礦燈智能充電管理系統探析

陳惠芳

(西山煤電集團公司西銘礦機電科，山西太原030052)

0 引言

由于我國煤礦事故發生率居高不下，煤礦企業的安全問題一直是國家和社會關注的重點，煤礦事故的發生會給國家和人民的生命財產安全帶來嚴重的損害。礦井內的礦燈可以說是礦工的眼睛，是安全生產的第一保障，如果礦燈出現問題，那么其他安全設備也很難發揮作用。不斷推進礦井礦燈智能化、自動化是近幾年來煤礦安全設備發展的方向。筆者從礦燈現狀開始，對礦燈智能充電管理系統進行了深入探究。

1 當前我國煤礦企業礦燈現狀

總體來說，我國國內各煤礦企業基本上采取粗放式的管理模式，對于礦井礦燈充電的監測和管理更是注視度不夠，自動化和智能化程度大大落后于國外煤炭開發大國。落后的礦燈管理模式不僅浪費人力物力，也給煤礦企業的安全生產留下了隱患。

1.1 礦燈充電的普遍情況

目前，我國國內大多數煤礦企業的礦燈類型，一般為酸性或堿性蓄電池。這種電池充電模式自發明以來已經歷經了一個多世紀，在技術和功能方面都存在一定問題。對于蓄電池的日常維護也較為復雜，零件內部老化現象嚴重，容易發生事故。這種類型的礦燈已經無法通過技術改進而獲得升級，急需進行更換。

1.2 礦燈監測管理的普遍情況

煤礦企業對于礦燈的監測和管理情況也存在著許多問題。沒有一個科學穩定的監測管理系統，礦燈各種電量數據不能夠準確、快速地收集起來并傳達給工作人員。許多礦燈的充電電流和電壓情況都顯示在充電架上，在這種情況下，工作人員只能到達現場進行人為度數而不是自動上傳。另外，充電過程是否順利正常也需要工作人員巡檢確認，工作人員的工作量在無形當中增加了很多。更讓人擔憂的是，工作人員往往不能完全發現礦燈充電所發生的問題，這就給煤礦井下施工埋下了安全隱患。工作人員對于礦燈的取走時間、充電時間、充放電循環次數也沒辦法全面掌握并控制。所以，目前國內大多數煤礦企業對于礦燈的更新問題都采用18 個月強制更換的方法。然而由于使用頻率不一，有些礦燈在18 個月以內可能沒有達到足夠的充放電循環次數，強制性更換的模式將造成資源的浪費。

2 礦燈智能充電管理系統介紹

針對上述問題，以下介紹了礦燈智能充電管理系統，該系統能夠提高煤礦企業礦燈管理的智能化和自動化，強化礦燈管理的準確性和穩定性，減少工作人員的工作量，并避免資源浪費。

2.1 智能充電管理系統研發

智能充電管理系統的研發需要充分考慮煤礦企業礦井下的實際情況，在掌握井下礦燈狀況的基礎上進行系統研發。項目的現場調研包括對于各種類型長點架數據的獲取，燈房具體尺寸的測量，視頻監視系統線路的設計和尺寸測量，通訊系統線路的設計和尺寸測量。根據以上數據測量確定具體方案，包括系統硬件和軟件的設計開發，以及系統實驗，最終項目驗收。

2.2 智能充電管理系統硬件

該礦燈智能充電管理系統應用了目前較為先進的紅外線傳感器技術。傳感器將被放置在充電架充電燈位處，通過感應信號可探測到礦燈的存在與否。紅外傳感技術還可以對礦燈進行定位監測，并通過光譜鎖相測量技術來增強信號強度;該礦燈智能充電管理系統應用了AD 數模采樣技術，能夠實時獲取礦燈充電過程中的電流和電壓等數據，并幫助工作人員判斷出礦燈的充電狀況，充電完成與否，是否處在故障等;該礦燈智能充電管理系統應用了485 總線和寬帶網絡技術，能夠將采集到的數據安全、穩定地傳輸到總機控制器;該礦燈智能充電管理系統還設置了故障報警器，以此保證報警及時性。

