RU2636571C2

RU2636571C2 - Mine object monitoring system

Info

Publication number: RU2636571C2
Application number: RU2016109697A
Authority: RU
Inventors: Михаил Витальевич Грозных; Илья Борисович Захаров; Алексей Дмитриевич Коноплин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологические интеллектуальные системы"
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2017-11-23
Also published as: RU2016109697A

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: mine object monitoring system includes, at least, one central controller with associated software located outside the shaft and connected via wires to a plurality of readers located at fixed retransmission sites throughout the shaft, which in turn are connected by two-way high-frequency wireless communication with a set of transponders (tags) attached to monitoring objects located in the mine. Each transponder is combined with a low-frequency alarm receiver and operates in a request mode containing a countdown code and a response time calculation code within the waiting interval.EFFECT: system improves the reliability of communication by using and duplicating two channels, high-frequency and low-frequency, while ensuring the tracking of a large number of objects.2 cl, 1 dwg

Description

Заявляемое техническое решение относится к системам учета и контроля объектов, находящихся в подземных выработках, а именно к системам слежения за перемещением шахтеров, шахтного оборудования и транспорта в целях определения их местоположения, обеспечения двухсторонней связи, повышения безопасного состояния работ в шахтах и эффективности спасательных операций.The claimed technical solution relates to systems for accounting and control of facilities located in underground workings, namely, tracking systems for the movement of miners, mine equipment and vehicles in order to determine their location, ensure two-way communication, improve the safe state of work in mines and the effectiveness of rescue operations.

Известно, что горным работам под землей присущи возникновения аварийной ситуации и наличие рисков вследствие взрыва метана или угольной пыли, наводнения, загазованности и т.д. Безопасность работ в шахтах и эффективность спасательных операций зависит от быстроты реагирования, что достигается наличием подходящих подземных коммуникаций, обеспечивающих качественный мониторинг работы находящихся под землей шахтеров, шахтного оборудования (например, буровых установок) и транспорта.It is known that underground mining is inherent in the occurrence of an emergency and the presence of risks due to an explosion of methane or coal dust, floods, gas pollution, etc. The safety of work in mines and the effectiveness of rescue operations depend on the speed of response, which is achieved by the availability of suitable underground utilities that provide high-quality monitoring of the work of underground miners, mine equipment (for example, drilling rigs) and vehicles.

Кроме того, существуют многочисленные проблемы в использовании беспроводной связи под землей. Технология GPS здесь просто не работает, сигналы радиооборудования имеют многочисленные помехи, причем необходимы высокая безопасность, надежность и пропускная способность систем мониторинга при большом количестве контролируемых объектов в шахте.In addition, there are numerous problems in using wireless communications underground. GPS technology simply does not work here, the signals of the radio equipment have numerous interference, and high security, reliability and throughput of monitoring systems with a large number of monitored objects in the mine are required.

Известна беспроводная шахтная система отслеживания и мониторинга объектов по заявке US №2008137589 (А1), патент US №8294568 (В2), H04W 04/04; H04W 4/22; H04W 64/00; H04W 84/12, опубл. 10.07.2006, содержащая, по меньшей мере, один центральный контроллер с соответствующим программным обеспечением, установленный вне шахты, на уровне шахтоуправления, по меньшей мере, один контроллер местоположения подсети, установленный в шахте и электронно связанный с центральным контроллером, множество считывателей, расположенных в фиксированных местах записи по всему подземному руднику, и множество транспондеров (меток), которыми снабжены шахтеры и подземное оборудование. При этом каждая магистральная беспроводная подсеть состоит из 25 беспроводных точек доступа (WAPS) и легко может быть увеличена в размерах и масштабах для охвата любого расстояния под землей.Known wireless mine system for tracking and monitoring objects according to the application US No. 2008137589 (A1), US patent No. 8294568 (B2), H04W 04/04; H04W 4/22; H04W 64/00; H04W 84/12, publ. 07/10/2006, containing at least one central controller with appropriate software installed outside the mine, at the mine control level, at least one subnet location controller installed in the mine and electronically connected to the central controller, a plurality of readers located in fixed recording locations throughout the underground mine, and the many transponders (tags) that the miners and underground equipment are equipped with. At the same time, each backbone wireless subnet consists of 25 wireless access points (WAPS) and can easily be increased in size and scale to cover any distance underground.

