煤礦礦燈智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

摘要：煤礦礦燈智能監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)煤礦礦燈充電控制原理以及煤礦考勤制度的現(xiàn)狀，集信息采集、信息管理于一體，滿足了煤礦礦燈管理現(xiàn)代化、智能化、信息化及安全化的需要，實現(xiàn)了從放燈、充電、充滿、取燈、使用到自動統(tǒng)計、報告、考勤等全過程動態(tài)管理，為管理及決策者實時提供了快速、準確、全面的信息依據(jù)。該文首先介紹了系統(tǒng)的研制背景及意義；然后分別闡述了系統(tǒng)的整體構(gòu)成以及監(jiān)控軟件的功能組成；最后介紹了系統(tǒng)的技術特點和推廣應用前景。

關鍵詞：礦燈；監(jiān)控；智能；管理信息系統(tǒng)

中圖分類號：TP18文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)29-0453-03

Design and Implementation of Smart Monitoring Management Information System of Miner's Lamp

JIANG Hua1， DENG Jun2

(1.Institution of Telecommunication，Air Force Engineering University，Xi’an 710077，China;2.Xidian University，Xi’an 710071，China)

Abstract: The miner lamp’s intelligence monitoring system is the one of entire process dynamic management， which is based on the principles of miner lamp control and the present situation of colliery’s checking attendance system， integrates with the collection and management of information， meets the need of miner lamp management’s modernization， intelligence， informationization and safety. It realizes the process from its unloading， charging， filling and utilizing the lamp to its automated statistics， reporting and checking attendance， so the system supplies the quick， accurate and all-sided information basis to management and decision-makers. Firstly， the thesis introduces the research background and meaning of the system， then describes its constitution and functions respectively， and finally refers to its technical traits and the prospect of popularization and application.

Key words: miner lamp; monitor; intelligence; management information system

1 系統(tǒng)概述

礦燈是礦工井下作業(yè)必須攜帶的照明工具，通過對礦燈使用維護的合理有效管理，不但可以減少礦燈的投放量，延長礦燈使用壽命，從而節(jié)約生產(chǎn)成本；同時還可以及時掌握、統(tǒng)計礦工的下井（出勤）情況，從而實現(xiàn)對礦工的績效考核。因此礦燈管理直接關系到礦工的安全和煤礦的經(jīng)濟效益。

煤礦礦燈智能監(jiān)控管理信息系統(tǒng)是由研制單位根據(jù)煤礦礦燈充電控制原理以及煤礦考勤制度的現(xiàn)狀，為滿足煤礦礦燈管理現(xiàn)代化、智能化、信息化及安全化的需要而提出集信息采集、信息管理于一體的基于網(wǎng)絡技術的智能信息管理系統(tǒng)。

該系統(tǒng)實現(xiàn)了從放燈、充電、充滿、取燈、使用到自動統(tǒng)計、報告、考勤等全過程動態(tài)管理。為管理者、決策者實時提供了快速、準確、全面的信息依據(jù)，為礦燈和人員的管理和安全預防、決策打下了基礎，開創(chuàng)了礦燈信息化管理的新紀元。

2 系統(tǒng)的整體構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成。其中硬件部分主要包括：智能充電架、數(shù)據(jù)采集卡、多路通信轉(zhuǎn)接器、工業(yè)控制機、傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務器、Web服務器、瀏覽終端等。軟件部分主要包括運行于主控計算機的礦燈監(jiān)控軟件和終端的數(shù)據(jù)查詢軟件。系統(tǒng)即可以運行于單機環(huán)境，也可以運行于網(wǎng)絡環(huán)境。主控程序運行于主控機，完成信息采集、分析處理、信息顯示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報表輸出以及數(shù)據(jù)維護等功能。瀏覽終端通過網(wǎng)絡以C/S或B/S方式訪問主控數(shù)據(jù)庫，并實時顯示礦燈及礦工狀態(tài)。所有信息均能方便的實現(xiàn)統(tǒng)計報表打印。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 主要部件的功能

1) 智能充電架

本充電架上裝有2個64位數(shù)據(jù)采集卡，可同時采集128個礦燈的有關數(shù)據(jù)。每只礦燈均由獨立的開關式充電器充電。充電器輸出直接與礦燈電池相連，線路損耗小，充電電壓精度高。開關式充電器允許交流輸入電壓變化范圍寬（85V－275V），適用于礦井惡劣的供電環(huán)境。

充電控制功能是建立在鎳氫電池礦燈、單片機0△V控制充電硬件基礎上的。在充電過程中，采用先進的0△V控制方式。當顯示0△V時，礦燈電量充滿，自動轉(zhuǎn)入涓沖，由紅、綠LED燈顯示。達到礦燈電量既能充滿，又不過沖，從而縮短充電時間、延長礦燈壽命、降低充電和使用成本。同時也消除了倒班時因時間短，礦燈電量不滿而影響工作的后顧之憂。

