煤矿矿灯智能监控系统的设计与实现

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摘要：煤矿矿灯智能监控系统依据煤矿矿灯充电控制原理以及煤矿考勤制度的现状，集信息采集、信息管理于一体，满足了煤矿矿灯管理现代化、智能化、信息化及安全化的需要，实现了从放灯、充电、充满、取灯、使用到自动统计、报告、考勤等全过程动态管理，为管理及决策者实时提供了快速、准确、全面的信息依据。该文首先介绍了系统的研制背景及意义；然后分别阐述了系统的整体构成以及监控软件的功能组成；最后介绍了系统的技术特点和推广应用前景。

关键词：矿灯；监控；智能；管理信息系统

中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：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 系统概述

矿灯是矿工井下作业必须携带的照明工具，通过对矿灯使用维护的合理有效管理，不但可以减少矿灯的投放量，延长矿灯使用寿命，从而节约生产成本；同时还可以及时掌握、统计矿工的下井（出勤）情况，从而实现对矿工的绩效考核。因此矿灯管理直接关系到矿工的安全和煤矿的经济效益。

煤矿矿灯智能监控管理信息系统是由研制单位根据煤矿矿灯充电控制原理以及煤矿考勤制度的现状，为满足煤矿矿灯管理现代化、智能化、信息化及安全化的需要而提出集信息采集、信息管理于一体的基于网络技术的智能信息管理系统。

该系统实现了从放灯、充电、充满、取灯、使用到自动统计、报告、考勤等全过程动态管理。为管理者、决策者实时提供了快速、准确、全面的信息依据，为矿灯和人员的管理和安全预防、决策打下了基础，开创了矿灯信息化管理的新纪元。

2 系统的整体构成

2.1 系统的体系结构

系统主要由硬件和软件两大部分组成。其中硬件部分主要包括：智能充电架、数据采集卡、多路通信转接器、工业控制机、传输系统、数据库服务器、Web服务器、浏览终端等。软件部分主要包括运行于主控计算机的矿灯监控软件和终端的数据查询软件。系统即可以运行于单机环境，也可以运行于网络环境。主控程序运行于主控机，完成信息采集、分析处理、信息显示、数据统计和报表输出以及数据维护等功能。浏览终端通过网络以C/S或B/S方式访问主控数据库，并实时显示矿灯及矿工状态。所有信息均能方便的实现统计报表打印。系统整体结构如图1所示。

2.2 主要部件的功能

1) 智能充电架

本充电架上装有2个64位数据采集卡，可同时采集128个矿灯的有关数据。每只矿灯均由独立的开关式充电器充电。充电器输出直接与矿灯电池相连，线路损耗小，充电电压精度高。开关式充电器允许交流输入电压变化范围宽（85V－275V），适用于矿井恶劣的供电环境。

充电控制功能是建立在镍氢电池矿灯、单片机0V控制充电硬件基础上的。在充电过程中，采用先进的0V控制方式。当显示0V时，矿灯电量充满，自动转入涓冲，由红、绿LED灯显示。达到矿灯电量既能充满，又不过冲，从而缩短充电时间、延长矿灯寿命、降低充电和使用成本。同时也消除了倒班时因时间短，矿灯电量不满而影响工作的后顾之忧。

充电架上每个灯位都有一个小电路板，小电路板上有两根连线J1、J2，它们负责向采集卡通告当前灯位的状态信息。其中J1高电平表示矿灯是在灯架上，低电平表示矿灯不在架上；J2表示矿灯是否充满电，它仅在J1为高电平时才有意义，J2高电平表示充满，低电平表示没充满。高电平指在4V左右，低电平表示在0V左右。监控系统完全根据J1、J2的电平来判别矿灯的状态。充电状态与连线状态关系一览表如表1所示。

2) 通信转换器

每个充电架上都包括两个数据采集卡，采集卡负责采集矿灯的充电参数。通信转换器可以定时轮询每个充电架中采集卡的数据，采集卡也可主动上传数据。通信转换器可以通过对某个架次数据连续问几次以提高数据的可靠性。架次从1开始。采用和校验以进一步提高数据可靠性，和校验传前面一帧中所有数据总和的低8位。例如：上方下传 FFHEEH55H01H 数据，那么第5个字节就应该是44H，若出现和校验错误，或对方没有回答，可再询问一次等处理手段。通信转换器下传数据格式以及采集卡上传数据格式分别如表2和表3所示。

采样值由1字节表示，其中高两位表示状态，低6位表示采样电压值。高两位含义：00断开 01正在充电 10满充 11故障，采样值数据格式如表4所示。

3) 工业控制计算机

通信转换器收集的所有信息通过RS485传输到工业主控计算机，主控机对收集的数据进行分类与分析处理，并保存至数据库服务器库。主控机中运行有矿灯监控管理软件，通过该软件，管理员可以设置状态轮询时间间隔、充电报警阀值等参数，实时掌握矿灯充电状态信息、矿工考勤等信息，所有信息均可以图形和报表的形式显示。

