煤礦機電設備管理系統(tǒng)需求分析及架構方案設計

梁毅勇

摘 要：現如今的煤礦的生產形勢嚴峻，煤礦的礦用物資浪費嚴重，尤其物資管理依舊是紙質版人為登記收、發(fā)管理，庫管人員又缺乏相應的職業(yè)技術素質，導致收發(fā)設備、配件時錯發(fā)、多發(fā)、少發(fā)等現象極其普遍，另外，惡劣的井下工作環(huán)境使得礦用設備物資具有很大的不穩(wěn)定性，無法實時準確地對庫存設備物資以及在用設備物資進行監(jiān)控監(jiān)測。對此，煤礦礦用設備物資管理需要盡快改進，這里以煤礦機電設備管理系統(tǒng)需求分析，采用RFID技術優(yōu)點來彌補以前人工管理的缺點，從而保證煤礦上人身、設備物資的安全，以及在物資設備使用狀態(tài)可實現相對節(jié)約。

關鍵詞：煤礦礦用機電設備；物資管理；RFID技術

中圖分類號：TD61 文獻標識碼：A

按照煤礦的礦用機電設備類物資現有的管理方式，結合井上下機電物資對該類系統(tǒng)的需求分析，按照煤礦可用的RFID技術特點及優(yōu)勢，編制全套的應用方案和系統(tǒng)的全套架構，并將各個模塊進行優(yōu)勢匹配性篩選后再完成相應的設計，同時根據編制原則，設計出系統(tǒng)的相關流程圖，選用原型模型對該系統(tǒng)進行建立工作。

1. RFID技術進行煤礦礦用設備物資管理的優(yōu)勢

選擇RFID技術進行煤礦礦用設備物資管理是煤礦物資設備管理的重要技術改進工作，同時還需要其他輔助工具來完成，例如后臺監(jiān)控主機、后臺監(jiān)控系統(tǒng)等硬件或者軟件的支持，這些軟硬件部分組合起來形成一套完整的設備管理系統(tǒng)，只有這樣，才能夠真正完成煤礦礦用物資中井上下機電設備、配件的綜合管理。

1.1 系統(tǒng)設計原則

煤礦礦用物資的機電設備管理系統(tǒng)在設計過程中，應該滿足實時性、準確性、動態(tài)穩(wěn)定性、可移植性，互操作性等原則，具體原則如下：

（1）實用性。和計算機、數據庫等資源相結合，節(jié)省開支，利用最少的資源來滿足系統(tǒng)實際功能需求，以此來尋求利益的最大化。

（2）可靠性。設計該系統(tǒng)時要將軟件和硬件功能穩(wěn)定性考慮在內。軟件上亟待處理的問題是：數據內部的相互匹配和輸入等數據庫類的功能。硬件上必須考慮的是：煤礦礦用物資類材料、設備配件的空間位置，硬件安排要盡量消除環(huán)境帶來的不利因素。

（3）安全性。對工作人員進行相應的權力權限管理，級別不夠，不能查看數據庫，這樣，數據庫能保證一定的安全性，同時也能夠對工作人員進行合理地劃分。

（4）擴充性。對系統(tǒng)的可移植性和互操作性要求較高，既能夠達到硬件上的相互獨立和相互兼容，又能夠符合軟件資源共享和軟件更新的需求。

（5）便捷性。軟件上來說，人機交互系統(tǒng)界面的交互性保證較高水平，硬件上來說，硬件設計要盡量經濟節(jié)約、簡單易懂。

（6）信息共享。在滿足要求的一定時空范圍內，每個部門的技術工作人員能夠根據自己相應的職位權限來對相關信息進行調用和閱讀。

（7）開放性。當更換主機或者網絡時，該系統(tǒng)應該能夠和其他信息系統(tǒng)及其數據庫進行數據交換，并且不能出現技術上的失誤。

1.2 系統(tǒng)需求分析

在進行總體設計之前，首先對具體管理情況深入了解，然后再進行需求分析，具體過程大致如下：第一步，將井上下具體設備模擬圖和后臺主機數據庫連接，這樣做可以使得設備管理系統(tǒng)與RFID射頻辨認相結合。第二步，對具體的井上下礦用物資管理系統(tǒng)進行編制，用礦用物資中的機電設備裝置信息實現計算機的智能化、信息化管理。