Данная система позволяет осуществлять беспроводную двухстороннюю высокочастотную связь с персоналом, работающим в шахте, отслеживать возникновение чрезвычайных ситуаций, обладает быстродействием и высокой отказоустойчивостью, отвечает условиям искробезопасности и выбрана за ближайший аналог.This system allows for wireless two-way high-frequency communication with personnel working in the mine, to monitor the occurrence of emergencies, has speed and high fault tolerance, meets the requirements of intrinsic safety and is selected for the closest analogue.

Недостатком ближайшего аналога является наличие подсети, состоящей из дополнительных контроллеров, обеспечивающих беспроводную связь с центральным контроллером, но усложняющих и удорожающих систему, а также использование исключительно одного вида связи, высокочастотного, решающего задачу мониторинга объектов только в зоне досягаемости сигнала (зона «прямой видимости»), ограниченной преградой из горных пород, поскольку высокочастотный сигнал не проходит через толщу горных пород и не может обнаружить объект, находящийся за углом горной выработки.The disadvantage of the closest analogue is the presence of a subnet, consisting of additional controllers that provide wireless communication with the central controller, but complicating and costing the system, as well as using only one type of communication, high-frequency, which solves the problem of monitoring objects only in the signal reach zone (“direct line of sight” zone) ), limited by a rock barrier, since a high-frequency signal does not pass through the rock mass and cannot detect an object located around the corner of the horn oh working out.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение и повышение надежной работы системы для любых видов связи и условий распространения сигнала.The task to which the invention is directed is to simplify and increase the reliable operation of the system for any type of communication and signal propagation conditions.

Достигаемый технический результат заключается в возможности использования преимуществ высокочастотной и низкочастотной связей и исключении негативного влияния данных сигналов друг на друга при работе системы.The technical result achieved consists in the possibility of using the advantages of high-frequency and low-frequency communications and eliminating the negative influence of these signals on each other during the operation of the system.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что система мониторинга объектов в шахтах состоит, по крайней мере, из одного центрального контроллера с соответствующим программным обеспечением, находящегося вне шахты и связанного с множеством считывателей, расположенных в фиксированных местах по всем горным выработкам шахты, которые, в свою очередь, связаны с множеством транспондеров (меток), прикрепленных к объектам мониторинга, причем между считывателями и транспондерами установлена двухсторонняя высокочастотная беспроводная связь.The problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the monitoring system of objects in the mines consists of at least one central controller with appropriate software located outside the mine and connected to many readers located in fixed places along all mine workings mines, which, in turn, are associated with a multitude of transponders (tags) attached to the monitoring objects, and between readers and transponders there is a two-way co-frequency wireless communication.

В отличие от ближайшего аналога каждый транспондер заявленной системы совмещен с приемником низкочастотного сигнала аварийного оповещения и работает в режиме запроса, содержащего код обратного отсчета времени и код вычисления времени ответа в пределах интервала ожидания.Unlike the closest analogue, each transponder of the claimed system is combined with a receiver of a low-frequency alarm signal and operates in a request mode containing a time countdown code and a response time calculation code within the waiting interval.

При этом запрос может быть сформирован в форме группового запроса, состоящего из серии одиночных запросов.In this case, the request can be formed in the form of a group request, consisting of a series of single requests.

Кроме того, между центральным контроллером и считывателями установлена проводная связь.In addition, a wired connection is established between the central controller and the readers.

Считыватели могут быть расположены как на стенах, так и (или) на кровле горных выработок, а транспондерами (метками) могут быть оборудованы как снаряжение шахтеров, например головной светильник, так и находящиеся в шахте оборудование и транспортные средства, например кабина водителя.Readers can be located both on walls and / or on the roof of mine workings, and miners' equipment, such as a head lamp, and equipment and vehicles in the mine, such as a driver’s cab, can be equipped with transponders (tags).

