)生的機(jī)電事故，并在某礦進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)用，取得了良好的效果。