基于效率優(yōu)化的礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)的研究

韓 娜

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司西銘礦， 山西 太原 030052）

引言

礦燈被譽(yù)為礦工的眼睛，為煤礦工作面安全順利的推進(jìn)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(zhì)量進(jìn)行及時(shí)檢測是煤礦管理科學(xué)化的主要任務(wù)之一。隨著礦燈管理水平的發(fā)展，現(xiàn)階段礦燈自動化、智能化水平也得到了相應(yīng)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(fā)展提供技術(shù)指導(dǎo)[2]。

1 某礦礦燈現(xiàn)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(rèn)問題礦燈，礦燈強(qiáng)制性淘汰周期為18個(gè)月，這種管理方式造成了資源的浪費(fèi)，同時(shí)增加了礦山的安全管理成本[3]。

1.1 礦燈充電情況

某礦現(xiàn)用礦燈為KL型鋰電池礦燈，由于鋰電池礦燈充電時(shí)對電壓和電流要求比較高，對于故障礦燈必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(tài)時(shí)，電路電壓須維持3.6～4 V，電流在2 A左右，當(dāng)?shù)V燈充電達(dá)到其容量的80%時(shí)，礦燈即進(jìn)入涓充階段，此時(shí)電路電壓維持4.5～5 V，而電魚機(jī)小于0.5 A。礦燈充電完畢后，礦燈保護(hù)板進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，不會有電流流過電路。

為便于礦山管理的科學(xué)化決策，煤礦信息調(diào)度中心要求匯集礦燈的相關(guān)數(shù)據(jù)。而由于礦燈充電時(shí)須在充電架上，故充電電流以及充電電壓數(shù)據(jù)只能人為讀取，無法自動上傳，數(shù)據(jù)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(rèn)，工作量大，無法對礦燈充電質(zhì)量進(jìn)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(shí)間以及上架充電時(shí)間，每盞礦燈在使用期間對于充放電循環(huán)具有嚴(yán)格的要求，而現(xiàn)階段無法掌握這類數(shù)據(jù)。故燈房工作人員只能使礦燈強(qiáng)制性上架18個(gè)月后就更換新燈，造成了有的礦燈根本達(dá)不到500個(gè)充放電循環(huán)即遭淘汰，故礦燈使用效率低，造成了資源浪費(fèi)[5]。

2 礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)

根據(jù)該礦礦燈使用和管理情況，研究設(shè)計(jì)了礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)，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(tǒng)研發(fā)流程

系統(tǒng)研發(fā)流程見圖1。

圖1 系統(tǒng)研發(fā)流程圖

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)采用先進(jìn)的紅外線傳感器技術(shù)，對礦燈進(jìn)行定位監(jiān)測，同時(shí)應(yīng)用光譜鎖相測量技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)紅外抗干擾能力，提高了監(jiān)測定位的精確度以及可靠性。改善原有的人工統(tǒng)計(jì)數(shù)模式，應(yīng)用AD數(shù)模采樣技術(shù)，將礦燈充電過程中的電流、電壓變化數(shù)字化，工作量大大減少，且能夠?qū)ΦV燈取走上架時(shí)間、充電故障等充電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。將這些數(shù)據(jù)通過485總線和寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，安全、可靠地傳輸?shù)胶笈_控制機(jī)，可以確定工人出勤情況，以便及時(shí)處理礦燈的故障狀況。

2.2.1 充電架現(xiàn)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(shù)據(jù)采集板；在充電架每層內(nèi)安裝開關(guān)電源，并固定起來；按照電氣電路圖將充電架內(nèi)的采集板連接，作為采集信號的零電平線，實(shí)現(xiàn)架內(nèi)電氣線路的安裝；從開關(guān)電源引5 V電源連接主控制板。

2.2.2 信號線現(xiàn)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(jiān)控線纜，將兩線共同連接至燈房控制機(jī)，保證礦燈充電狀態(tài)能夠及時(shí)傳輸至管理部門，便于制定相關(guān)措施處理礦燈故障問題。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用最新科技—Silvelight 4.0開發(fā)平臺，開發(fā)軟件程序運(yùn)行于微軟公司W(wǎng)indowServer 2010服務(wù)器。要求軟件設(shè)計(jì)形式簡潔、界面美觀、操作簡單，便于初學(xué)者進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。保證礦燈信息的無誤錄入以及查詢。采用單片機(jī)控制方式，結(jié)合鋰電池充電，提高礦燈的充電效率和數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