1.2.1 性能需求分析

根據煤企在礦用機電設備物資管理方面暴露出的問題，通過長期的跟蹤調研，最終以礦方具體的管理結構特征確定了煤礦企業(yè)對系統(tǒng)的具體需求，如下：

（1）現有礦用機電設備物資管理系統(tǒng)缺乏實用性，尤其不利于對設備物資的管理，相關設備數據統(tǒng)一整合工作亟待完善。

（2）礦用機電設備信息共享不暢，導致管理手段局限，亟待提升管理模式。

（3）人為因素導致設備管理普遍存在安全性不足、可靠性不高，導致在用設備檢修保養(yǎng)不到位，亟待提高使用設備的實時監(jiān)管效率。

1.2.2 硬件功能需求分析

（1）防爆性能達到國家規(guī)定。

（2）任意讀取且具備自動識別功能。

（3）存儲容量大、堅固耐用且作業(yè)不受時間、空間、光線強弱限制。

（4）必須滿足“一對多”識別方式。

1.2.3 軟件功能需求分析：

（1）按常規(guī)煤礦機電設備物資的地面入庫管理流程開發(fā)，軟件需具備如下功能：設備錄入、設備查詢、設備修改、設備調撥、設備刪除、設備配發(fā)、設備領用、設備維修登記、設備借用、設備歸還共十大基本功能，除此之外，其他功能各礦要求不盡相同，設計時可按礦上實際需求進行開發(fā)。

（2）按煤礦設備井下實時跟蹤管理要求，軟件需具備如下功能：①設備搜索導航功能：以便對機電設備物資準確定位，及時跟蹤管理。②設備故障提醒功能：以便對故障設備及時發(fā)現、及時處理。③設備基礎信息管理功能：按設備使用信息和統(tǒng)計信息及時向管理人員反饋及查詢。④倉庫信息管理功能：對新到設備、檢修完的設備及原庫存設備進行全面掌握。⑤故障設備管理功能：以便管理人員及時掌握發(fā)生故障設備的處理現狀。⑥設備維修管理功能：按設備檢修周期，定時、定點指定需保養(yǎng)設備，保證設備維修保養(yǎng)到位。⑦設備報廢管理功能：對煤礦超過使用周期產生的報廢設備進行統(tǒng)計反饋。⑧設備檢查記錄功能：對煤礦設備日檢、巡檢、月檢、年檢情況進行統(tǒng)計反饋。

1.3 系統(tǒng)總體架構與設計

1.3.1 RFID技術的確定

RFID技術具有非接觸性，自動識別性，抗干擾性，穿透性強，保密性強，一對多特性，所以適用場合很廣。

和其他技術相比，RFID射頻辨認表現出比較實用的優(yōu)點有5點：

（1）隨意讀取。RFID技術要求只要距離合適，位置合適，就能夠準確地進行感應掃描，讀寫器能夠立即做出響應，并且從電子標簽上讀取或者寫入相關數據信息。

（2）存儲容量大。由于目前IT信息技術越來越高、精、尖，各種電子標簽的存儲空間也越來越大。這些為所開發(fā)的系統(tǒng)容量的擴展提供了條件。

（3）“一對多”標簽讀取方式。RFID讀寫器每次可以同時讀取多個電子標簽，與傳統(tǒng)的一次僅僅能讀取一個條形碼的情況相比，RFID的這個技術優(yōu)點為設備批量管理功能的出現提供了條件。

（4）堅固耐用性。RFID可以無視時間和空間進行運行，而且比較堅固耐用，不容易受到雨雪灰塵的影響，這樣使得系統(tǒng)能夠得到保障。

（5）全天候工作能力。條形碼識別技術在夜間工作能力比較弱，相比之下，RFID射頻辨認在夜間工作幾乎不會受到任何影響。

1.3.2 系統(tǒng)整體設計方案

系統(tǒng)的整體架構設計采用結構化設計方法，這種結構化設計方法的核心是以煤礦機電設備管理所需實現功能設計的程序或系統(tǒng)，由一組功能操作來構成整個設計的基礎，在此基礎上由管理人員要先“拋開”程序、模塊和過程的內部情況，對系統(tǒng)架構之間的關系進行分析。