4) 数据库及Web服务器

数据库服务器中保存着矿灯充电实时数据、矿灯取放信息、矿工基本信息、考勤等信息。主控机负责更新数据服务器中的实时数据。Web服务器主要用于提供Web Service服务，为远程用户提供B/S数据浏览服务。

5) 终端用户

通过局域网各终端根据权限可对系统完成录入、查询、统计、打印等你功能，从而实现资源共享。

3 监控软件功能组成

监控软件运行于主控计算机，主要包括信息采集与传输、矿灯充电监控、矿工状态查询、安全报警管理、充电架信息管理、矿工信息维护、考勤管理、数据库备份恢复、基础数据设置、用户及权限管理、在线帮助等功能。监控软件主要功能组成如图2所示。

1) 信息采集与传输

利用单片机完成对各个充电架中矿灯充电状态的采集任务，并通过收集卡将多路数据信息汇总至主控机监控软件。

2) 矿灯充电监控

以图形化的方式实时反应各矿灯充电状态，主要信息包括在充、充满、空缺、故障等状态。

3) 矿工状态查询

主控机通过采集来的数据判定每个矿灯挂入和取出时间（即矿工上井和下井时间）,实时反映当前井下矿工、井上矿工、超时工作矿工的统计信息和矿工人员信息。

4) 安全报警管理

系统能对每个矿灯充电次数进行累计统计。根据实际充电次数与规定的标准充电次数之差，判定该矿灯的剩余充电次数。当剩余充电次数下降到规定值时，发出矿灯寿命终止警告，以便有关人员及时采购或更换矿灯。同时，系统能根据矿灯取出时间对超时工作的矿工进行实时报警提示。

5) 充电架信息

系统能随时对充电架的数目、类型、灯位等信息进行增加、修改、删除等维护操作。

6) 矿工信息管理

系统能随时查询和维护矿工的个人信息。主要信息项包括：姓名、性别、出生年月、籍贯、身份证、文化程度、联系方式、家庭住址、所用矿灯类别、矿灯充电次数、工种、工段、职务、用工性质以及照片信息。

7) 矿工考勤管理

系统依据矿灯的摘取、充电操作判定矿工的考勤情况。系统能按周、月、年以及任意时间段对矿工的考勤做出统计，并能对工作时间进行累计统计。

8) 数据库备份恢复

系统提供安全可靠的数据库备份恢复机制，以便于灾难性故障后的数据恢复工作。

9) 基础数据设置

系统充分考虑可扩充性和可维护性，各项参数均能灵活设置。例如：矿灯的最大充电次数、预警充电次数、系统轮询时间、有效充电时间、显示方式、各种人员信息项等。

10) 用户权限管理

系统针对用户设置不同权限，只有具备相应权限的用户才能进行适用系统的特定功能，这样不但使责权分明，也利于系统的普及和灵活运用。

11) 在线帮助

系统提供详尽的帮助系统，帮助文档对系统的安装、卸载、操作、维护都进行全面详实的叙述。

12) 报表

系统能对矿工人员信息、工作状态信息、考勤信息、矿灯充电次数等信息进行报表打印，并提供将各种报表导出到EXCEL的功能。

4 系统特点

1) 系统完全适用于网络环境。各级领导以及生产部门能够通过网络实时了解矿灯的充放电状态、充电次数、矿工工作状态、人员基本信息以及考勤情况。

2) 信息采集速度快，实时性强。系统对充电架进行信息采集以及数据处理的平均时间可以小于1秒。

3) 系统的可扩充性强，系统可以根据需要动态扩充充电架数目。单套系统最多可管理的充电架数目为255个，每个充电架可管理的矿灯数目为128个，每套系统可管理的矿灯总计达32640个。

4) 系统采取模块化设计技术，能够根据特定用户的需要进行功能定制和升级，并能与已有功能实现平滑衔接。

5) 系统数据安全性高。系统提供安全可靠的数据库备份恢复机制，以便于灾难性故障后的数据恢复工作。系统软件性能高度优化，运行速度快，且具备完善的内部控制机制，避免了出现死机或程序无故终端而造成的数据丢失，保证数据的安全性和完备性。

6) 系统使用方便、可维护性强。系统界面友好，各种信息的录入、删除、修改、查看等操作简单，易学易用。系统各项参数均能灵活设置，例如：通信参数、矿灯的最大充电次数、预警充电次数、系统轮询时间、有效充电时间、显示方式、各种人员信息项等信息都能动态配置。

5 推广应用前景

本系统将灯房前台操作与后台管理服务器及企业内部网络紧密连接在一起，实现了矿灯管理的智能化和信息化。通过系统的高效管理可以杜绝长期占用矿灯，减少矿灯投入总量，减少矿灯的不正常充放电数量，及由此造成的矿灯损坏量、维修量，减少充电架个数，以减少材料、电能的消耗，从而节约生产成本，提供生产效率。系统具有可靠性高，响应速度快，采用模块化设计，可扩展性强，维护方便，操作简单，功能完善等特点。因此系统具有很好的经济价值和很高的推广价值。

参考文献：

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