2.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(jī)控制方式。當(dāng)電池電量充滿后，會自動轉(zhuǎn)入涓充，由LED燈顯示充電完成狀態(tài)。此種控制方式縮短了充電時(shí)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(tǒng)可快速統(tǒng)計(jì)人員數(shù)量，進(jìn)而提供人員信息。

3）礦燈狀態(tài)顯示功能?？蓪?shí)時(shí)查看充電礦燈的數(shù)量以及充電狀態(tài)，分析礦燈房全部充電架的礦燈充電和管理情況。

4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能。通過統(tǒng)計(jì)每個(gè)礦燈的充放電循環(huán)次數(shù)，判斷充電礦燈的壽命狀況，進(jìn)而決定是否更換礦燈。

2.5 系統(tǒng)的使用效果分析

將礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)應(yīng)用于某礦，達(dá)到對礦燈充電狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的，對每班下井工人未及時(shí)上井的人員數(shù)量及時(shí)統(tǒng)計(jì)、顯示和報(bào)告，以達(dá)到迅速、準(zhǔn)確地提供井下人員信息，供領(lǐng)導(dǎo)分析、決策。同時(shí)，該系統(tǒng)及時(shí)對故礦燈做出報(bào)警提示，減少了井下工人生產(chǎn)時(shí)的礦燈故障率。

該系統(tǒng)促進(jìn)了煤礦科學(xué)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(chǎn)效率的同時(shí)減少了成本投入，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益明顯增加。

3 效益分析

3.1 礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

1）人力經(jīng)濟(jì)效益。通過與原系統(tǒng)成本對比，使用礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)后的經(jīng)濟(jì)開支減少了30.11萬元。

2）時(shí)間經(jīng)濟(jì)效益。使用該系統(tǒng)后免去了工作人員的考勤時(shí)間，節(jié)省費(fèi)用達(dá)1.78萬元，同時(shí)也提高了工作效率。

3）故障經(jīng)濟(jì)效益。由于礦燈故障問題影響工作面生產(chǎn)進(jìn)度，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損失。此系統(tǒng)可減少因礦燈故障引起的最小經(jīng)濟(jì)損失為247.33萬元。

綜合分析，共創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益279.22萬元，效果明顯。

3.2 燈房智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)的社會效益

使用礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)后，其帶來的社會效益顯著。利用該系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題礦燈，確保故障礦燈不下井，保證了礦山的安全生產(chǎn)，保證了礦燈電量充足，提高了礦山生產(chǎn)效率；引進(jìn)礦山自動化技術(shù)，提升了煤礦科學(xué)管理水平，為礦山向機(jī)械化、自動化、智能化程度大發(fā)展提供了數(shù)據(jù)化指導(dǎo)，社會效益巨大。

4 結(jié)論

1）礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)采用紅外傳感技術(shù)對礦燈進(jìn)行定位監(jiān)測，并利用光譜鎖相測量技術(shù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)紅外抗干擾能力，確保了定位監(jiān)測的精度及系統(tǒng)可靠性；

2）礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)采用AD數(shù)模采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了礦燈管理的自動化、智能化管理；

3）某礦應(yīng)用礦燈智能充電監(jiān)測管理系統(tǒng)后，礦燈充電效率得到提高，其經(jīng)濟(jì)、社會效益顯著。

[1] 曹凱.礦燈智能充電管理系統(tǒng)[D].濟(jì)南：濟(jì)南大學(xué)，2013:1-2.

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

[3] 朱和強(qiáng).煤礦礦燈房數(shù)字化監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)用 [J].煤炭技術(shù)，2011（1）：21；24.

[4] 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）：13；68.

[5] 張國強(qiáng)，王瑋.礦燈充電管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].煤炭技術(shù)，2010（12）：232-234.