充電架上每個燈位都有一個小電路板，小電路板上有兩根連線J1、J2，它們負責向采集卡通告當前燈位的狀態(tài)信息。其中J1高電平表示礦燈是在燈架上，低電平表示礦燈不在架上；J2表示礦燈是否充滿電，它僅在J1為高電平時才有意義，J2高電平表示充滿，低電平表示沒充滿。高電平指在4V左右，低電平表示在0V左右。監(jiān)控系統(tǒng)完全根據(jù)J1、J2的電平來判別礦燈的狀態(tài)。充電狀態(tài)與連線狀態(tài)關系一覽表如表1所示。

2) 通信轉(zhuǎn)換器

每個充電架上都包括兩個數(shù)據(jù)采集卡，采集卡負責采集礦燈的充電參數(shù)。通信轉(zhuǎn)換器可以定時輪詢每個充電架中采集卡的數(shù)據(jù)，采集卡也可主動上傳數(shù)據(jù)。通信轉(zhuǎn)換器可以通過對某個架次數(shù)據(jù)連續(xù)問幾次以提高數(shù)據(jù)的可靠性。架次從1開始。采用和校驗以進一步提高數(shù)據(jù)可靠性，和校驗傳前面一幀中所有數(shù)據(jù)總和的低8位。例如：上方下傳 FFHEEH55H01H 數(shù)據(jù)，那么第5個字節(jié)就應該是44H，若出現(xiàn)和校驗錯誤，或?qū)Ψ經(jīng)]有回答，可再詢問一次等處理手段。通信轉(zhuǎn)換器下傳數(shù)據(jù)格式以及采集卡上傳數(shù)據(jù)格式分別如表2和表3所示。

采樣值由1字節(jié)表示，其中高兩位表示狀態(tài)，低6位表示采樣電壓值。高兩位含義：00斷開 01正在充電 10滿充 11故障，采樣值數(shù)據(jù)格式如表4所示。

3) 工業(yè)控制計算機

通信轉(zhuǎn)換器收集的所有信息通過RS485傳輸?shù)焦I(yè)主控計算機，主控機對收集的數(shù)據(jù)進行分類與分析處理，并保存至數(shù)據(jù)庫服務器庫。主控機中運行有礦燈監(jiān)控管理軟件，通過該軟件，管理員可以設置狀態(tài)輪詢時間間隔、充電報警閥值等參數(shù)，實時掌握礦燈充電狀態(tài)信息、礦工考勤等信息，所有信息均可以圖形和報表的形式顯示。

4) 數(shù)據(jù)庫及Web服務器

數(shù)據(jù)庫服務器中保存著礦燈充電實時數(shù)據(jù)、礦燈取放信息、礦工基本信息、考勤等信息。主控機負責更新數(shù)據(jù)服務器中的實時數(shù)據(jù)。Web服務器主要用于提供Web Service服務，為遠程用戶提供B/S數(shù)據(jù)瀏覽服務。

5) 終端用戶

通過局域網(wǎng)各終端根據(jù)權限可對系統(tǒng)完成錄入、查詢、統(tǒng)計、打印等你功能，從而實現(xiàn)資源共享。

3 監(jiān)控軟件功能組成

監(jiān)控軟件運行于主控計算機，主要包括信息采集與傳輸、礦燈充電監(jiān)控、礦工狀態(tài)查詢、安全報警管理、充電架信息管理、礦工信息維護、考勤管理、數(shù)據(jù)庫備份恢復、基礎數(shù)據(jù)設置、用戶及權限管理、在線幫助等功能。監(jiān)控軟件主要功能組成如圖2所示。

1) 信息采集與傳輸

利用單片機完成對各個充電架中礦燈充電狀態(tài)的采集任務，并通過收集卡將多路數(shù)據(jù)信息匯總至主控機監(jiān)控軟件。

2) 礦燈充電監(jiān)控

以圖形化的方式實時反應各礦燈充電狀態(tài)，主要信息包括在充、充滿、空缺、故障等狀態(tài)。

3) 礦工狀態(tài)查詢

主控機通過采集來的數(shù)據(jù)判定每個礦燈掛入和取出時間（即礦工上井和下井時間），實時反映當前井下礦工、井上礦工、超時工作礦工的統(tǒng)計信息和礦工人員信息。

4) 安全報警管理

系統(tǒng)能對每個礦燈充電次數(shù)進行累計統(tǒng)計。根據(jù)實際充電次數(shù)與規(guī)定的標準充電次數(shù)之差，判定該礦燈的剩余充電次數(shù)。當剩余充電次數(shù)下降到規(guī)定值時，發(fā)出礦燈壽命終止警告，以便有關人員及時采購或更換礦燈。同時，系統(tǒng)能根據(jù)礦燈取出時間對超時工作的礦工進行實時報警提示。

