基于效率優化的礦燈智能充電監測管理系統的研究

韓 娜

（山西焦煤西山煤電集團公司西銘礦， 山西 太原 030052）

引言

礦燈被譽為礦工的眼睛，為煤礦工作面安全順利的推進提供有效的保障[1]。因此，確保礦燈的工作安全可靠，對礦燈照明效果以及質量進行及時檢測是煤礦管理科學化的主要任務之一。隨著礦燈管理水平的發展，現階段礦燈自動化、智能化水平也得到了相應提高。本文針對某礦礦燈管理情況，解決礦燈使用效率較低的問題，為礦山自動化發展提供技術指導[2]。

1 某礦礦燈現狀分析

某礦下井職工超過3 500人，對于礦燈管理采用集中存放原則，專人專燈。通過燈房工人巡檢或礦工反映等途徑來確認問題礦燈，礦燈強制性淘汰周期為18個月，這種管理方式造成了資源的浪費，同時增加了礦山的安全管理成本[3]。

1.1 礦燈充電情況

某礦現用礦燈為KL型鋰電池礦燈，由于鋰電池礦燈充電時對電壓和電流要求比較高，對于故障礦燈必須及時發現和處理，否則會影響鋰電池充電效率和礦燈使用壽命。所用鋰電池礦燈處于正常充電狀態時，電路電壓須維持3.6～4 V，電流在2 A左右，當礦燈充電達到其容量的80%時，礦燈即進入涓充階段，此時電路電壓維持4.5～5 V，而電魚機小于0.5 A。礦燈充電完畢后，礦燈保護板進入保護狀態，不會有電流流過電路。

為便于礦山管理的科學化決策，煤礦信息調度中心要求匯集礦燈的相關數據。而由于礦燈充電時須在充電架上，故充電電流以及充電電壓數據只能人為讀取，無法自動上傳，數據記錄不精確，且礦燈充電正常與否依靠礦燈房職工巡檢確認，工作量大，無法對礦燈充電質量進行精確判定[4]。

1.2 礦燈管理情況

礦燈出勤情況由礦燈房工作人員人為記錄，但是該方式無法掌握每盞礦燈的取走時間以及上架充電時間，每盞礦燈在使用期間對于充放電循環具有嚴格的要求，而現階段無法掌握這類數據。故燈房工作人員只能使礦燈強制性上架18個月后就更換新燈，造成了有的礦燈根本達不到500個充放電循環即遭淘汰，故礦燈使用效率低，造成了資源浪費[5]。

2 礦燈智能充電監測管理系統

根據該礦礦燈使用和管理情況，研究設計了礦燈智能充電監測管理系統，解決了礦燈使用效率低、礦燈充電效果不佳的問題。

2.1 系統研發流程

系統研發流程見圖1。

圖1 系統研發流程圖

2.2 系統硬件設計

礦燈智能充電監測管理系統采用先進的紅外線傳感器技術，對礦燈進行定位監測，同時應用光譜鎖相測量技術，增強系統紅外抗干擾能力，提高了監測定位的精確度以及可靠性。改善原有的人工統計數模式，應用AD數模采樣技術，將礦燈充電過程中的電流、電壓變化數字化，工作量大大減少，且能夠對礦燈取走上架時間、充電故障等充電狀態進行實時監測。將這些數據通過485總線和寬帶網絡技術，安全、可靠地傳輸到后臺控制機，可以確定工人出勤情況，以便及時處理礦燈的故障狀況。

2.2.1 充電架現場施工

在充電架充電頭處安裝傳感器的位置打孔，孔的直徑為10 mm；在充電頭固定處安裝數據采集板；在充電架每層內安裝開關電源，并固定起來；按照電氣電路圖將充電架內的采集板連接，作為采集信號的零電平線，實現架內電氣線路的安裝；從開關電源引5 V電源連接主控制板。