（1）整體架構設計方案。結構化設計的最終目標是系統(tǒng)在硬件上相互獨立，在軟件上數據能夠共享，可以相互驗證，然后結合起來共同實現系統(tǒng)的整體功能。該系統(tǒng)主要模塊有8個，分別是設備基礎設施模塊、設備事故模塊、設備查詢模塊、設備管理模塊、設備布置模擬圖的基本操作模塊、設備布置模擬圖的編輯模塊、生產管理模塊和統(tǒng)計報表模塊。根據結構化設計方法理論和用戶要求以實物功能模塊化應用進行設計，系統(tǒng)主界面用的軟件平臺分系統(tǒng)界面、SQL軟件、圖形軟件3部分。其中系統(tǒng)界面分地面設備布置模擬圖、井下設備布置模擬圖、排水網絡圖、壓風網絡圖4塊界面，SQL軟件分設備購置庫、設備提醒庫、設備基礎庫、設備加工庫、設備領用庫、設備事故庫、設備維修庫、設備履歷庫、設備報廢庫、設備用戶庫10項，圖形軟件分圖形數據庫和屬性數據庫，兩個數據庫分別對巷道、工作面、設備進行數據統(tǒng)計匯總后編入SDE數據，和SQL軟件進行數據共享。

（2）軟件架構設計方案。系統(tǒng)軟件主要包含3方面內容：數據庫的使用，串口通信的設計以及登陸界面。該系統(tǒng)軟件架構設計按煤礦機電設備智能化管理要求進行設計，首先要有友好訪問界面設計、運行安全管理設計、物資交流信息梯次管理設計、數據庫訪問以及串口通信設計。上位機的用戶訪問界面采用最新的虛擬儀器（Lab VIEW）技術。Lab VIEW采用圖形化編程語言，代替了傳統(tǒng)的文本行編程，節(jié)省了設計開發(fā)時間。串口通信及用戶訪問界面采用Lab VIEW創(chuàng)建應用程序；數據庫選用微軟公司的Microsoft Office Access。本系統(tǒng)的對象是煤礦礦用機電設備物資，設備物資種類多且復雜，狀態(tài)層次不齊，相關參數存在不確定因素較多，為此，選取SQL Server 2005數據庫作為本企業(yè)數據管理解決方案的核心。系統(tǒng)完成機電設備數據采集后，進行數字化處理并且提供CAD相關的轉換功能。

（3）硬件架構設計方案。系統(tǒng)硬件主要由3大部分組成，分別是地面機電設備管理中心，傳輸平臺和井下無線信號及數據采集設備組成；地面機電設備管理中心由監(jiān)控主機，數據傳輸接口組成，其中監(jiān)控主機對整個系統(tǒng)設備及井下動態(tài)設備檢測數據進行管理，對井下系統(tǒng)主控箱分站傳入的數據進行統(tǒng)計存儲，配有顯示器、打印機，可以對井下設備現狀隨時進行畫面編輯和網絡通信，完成設備信息采集、識別、編輯和遠程數據聯網上傳。數據傳輸接口主要與井下設備進行通訊。傳輸平臺主要為交換機，主要完成設備信息傳輸、采集。井下無線信號及數據采集設備主要有井下系統(tǒng)讀卡主控箱，礦用電源箱，動態(tài)目標識別器、手持式和定點式讀寫器、設備標識卡等組成；其中系統(tǒng)主控箱主要完成收集識別區(qū)域內設備相關數據的采集，上傳至地面機電設備管理中心；礦用電源箱是具有備用功能的穩(wěn)壓電源；動態(tài)目標識別器主用采集移動設備數據和區(qū)域內設備數據；設備標識卡對應唯一的設備，主要采集該設備當前數據。

結論

通過對我國煤礦礦用物資相關制度的深入調查分析，該課題結合煤礦對該類系統(tǒng)的需求分析，研究了以RFID技術為基礎開發(fā)的煤礦礦用物資管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實現煤礦礦用物資機電設備的信息化管理，對設備物資的維護管理具有重要意義，可以保證煤礦機電設備的安全可靠運行。

參考文獻

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