基于條形碼識別的爆破器材信息處理與管理系統(tǒng)及其應(yīng)用

王 剛

(長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南長沙 410012)

基于條形碼識別的爆破器材信息處理與管理系統(tǒng)及其應(yīng)用

王 剛

(長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南長沙 410012)

介紹了基于條形碼識別技術(shù)的礦山井下炸藥庫爆破器材信息處理與管理系統(tǒng)的原理、主要功能、設(shè)計架構(gòu)。該系統(tǒng)在深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦得到了實際應(yīng)用。現(xiàn)場應(yīng)用表明,系統(tǒng)實現(xiàn)了礦山爆破器材領(lǐng)用的全程跟蹤管理,大大提高了礦山的生產(chǎn)效率和安全管理水平。該系統(tǒng)技術(shù)成熟、設(shè)備運行安全可靠,在我國非煤礦山及民爆安全生產(chǎn)領(lǐng)域具有推廣價值。

爆破器材;信息處理與管理系統(tǒng);條形碼識別技術(shù);系統(tǒng)組成

1 系統(tǒng)概述

為礦山企業(yè)開發(fā)的基于條形碼識別的爆破器材信息處理與管理系統(tǒng)采用了計算機技術(shù)、條碼識別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),在礦山井下發(fā)放點發(fā)放爆破器材時,依次掃描(識別)爆破材料上13位數(shù)字碼對應(yīng)的條碼、當班管理員條碼、領(lǐng)用人條碼,使其建立爆破器材與人之間的捆綁關(guān)系,實時打印發(fā)放材料報表,一式兩份,并要求管理員和領(lǐng)用人簽字。若當班領(lǐng)用人沒有用完所領(lǐng)材料,可進行退庫處理,所有信息存儲到主機的數(shù)據(jù)庫里,并通過井下炸藥庫的專用有線網(wǎng)絡(luò)(或U盤)把數(shù)據(jù)傳送到地面計算機管理中心,便于長期保存和管理查詢。該系統(tǒng)可實現(xiàn)爆破器材的全程跟蹤管理,任何發(fā)放出去的爆破器材,都可以追蹤到領(lǐng)用人、領(lǐng)用時間、領(lǐng)用地點,大大方便了礦山的安全管理。

2 系統(tǒng)特點及主要功能

(1)本系統(tǒng)由KSY-1型條形碼信息處理系統(tǒng)主機、FKH-1400型條形碼掃描槍、打印機及專用電源組成,并嚴格按照民用爆破器材工程設(shè)計安全規(guī)范(GB 50089-2007)要求進行設(shè)計,符合GB 3836.1-2000,GB 3836.4-2000,GB 12476.1-2000的防爆要求和GB 4208-2008外殼防護等級要求。

(2)普通的計算機等設(shè)備無法在高溫、高濕度(無凝露)的現(xiàn)場長期使用。鑒于非煤礦山井下的條件和環(huán)境,主機部分采用一體化、高穩(wěn)定性工控機,整機功耗大約3 W,在環(huán)境溫度-20～70℃范圍內(nèi)工作時,CPU無需風(fēng)扇。

(3)人機接口采用高亮度液晶顯示屏和觸摸屏,用2級密封的方式,提高了外殼的防護性能。系統(tǒng)各功能鍵只需操作人員用手指在觸摸屏上輕輕點擊即可,操作十分方便,簡單易行。

(4)火工材料分級發(fā)放都有入庫、出庫、退庫處理,并建立管理員和領(lǐng)用人捆綁關(guān)系。管理員和領(lǐng)用人信息資料(姓名、年齡、出生地、工種、身份證號碼、聯(lián)系方式等)儲存在個人條形碼卡中。

(5)實時打印發(fā)放器材報表,一式兩份,管理員和領(lǐng)用人簽名生效。

(6)本系統(tǒng)具有完善的后臺管理軟件,其功能有:火工材料領(lǐng)用追蹤功能(包括材料編號、庫房地點、材料名稱、材質(zhì)、段別號、押運員、庫房管理員、領(lǐng)料時間、作業(yè)地點、領(lǐng)料員所屬單位等);明細查詢(入庫、出庫、退庫、庫存、領(lǐng)料單位等明細查詢);統(tǒng)計查詢(入庫、出庫、退庫、庫存、領(lǐng)料單位統(tǒng)計等查詢);當班查詢(當班入庫、出庫、退庫、庫存、領(lǐng)料單位、領(lǐng)料人等查詢);匯總統(tǒng)計查詢(可分任意時間段查詢材料入庫、出庫、退庫、庫存、領(lǐng)料單位、領(lǐng)料人總量情況);材料成本核算(可按周、月、季、年對所發(fā)材料進行成本核算)。

3 系統(tǒng)設(shè)計

井下每個炸藥庫配備一套系統(tǒng),在出入庫的材料現(xiàn)場打印清單,并要求管理人員和領(lǐng)用人員雙方簽字,長期保存原始憑證。材料現(xiàn)場實時發(fā)放的材料數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛婀芾碇行摹?/p>

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

由于礦山井下濕度大,且無交流220 V電源,所以選用低功耗的全功能嵌入式工業(yè)計算機。整機功耗大約3W左右,在環(huán)境溫度-20～70℃范圍內(nèi)工作時,CPU無需風(fēng)扇,解決了由于風(fēng)扇故障引起可靠性降低的問題。

主機主板集成度高、體積小、功能齊全、低功耗,可廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中。支持USB啟動,可以方便用戶從U盤上更新DOC上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件,并下載數(shù)據(jù)文件。