Наличие высокочастотной связи обеспечивает функции позиционирования (мониторинга) и двухсторонней передачи данных.The presence of high-frequency communication provides the functions of positioning (monitoring) and two-way data transmission.

Наличие низкочастотной связи обеспечивает более надежное аварийное оповещение.The presence of low-frequency communications provides a more reliable emergency alert.

Наличие режима запроса, например группового, состоящего из серии одиночных запросов, каждый из которых содержит код обратного отсчета времени и код вычисления времени ответа в пределах интервала ожидания, позволяет согласовать работу двух независимых каналов связи: высокочастотного и низкочастотного, исключить их негативное влияние друг на друга, а также упорядочить ответы меток.The presence of a request mode, for example a group one, consisting of a series of single requests, each of which contains a time countdown code and a response time calculation code within the waiting interval, allows coordinating the operation of two independent communication channels: high-frequency and low-frequency, eliminating their negative influence on each other as well as streamline tag responses.

Наличие беспроводной связи между подвижными метками и неподвижными считывателями повышает ее удобство и качество.The presence of wireless communication between moving tags and fixed readers increases its convenience and quality.

Наличие проводной связи между центральным контроллером и считывателями позволяет упростить систему за счет исключения контроллеров местоположения подсети.The presence of wired communication between the central controller and the readers allows you to simplify the system by eliminating subnet location controllers.

Сущность заявленного решения поясняется чертежом, на котором изображена общая схема работы системы.The essence of the claimed solution is illustrated by the drawing, which shows the general scheme of the system.

Система мониторинга объектов в шахтах содержит, по меньшей мере, один центральный контроллер 1 с соответствующим программным обеспечением, расположенный на поверхности, вне шахты, например, в управляющем офисе, и соединенный посредством проводов с множеством считывателей 2, установленных по всем горным выработкам шахты в местах ретрансляции, например стенах и потолке шахты, и связанных двухсторонней беспроводной высокочастотной связью с транспондерами (метками) 3, которыми оснащены контролируемые объекты 4 (персонал шахты, оборудование и транспорт, работающие под землей), причем каждый транспондер 3 дополнительно оснащен приемником низкочастотного сигнала аварийного оповещения 5 и работает в режиме группового запроса, состоящего из серии одиночных запросов, каждый из которых содержит свой код обратного отсчета времени и код вычисления времени ответа в пределах интервала ожидания.The monitoring system of objects in mines contains at least one central controller 1 with appropriate software located on the surface outside the mine, for example, in the control office, and connected via wires to a plurality of readers 2 installed along all mine workings of the mine in places retransmissions, for example, walls and ceiling of the mine, and connected by two-way wireless high-frequency communication with transponders (tags) 3, which are equipped with controlled objects 4 (mine personnel, equipment vehicles operating underground), and each transponder 3 is additionally equipped with a low-frequency alarm signal receiver 5 and operates in a group request mode consisting of a series of single requests, each of which contains its own time countdown code and a response time calculation code within the waiting interval .