5) 充電架信息

系統(tǒng)能隨時對充電架的數(shù)目、類型、燈位等信息進行增加、修改、刪除等維護操作。

6) 礦工信息管理

系統(tǒng)能隨時查詢和維護礦工的個人信息。主要信息項包括：姓名、性別、出生年月、籍貫、身份證、文化程度、聯(lián)系方式、家庭住址、所用礦燈類別、礦燈充電次數(shù)、工種、工段、職務、用工性質(zhì)以及照片信息。

7) 礦工考勤管理

系統(tǒng)依據(jù)礦燈的摘取、充電操作判定礦工的考勤情況。系統(tǒng)能按周、月、年以及任意時間段對礦工的考勤做出統(tǒng)計，并能對工作時間進行累計統(tǒng)計。

8) 數(shù)據(jù)庫備份恢復

系統(tǒng)提供安全可靠的數(shù)據(jù)庫備份恢復機制，以便于災難性故障后的數(shù)據(jù)恢復工作。

9) 基礎數(shù)據(jù)設置

系統(tǒng)充分考慮可擴充性和可維護性，各項參數(shù)均能靈活設置。例如：礦燈的最大充電次數(shù)、預警充電次數(shù)、系統(tǒng)輪詢時間、有效充電時間、顯示方式、各種人員信息項等。

10) 用戶權限管理

系統(tǒng)針對用戶設置不同權限，只有具備相應權限的用戶才能進行適用系統(tǒng)的特定功能，這樣不但使責權分明，也利于系統(tǒng)的普及和靈活運用。

11) 在線幫助

系統(tǒng)提供詳盡的幫助系統(tǒng)，幫助文檔對系統(tǒng)的安裝、卸載、操作、維護都進行全面詳實的敘述。

12) 報表

系統(tǒng)能對礦工人員信息、工作狀態(tài)信息、考勤信息、礦燈充電次數(shù)等信息進行報表打印，并提供將各種報表導出到EXCEL的功能。

4 系統(tǒng)特點

1) 系統(tǒng)完全適用于網(wǎng)絡環(huán)境。各級領導以及生產(chǎn)部門能夠通過網(wǎng)絡實時了解礦燈的充放電狀態(tài)、充電次數(shù)、礦工工作狀態(tài)、人員基本信息以及考勤情況。

2) 信息采集速度快，實時性強。系統(tǒng)對充電架進行信息采集以及數(shù)據(jù)處理的平均時間可以小于1秒。

3) 系統(tǒng)的可擴充性強，系統(tǒng)可以根據(jù)需要動態(tài)擴充充電架數(shù)目。單套系統(tǒng)最多可管理的充電架數(shù)目為255個，每個充電架可管理的礦燈數(shù)目為128個，每套系統(tǒng)可管理的礦燈總計達32640個。

4) 系統(tǒng)采取模塊化設計技術，能夠根據(jù)特定用戶的需要進行功能定制和升級，并能與已有功能實現(xiàn)平滑銜接。

5) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性高。系統(tǒng)提供安全可靠的數(shù)據(jù)庫備份恢復機制，以便于災難性故障后的數(shù)據(jù)恢復工作。系統(tǒng)軟件性能高度優(yōu)化，運行速度快，且具備完善的內(nèi)部控制機制，避免了出現(xiàn)死機或程序無故終端而造成的數(shù)據(jù)丟失，保證數(shù)據(jù)的安全性和完備性。

6) 系統(tǒng)使用方便、可維護性強。系統(tǒng)界面友好，各種信息的錄入、刪除、修改、查看等操作簡單，易學易用。系統(tǒng)各項參數(shù)均能靈活設置，例如：通信參數(shù)、礦燈的最大充電次數(shù)、預警充電次數(shù)、系統(tǒng)輪詢時間、有效充電時間、顯示方式、各種人員信息項等信息都能動態(tài)配置。

5 推廣應用前景

本系統(tǒng)將燈房前臺操作與后臺管理服務器及企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡緊密連接在一起，實現(xiàn)了礦燈管理的智能化和信息化。通過系統(tǒng)的高效管理可以杜絕長期占用礦燈，減少礦燈投入總量，減少礦燈的不正常充放電數(shù)量，及由此造成的礦燈損壞量、維修量，減少充電架個數(shù)，以減少材料、電能的消耗，從而節(jié)約生產(chǎn)成本，提供生產(chǎn)效率。系統(tǒng)具有可靠性高，響應速度快，采用模塊化設計，可擴展性強，維護方便，操作簡單，功能完善等特點。因此系統(tǒng)具有很好的經(jīng)濟價值和很高的推廣價值。

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