考慮到現(xiàn)場的爆破器材出入庫數(shù)據(jù)的重要性,對于原始的掃描數(shù)據(jù),在井下采用了雙備份的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),并且定時進行數(shù)據(jù)庫校驗和比較,一旦發(fā)現(xiàn)某個數(shù)據(jù)庫被破壞,立即自動修復(fù),即使由于某種無法避免的原因(比如電網(wǎng)電壓突然升高,超出了過壓保護的范圍),把井下雙備份的數(shù)據(jù)庫文件全部破壞,也具有通過U盤把數(shù)據(jù)從地面數(shù)據(jù)庫的備份中恢復(fù)出來的功能,這樣保障了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定與可靠。

掃描槍是這個系統(tǒng)防潮最難處理的部分,并且還要具有移動性,所以選用了具有高強度工業(yè)結(jié)構(gòu)和第二代Vista線性圖象掃描機芯的掃描槍。這款掃描槍防塵、防潮、防雨、防振、耐沖擊、耐低溫,并可在暗室或室外日光下識讀條碼。

打印機選用日本的EPSON的票據(jù)打印機TM -U2200B,該機型是廚房專用的高速打印機,9針,串行點陣打印,卷紙進紙/打印寬度76 mm,打印厚度0.06～0.085 mm,支持雙色打印,打印速度4.7行/s,標配切紙刀。可以在濕度不大于95%(無凝露)的環(huán)境下長時間使用。供電電壓選用24 VDC。打印頭壽命長。

電源是保證其他部分穩(wěn)定的基礎(chǔ),采用進口頂級的Densei LamndaDC/DC模塊,自帶過流過壓過熱保護,可以用于供電電網(wǎng)非常惡劣的環(huán)境。

本系統(tǒng)需3組穩(wěn)壓電源,+5 VDC供主機和掃描槍使用,由于采用TFT液晶,還需一組12 VDC的背光電源。+24 VDC供打印機使用。

因為井下是36 VAC的電源,考慮到防爆特點,直接把36 VAC通過帶隔離的“R”型變壓器降為24 VAC,再整流濾波后,給DC/DC供電。整個系統(tǒng)必須通過機柜可靠接地。地面辦公室管理計算機,由于沒有環(huán)境的要求,采用普通計算機即可,供數(shù)據(jù)查詢和打印報表。

硬件系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

井下系統(tǒng)工控機(下位機)的操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux系統(tǒng),為最新的內(nèi)核2.6版本。Linux是一套自由傳播的類Unix操作系統(tǒng),主要用于基于Intel x86系列CPU的計算機。由于Linux和Unix是一個體系,它具有高的安全性和穩(wěn)定性,不易受到病毒和木馬攻擊。Linux 2.6采用的是ext3文件系統(tǒng),即使異常斷電或系統(tǒng)崩潰,也會提供強健的數(shù)據(jù)完好性保證。

地面用于管理的計算機(上位機),采用Windows XP操作系統(tǒng),這樣降低了對操作人員素質(zhì)的要求。上位機采用Adaptive Server Anywhere數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫不需要桌面數(shù)據(jù)庫引擎,其最大的特點是,可編程數(shù)據(jù)庫、事件驅(qū)動觸發(fā)器、多線索化,還繞過了操作系統(tǒng)這一環(huán)節(jié),提高了性能。管理數(shù)據(jù)庫每周自動備份,也可以人工隨時備份。

用于U盤數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)庫,采用Windows和Linux兼容的SQLite數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫內(nèi)容由Linux系統(tǒng)應(yīng)用軟件完成寫入到U盤,并加密(非對稱性加密)、加校驗,Windows系統(tǒng)的應(yīng)用程序?qū)盤的數(shù)據(jù)進行解密,并校驗比較,如數(shù)據(jù)完好,則將當班的數(shù)據(jù)錄入到總的數(shù)據(jù)庫,且備份U盤的原始數(shù)據(jù)庫;否則報警提示,并需再次從井下拷貝數(shù)據(jù)庫。

由于采用了高速打印機和掃描槍,其每個條碼的掃描和打印過程合計用時不到1 s,所以這個系統(tǒng)的引入,不會降低發(fā)料速度(與操作員的熟練程度有關(guān))。

4 系統(tǒng)在礦山的應(yīng)用

本系統(tǒng)于2009年3月在深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦井下-200,-280,-600 m三個中段炸藥庫進行實際應(yīng)用,在井下每個炸藥庫配備一套主機和打印機,井下各類數(shù)據(jù)通過專用電纜(或U盤)自動上傳到采礦車間材料科系統(tǒng)管理中心計算機進行處理、管理,系統(tǒng)使用至今已3 a,共發(fā)放雷管近500萬發(fā)。系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠、數(shù)據(jù)記錄精確、操作及維護便捷,大大提高了礦山的生產(chǎn)效率和對危爆材料的自動化、明細化、科學(xué)化管理水平,對礦山的安全管理發(fā)揮了重要作用。

5 結(jié) 論

(1)基于條形碼識別技術(shù)研究開發(fā)的非煤礦山井下炸藥庫爆破器材信息處理與管理系統(tǒng),可實現(xiàn)礦山對爆破器材使用的全程跟蹤和精細化管理。

(2)系統(tǒng)結(jié)合了礦山的實際情況,徹底解決了目前礦山爆破器材人為平賬,管理漏洞大;人工抄寫工作量大、易出錯、效率低等問題。

(3)系統(tǒng)具有非常明顯的經(jīng)濟和社會效益,具有非常廣泛的推廣價值。

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[5]謝金龍.條碼技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

2012-05-05)

王 剛(1958-)男,湖南長沙人,高級工程師,長期從事非煤礦山自動化及安全技術(shù)研究、應(yīng)用、推廣工作。