2.2.2 信號線現場施工

在礦燈房采用單信號線地埋方式連接信號線，安裝監控線纜，將兩線共同連接至燈房控制機，保證礦燈充電狀態能夠及時傳輸至管理部門，便于制定相關措施處理礦燈故障問題。

2.3 系統軟件設計

系統采用最新科技—Silvelight 4.0開發平臺，開發軟件程序運行于微軟公司WindowServer 2010服務器。要求軟件設計形式簡潔、界面美觀、操作簡單，便于初學者進行系統學習。保證礦燈信息的無誤錄入以及查詢。采用單片機控制方式，結合鋰電池充電，提高礦燈的充電效率和數據的可靠傳輸。

2.4 系統實現的功能

1）充電控制功能。在礦燈鋰電池充電過程中，采用單片機控制方式。當電池電量充滿后，會自動轉入涓充，由LED燈顯示充電完成狀態。此種控制方式縮短了充電時間，提高了充電效率，延長了礦燈使用壽命，降低了充電和使用成本。

2）安全查詢功能。下井工人下班后，對于未上井的工作人員，該系統可快速統計人員數量，進而提供人員信息。

3）礦燈狀態顯示功能。可實時查看充電礦燈的數量以及充電狀態，分析礦燈房全部充電架的礦燈充電和管理情況。

4）數據統計功能。通過統計每個礦燈的充放電循環次數，判斷充電礦燈的壽命狀況，進而決定是否更換礦燈。

2.5 系統的使用效果分析

將礦燈智能充電監測管理系統應用于某礦，達到對礦燈充電狀態實時監測的目的，對每班下井工人未及時上井的人員數量及時統計、顯示和報告，以達到迅速、準確地提供井下人員信息，供領導分析、決策。同時，該系統及時對故礦燈做出報警提示，減少了井下工人生產時的礦燈故障率。

該系統促進了煤礦科學的安全管理水平，擺脫了以往煤礦中大量人力管理的弊端，自動化水平大大提高，該礦在提高生產效率的同時減少了成本投入，企業經濟效益明顯增加。

3 效益分析

3.1 礦燈智能充電監測管理系統的經濟效益

1）人力經濟效益。通過與原系統成本對比，使用礦燈智能充電監測管理系統后的經濟開支減少了30.11萬元。

2）時間經濟效益。使用該系統后免去了工作人員的考勤時間，節省費用達1.78萬元，同時也提高了工作效率。

3）故障經濟效益。由于礦燈故障問題影響工作面生產進度，進而造成經濟損失。此系統可減少因礦燈故障引起的最小經濟損失為247.33萬元。

綜合分析，共創經濟效益279.22萬元，效果明顯。

3.2 燈房智能充電監測管理系統的社會效益

使用礦燈智能充電監測管理系統后，其帶來的社會效益顯著。利用該系統及時發現問題礦燈，確保故障礦燈不下井，保證了礦山的安全生產，保證了礦燈電量充足，提高了礦山生產效率；引進礦山自動化技術，提升了煤礦科學管理水平，為礦山向機械化、自動化、智能化程度大發展提供了數據化指導，社會效益巨大。

4 結論

1）礦燈智能充電監測管理系統采用紅外傳感技術對礦燈進行定位監測，并利用光譜鎖相測量技術，增強了系統紅外抗干擾能力，確保了定位監測的精度及系統可靠性；

2）礦燈智能充電監測管理系統采用AD數模采樣技術，實現了礦燈管理的自動化、智能化管理；

3）某礦應用礦燈智能充電監測管理系統后，礦燈充電效率得到提高，其經濟、社會效益顯著。

[1] 曹凱.礦燈智能充電管理系統[D].濟南：濟南大學，2013:1-2.

[2] 孫繼平.煤礦井下安全避險“六大系統”的作用和配置方案[J].工礦自動化，2010（11）：1-4.

[3] 朱和強.煤礦礦燈房數字化監控管理系統應用 [J].煤炭技術，2011（1）：21；24.

[4] 杜明利.現代化礦井燈房智能充電架管理系統[J].自動化應用，2013（10）：13；68.

[5] 張國強，王瑋.礦燈充電管理系統的設計與實現[J].煤炭技術，2010（12）：232-234.