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

С целью контроля и мониторинга объектов 4, находящихся в шахте, каждый считыватель 2 с интервалом 2 мс посылает групповой запрос, состоящий из серии одиночных запросов в количестве 20 шт., ожидающим транспондерам (меткам) 3, содержащим приемники 5, расположенные на подвижных и неподвижных объектах 4, что обеспечивает гарантированное получение каждым приемником 5 сигнала запроса от считывателя 2 и, соответственно, передачу гарантированного ответа, используя, в отличие от ближайшего аналога, преимущества высокочастотной и низкочастотной связей и исключая при этом их негативное влияние друг на друга за счет соблюдения порядка последовательности запросов. Причем каждый одиночный запрос содержит определенный код, устанавливающий момент начала режима приема ответов от приемников 5, и код начала момента синхронизации (обратного отсчета времени). Любой из приемников 5, получивших запрос, в течение периода ожидания, составляющего, примерно, 4 с, передает направившему этот запрос считывателю 2 ответ, согласно своему индивидуальному номеру (коду), избегая, таким образом, наложения помех от приемников 5 других транспондеров 3. Упомянутый считыватель 2 согласно заданной очередности получает ответы от приемников 5 каждого контролируемого транспондера 3. Затем цикл повторяется. Вся полученная считывателями 2 информация собирается центральным контроллером 1.In order to control and monitor the objects 4 located in the mine, each reader 2 with an interval of 2 ms sends a group request, consisting of a series of single requests in the amount of 20 pcs, to waiting transponders (tags) 3 containing receivers 5 located on moving and fixed objects 4, which ensures that each receiver 5 receives a request signal from reader 2 and, accordingly, transmits a guaranteed response, using, in contrast to the closest analogue, the advantages of high-frequency and low-frequency communications and while eliminating their negative influence on each other due to the observance of the sequence of requests. Moreover, each single request contains a certain code that sets the moment of the beginning of the mode of receiving responses from receivers 5, and the code of the beginning of the synchronization moment (countdown). Any of the receivers 5 that received the request, during a waiting period of approximately 4 s, transmits a response to the reader who sent this request 2 according to its individual number (code), thus avoiding interference from receivers 5 of other transponders 3. The reader 2, according to a predetermined sequence, receives responses from the receivers 5 of each monitored transponder 3. Then the cycle is repeated. All information received by readers 2 is collected by the central controller 1.

Такая система мониторинга контролируемых объектов в шахтах позволяет передавать сигналы, в том числе об аварии, как по высокочастотному, так и по низкочастотному каналам связи, увеличивая надежность работы за счет возможности дублирования каналов и обеспечивая отслеживание большого количества объектов.Such a monitoring system of controlled objects in mines allows transmitting signals, including about an accident, both through high-frequency and low-frequency communication channels, increasing the reliability of operation due to the possibility of duplication of channels and providing tracking of a large number of objects.

Система обладает быстродействием и отказоустойчивостью даже в очень тяжелых условиях угольных шахт, поскольку, в случае повреждения части сети, оставшаяся часть системы продолжит работу в обычном режиме. Может быть использована в горных выработках шахт любой протяженности. Все элементы, входящие в систему, обладают длительным сроком службы. Может совмещать источник питания от проводной сети с переходом на резерв от аккумулятора. Система способна определять местоположение каждого шахтера каждые 8 с, обладая высокой скоростью отслеживания объектов. Является более простой и коммерчески доступной технологией по сравнению с ближайшим аналогом за счет исключения подсети контроллеров, имеет низкую стоимость обслуживания. Обеспечивает отслеживание объектов в реальном времени с соблюдением всех требований безопасности, включая электро-, взрыво- и искробезопасность. Прошла необходимые испытания и предназначена для практического использования.The system has high speed and fault tolerance even in very difficult conditions of coal mines, because, in case of damage to a part of the network, the rest of the system will continue to operate normally. It can be used in mine workings of mines of any length. All elements included in the system have a long service life. It can combine a power source from a wired network with a transition to a reserve from the battery. The system is able to determine the location of each miner every 8 s, having a high speed of tracking objects. It is a simpler and commercially available technology compared to the closest analogue due to the exclusion of the controller subnet, has a low maintenance cost. Provides real-time tracking of objects in compliance with all safety requirements, including electrical, explosion and intrinsic safety. Passed the necessary tests and is intended for practical use.

Claims

1. The monitoring system of objects in the mines, consisting of at least one central controller with appropriate software located outside the mine and connected to many readers located in fixed relay locations throughout the mine and connected, in turn, with many transponders (tags ) attached to the monitoring objects, and between readers and transponders two-way high-frequency wireless communication is established, characterized in that each transponder is combined with ISRC low frequency alarm signal and operates in a mode request containing countdown time code and code calculation response time within the sleep interval.

2. The system according to claim 1, characterized in that the transponder operates in a group request mode consisting of a series of single requests, each of which contains its own time countdown code and a response time calculation code within the waiting interval.