Назад в библиотеку

---

Применение технологии ZigBee для идентификации персонала горнодобывающих предприятий

Автор: В.Я. Воропаева (канд. техн. наук, доц.), Р.Ш. Абрамов
Источник: XI международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех-2013»

В случае аварии в шахте спасательной службе важно знать, кто попал в аварию, их количество и точное местоположение. На 2009 год в Украине насчитывается 164 шахты, в которых работает около 235 тысяч человек. Большинство этих шахт подвержено сейсмическим явлением, которые приводят к катастрофам. Поэтому важно не только вести учет людей, находящихся на опасном участке, но и отслеживать их местоположение в реальном времени. С технической стороны идентификация и отслеживание людей в выработке усложняется необходимостью соответствия приборов стандартам по взрыво- и искробезопастности, а так же наличием дополнительны помех (угольная пыль, искажение сигнала при прохождении через толщу грунта). На сегодняшний день существует несколько систем, позволяющих отслеживать местоположение людей в шахте. Каждая система имеет свои технические особенности. В данной статье на основе анализа наиболее интересных решений для идентификации и поиска людей под землей предложена для использования технология ZigBee.

Аппаратно-программный комплекс «Талнах» предназначен для построения систем горно-подземной радиосвязи и автоматизации на строящихся шахтах и рудниках, а так же для модернизации устаревших систем связи на действующих производствах. Комплекс обеспечивает надежную голосовую радиосвязь на поверхности и в подземной части шахт и рудников с выходом абонентов в производственно-технологическую сеть связи предприятия, а так же передачу данных от систем автоматизированного управления, видеонаблюдения и позиционирования персонала и техники.

В состав комплекса «Талнах» входят:

1. излучающий кабель;
2. система диагностики излучающей кабельной сети «Талнах-диагностика»;
3. система определения местонахождения (позиционирования) персонала и техники под землей «Талнах-координата»;
4. система табельного учета персонала «Талнах-табель»;
5. система табельного учета персонала «Талнах-табель»;
6. система промышленного телевидения.

На структурной схеме указаны следующие сокращения:

1. АТС - автоматическая телефонная станция;
2. БС – базовая станция;
3. ЛС – линия связи;
4. ЛУ - линейный усилитель.

В основе комплекса оборудования «Талнах» лежит излучающий кабель. Излучающий кабель представляет собой коаксиальный высокочастотный кабель, имеющий во внешнем проводнике специальные отверстия, которые обеспечивают возможность радиоволнам «выходить» за границу внешнего проводника. Такой кабель сочетает в себе свойства фидерной линии и протяженной приемо-передающей антенны. Это техническое решение предоставляет уникальную возможность обеспечить основу для построения сетей связи различного назначения: систем конвенциональной радиосвязи, персонального радиовызова, промышленного телевидения, передачи данных, SCADA и др.

Рассмотрим другую систему «Радиус-2», которая отличается техническим решением от предыдущего комплекса. Данная система беспроводного подземного оповещения, персонального вызова, наблюдения и поиска людей, застигнутых аварией предназначена для обеспечения выполнения требований правил промышленной безопасности на подземных рудниках и шахтах, в том числе опасных по газу и пыли.

Система «Радиус-2» является комплексом, интегрирующим без значительных затрат в единой системе беспроводного подземного аварийного оповещения и персонального вызова новые дополнительные функции поиска людей, застигнутых аварией - подсистема «РадиусПоиск» наблюдения местонахождения людей в шахте и автоматический табельный учет - подсистема «РадиуСкан».

Радио метки, встроенные в «Radius Mine Radio Locator», излучают специальные сигналы, позволяющие определить местонахождение шахтеров в аварийной ситуации через горную массу от 5 до 15 метров. Максимальная дальность обнаружения - до 50 метров при прямой видимости. Точность обнаружения 1м.

Подсистема «РадиуСкан», входящая в состав многофункциональной системы «Радиус-2», является аппаратно-программным комплексом, предназначенным для наблюдения и определения местоположения персонала в подземных выработках в реальном времени с точностью до участка горных выработок, для контроля доступа и учета рабочего времени, а так же для построения единой многофункциональной системы безопасности на базе единой цифровой подземной сети связи.

Рисунок 2 – структурная схема комплекса «Радиус-2»

Подсистема «РадиуСкан» предназначена для применения в подземных выработках шахт и рудников, в том числе опасных по газу и пыли.

Для наблюдения местоположения подземного персонала шахты, контроля доступа и учета рабочего времени применяется технология радиочастотной идентификации с использованием активных и пассивных RFID-меток.

Система датчиков связана между собой в полносвязную сеть через технологию ZigBee, что позволяет в случае выхода из строя одного из датчиков, охватить его зону покрытия соседствующими датчиками. В основу сетей ZigBee положен стандарт беспроводной связи малого радиуса действия IEEE 802.15.4. Так же устройствам на технологии ZigBee требуется низкое энергопотребление, что в случае с шахтой является большим плюсом.

В составе подсистемы применена волоконно-оптическая линия связи. Использование волокна обеспечивает связь между считывающими терминалами на значительном удалении (до 20 км) друг от друга без повторительных устройств. Волоконно-оптическую линию связи подсистемы «РадиуСкан» можно использовать для передачи данных, телефонной, мобильной связи в шахте и на поверхности.

Неоспоримым преимуществом оптоволоконной линии связи является искробезопастность, помехоустойчивость и качество связи.

Сравним эти две разные системы по трем параметрам: дальность определения нахождения человека, искробезопастность, дополнительны услуги.

Анализ и сравнение двух существующих систем идентификации горнорабочих под завалом показало, что «Талнах» на основе излучающего кабеля, решает как основные поставленные задачи (поиск людей), так и множество второстепенных (рация, промышленное телевидение, табельный учит и т.д.), но в тоже время существует несколько достаточно весомых недостатков, таких как дороговизна установки и самих устройств, а так же малая надежность сети.

В связи с этим предлагается разработать автоматизированную систему наблюдения и поиска горнорабочих в шахте на базе комплекса «Талнах», но с использование технологии ZigBee, которая на порядок дешевле в установке, а так же предоставляет более надежную сеть.

Список использованной литературы

1. Научно-внедренческий инженерный центр «Радиус» [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.radius-nvic.ru свободный. — Загл. с экрана.
2. Статья о подземном комплексе «Талнах» / Запорощенко Д.В. Режим доступу: http://www.tek-ua.com/ свободный. — Загл. с экрана.
3. Про затвердження Правил безпеки у вугільних шахтах: Закон Украіни від 07.09.2011 N 960 // Офіційний вісник України. – 2011. – № 62 – Режим доступу: http://zakon2.rada.gov.ua/свободный. — Загл. с экрана.