礦燈智能充電管理系統(tǒng)探析

陳惠芳

(西山煤電集團(tuán)公司西銘礦機(jī)電科，山西太原030052)

0 引言

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

1 當(dāng)前我國煤礦企業(yè)礦燈現(xiàn)狀

總體來說，我國國內(nèi)各煤礦企業(yè)基本上采取粗放式的管理模式，對于礦井礦燈充電的監(jiān)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(fā)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(yè)的安全生產(chǎn)留下了隱患。

1.1 礦燈充電的普遍情況

目前，我國國內(nèi)大多數(shù)煤礦企業(yè)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(fā)明以來已經(jīng)歷經(jīng)了一個多世紀(jì)，在技術(shù)和功能方面都存在一定問題。對于蓄電池的日常維護(hù)也較為復(fù)雜，零件內(nèi)部老化現(xiàn)象嚴(yán)重，容易發(fā)生事故。這種類型的礦燈已經(jīng)無法通過技術(shù)改進(jìn)而獲得升級，急需進(jìn)行更換。

1.2 礦燈監(jiān)測管理的普遍情況

煤礦企業(yè)對于礦燈的監(jiān)測和管理情況也存在著許多問題。沒有一個科學(xué)穩(wěn)定的監(jiān)測管理系統(tǒng)，礦燈各種電量數(shù)據(jù)不能夠準(zhǔn)確、快速地收集起來并傳達(dá)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(dá)現(xiàn)場進(jìn)行人為度數(shù)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(rèn)，工作人員的工作量在無形當(dāng)中增加了很多。更讓人擔(dān)憂的是，工作人員往往不能完全發(fā)現(xiàn)礦燈充電所發(fā)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(huán)次數(shù)也沒辦法全面掌握并控制。所以，目前國內(nèi)大多數(shù)煤礦企業(yè)對于礦燈的更新問題都采用18 個月強(qiáng)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(nèi)可能沒有達(dá)到足夠的充放電循環(huán)次數(shù)，強(qiáng)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(tǒng)介紹

針對上述問題，以下介紹了礦燈智能充電管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠提高煤礦企業(yè)礦燈管理的智能化和自動化，強(qiáng)化礦燈管理的準(zhǔn)確性和穩(wěn)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(tǒng)研發(fā)

智能充電管理系統(tǒng)的研發(fā)需要充分考慮煤礦企業(yè)礦井下的實際情況，在掌握井下礦燈狀況的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)。項目的現(xiàn)場調(diào)研包括對于各種類型長點架數(shù)據(jù)的獲取，燈房具體尺寸的測量，視頻監(jiān)視系統(tǒng)線路的設(shè)計和尺寸測量，通訊系統(tǒng)線路的設(shè)計和尺寸測量。根據(jù)以上數(shù)據(jù)測量確定具體方案，包括系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計開發(fā)，以及系統(tǒng)實驗，最終項目驗收。

2.2 智能充電管理系統(tǒng)硬件

該礦燈智能充電管理系統(tǒng)應(yīng)用了目前較為先進(jìn)的紅外線傳感器技術(shù)。傳感器將被放置在充電架充電燈位處，通過感應(yīng)信號可探測到礦燈的存在與否。紅外傳感技術(shù)還可以對礦燈進(jìn)行定位監(jiān)測，并通過光譜鎖相測量技術(shù)來增強(qiáng)信號強(qiáng)度;該礦燈智能充電管理系統(tǒng)應(yīng)用了AD 數(shù)模采樣技術(shù)，能夠?qū)崟r獲取礦燈充電過程中的電流和電壓等數(shù)據(jù)，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(tǒng)應(yīng)用了485 總線和寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)安全、穩(wěn)定地傳輸?shù)娇倷C(jī)控制器;該礦燈智能充電管理系統(tǒng)還設(shè)置了故障報警器，以此保證報警及時性。

充電架的現(xiàn)場施工的內(nèi)容主要包括:①原始充電架內(nèi)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(shù)據(jù)采集板，同時把傳感頭對準(zhǔn)已打好的孔。③將充電架的每層安裝好電源及電源開關(guān)。④按照事先設(shè)計好的電路圖安裝好架內(nèi)電氣線路。⑤充電架的側(cè)板內(nèi)需安裝充電管理系統(tǒng)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(xiàn)場施工的內(nèi)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(jiān)控的線纜則設(shè)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(tǒng)軟件

該礦燈智能充電管理系統(tǒng)的軟件選用計算機(jī)軟件Silvelight 4.0 開放平臺。軟件設(shè)計采用Window Server 2008 服務(wù)器。軟件的設(shè)計要求界面簡單，人機(jī)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(chǔ)之上，硬件充電控制方式采用單片機(jī)控制，可保證足夠的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲穩(wěn)定性和安全性較高，錯誤操作可及時提示，避免出現(xiàn)電腦死機(jī)或者程序中斷造成的數(shù)據(jù)丟失，同時也對一些較為常見的黑客攻擊進(jìn)行了方案預(yù)警。軟件在上電后，首先進(jìn)行各類接口、定時器的數(shù)據(jù)初始化，然后由紅外感應(yīng)器判斷該充電架位是否有礦燈在進(jìn)行充電工作。若充電礦燈為新礦燈，則充電次數(shù)清零，否則，已充電次數(shù)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(jù)收集到的電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行礦燈狀況的判斷分析，發(fā)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(tǒng)功能

該礦燈智能充電管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)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(dāng)電池電量充滿后，系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)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(jiān)測功能。對下井工作人員進(jìn)行監(jiān)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(fā)生。

3)礦燈運行狀態(tài)查詢功能?？梢噪S時查看充電架上滿電量礦燈的數(shù)量以及取走礦燈的數(shù)量。

4)各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功能?？梢越y(tǒng)計某一時間充電架上被取走礦燈的數(shù)量，由此推斷出下井的具體人數(shù)。并且可以累計統(tǒng)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(tǒng)計礦工的出勤和工作時間，可以統(tǒng)計當(dāng)前工作礦工的數(shù)量。

6)相關(guān)數(shù)據(jù)的修改打印功能?？梢噪S時增加減少、修改礦燈和充電架的編號，并詳細(xì)的備份每次修改過程。

7)管理系統(tǒng)的各級用戶權(quán)限管理?？梢苑譃橐话阌脩襞c責(zé)任用戶。一般用戶查看的只是普通的信息，而責(zé)任用戶才有權(quán)限對數(shù)據(jù)加以修改，以此避免礦工隨意更改使用記錄等情況的發(fā)生。

3 結(jié)語

總之，通過將智能計算機(jī)充電檢測和管理系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦企業(yè)礦燈管理中，能夠為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)提供科學(xué)、合理的技術(shù)支持，有助于提高礦井礦燈的穩(wěn)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(yè)礦燈管理智能化和自動化是未來發(fā)展的方向，我們應(yīng)善于利用高新技術(shù)為國家、人民的財產(chǎn)乃至生命安全提供強(qiáng)有力的保障。

［1］潘俊濤，袁國榮.礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.煤礦現(xiàn)代化，2012，2(9):41 －43.

［2］曹凱，李念強(qiáng)，王永玲.礦燈智能充電管理系統(tǒng)［J］.工業(yè)控制計算機(jī)，2012，11(20):102 －103 +105.

［3］杜明利.現(xiàn)代化礦井燈房智能充電架管理系統(tǒng)［J］.自動化應(yīng)用，2013，10(14):13 +69.