充電架的現場施工的內容主要包括:①原始充電架內部的電路拆除，為紅外線傳感器的安裝打孔。②在充電頭固定處安裝數據采集板，同時把傳感頭對準已打好的孔。③將充電架的每層安裝好電源及電源開關。④按照事先設計好的電路圖安裝好架內電氣線路。⑤充電架的側板內需安裝充電管理系統的主控制板，同時將控制板與匹配電源相連。通過從隔離變壓器上引出220 V 交流電，與主電路連接。

信號線的現場施工的內容主要包括:①為充電架信號線布置地埋槽，將其以單信號線地埋的方式埋入地下。②監控的線纜則設置在天花板上面，可沿柱體或墻面走向天花板。③所有的線路最終引至礦燈控制室。

2.3 智能充電管理系統軟件

該礦燈智能充電管理系統的軟件選用計算機軟件Silvelight 4.0 開放平臺。軟件設計采用Window Server 2008 服務器。軟件的設計要求界面簡單，人機友好，信息錄入和修改都較為方便，易于管理。軟件要建立在鋰電池礦燈充電控制硬件的基礎之上，硬件充電控制方式采用單片機控制，可保證足夠的準確性及穩定性。該系統的數據存儲穩定性和安全性較高，錯誤操作可及時提示，避免出現電腦死機或者程序中斷造成的數據丟失，同時也對一些較為常見的黑客攻擊進行了方案預警。軟件在上電后，首先進行各類接口、定時器的數據初始化，然后由紅外感應器判斷該充電架位是否有礦燈在進行充電工作。若充電礦燈為新礦燈，則充電次數清零，否則，已充電次數加一。在保證充電完成后，軟件控制充電端口停止充電。軟件可根據收集到的電壓電流數據進行礦燈狀況的判斷分析，發生異常，包括礦燈未充滿就被取走的情況，能夠控制報警器報警。

2.4 智能充電管理系統功能

該礦燈智能充電管理系統可以實現的具體功能有以下幾點。

1)礦燈的充電自動化控制。礦燈使用的為鋰電池，在充電過程中，當電池電量充滿后，系統會自動轉換為涓充，并且LED燈會顯示充電完畢，并自動終止充電。這樣會使礦燈的使用壽命得到延長，降低使用成本。同時會避免在倒班后，礦燈由于電量不足影響正常工作。

2)輔助礦工安全監測功能。對下井工作人員進行監測，可以提供個人所在位置、個人信息以及下井時間，避免安全事故發生。

3)礦燈運行狀態查詢功能。可以隨時查看充電架上滿電量礦燈的數量以及取走礦燈的數量。

4)各類數據的統計功能。可以統計某一時間充電架上被取走礦燈的數量，由此推斷出下井的具體人數。并且可以累計統計，比如某盞礦燈的使用頻率，每月、每年共使用了多少次，最終確定礦燈的使用壽命及是否需要更換。

5)輔助礦工考勤及管理功能。通過礦燈統計礦工的出勤和工作時間，可以統計當前工作礦工的數量。

6)相關數據的修改打印功能。可以隨時增加減少、修改礦燈和充電架的編號，并詳細的備份每次修改過程。

7)管理系統的各級用戶權限管理。可以分為一般用戶與責任用戶。一般用戶查看的只是普通的信息，而責任用戶才有權限對數據加以修改，以此避免礦工隨意更改使用記錄等情況的發生。

3 結語

總之，通過將智能計算機充電檢測和管理系統應用到煤礦企業礦燈管理中，能夠為煤礦企業的安全生產提供科學、合理的技術支持，有助于提高礦井礦燈的穩定性，并且借助于自動化管理也有助于減少人工的工作量。因此，煤礦企業礦燈管理智能化和自動化是未來發展的方向，我們應善于利用高新技術為國家、人民的財產乃至生命安全提供強有力的保障。

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