礦燈管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

羅鴻雁，孫曉燕，段 偉

（西安工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710032）

目前，國(guó)內(nèi)煤礦在礦燈管理方面存在不同程度的管理滯后問題。特別在中小煤礦，大多采用人工管理方式，礦燈管理的信息化水平較低，存在工作量大、容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的問題，給安全生產(chǎn)埋下隱患。文中設(shè)計(jì)的礦燈充電管理系統(tǒng)是根據(jù)煤礦礦燈充電控制原理及煤礦考勤制度的現(xiàn)狀，為滿足煤礦礦燈管理信息化及安全化的需要而設(shè)計(jì)的。它是集信息采集、信息管理于一體的智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了礦燈從放燈、充電、取燈到自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、考勤等的動(dòng)態(tài)管理，為管理者、決策者提供了信息依據(jù)，為人員管理和安全預(yù)防打下了基礎(chǔ)。該系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性好，費(fèi)用低，擴(kuò)展方便，適合中小企業(yè)在礦燈管理方面的升級(jí)改造。

1 系統(tǒng)整體構(gòu)成

系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成。其中硬件部分主要包括：智能充電架、數(shù)據(jù)采集卡、工業(yè)控制機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。軟件部分主要包括運(yùn)行于主控計(jì)算機(jī)的礦燈監(jiān)控軟件和終端的礦燈礦工數(shù)據(jù)查詢軟件。系統(tǒng)即可以運(yùn)行于單機(jī)環(huán)境，也可以運(yùn)行于局域網(wǎng)環(huán)境。主控程序運(yùn)行于主控機(jī)，完成信息采集、分析處理、實(shí)時(shí)信息顯示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表輸出以及數(shù)據(jù)維護(hù)等功能。瀏覽終端通過局域網(wǎng)以C/S 方式訪問主控?cái)?shù)據(jù)庫，并實(shí)時(shí)顯示礦燈及礦工狀態(tài)。所有信息均能方便的實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Diagram for structure of system

2 系統(tǒng)硬件組成

1）智能充電架

充電架是一個(gè)鋼板制成的框架結(jié)構(gòu)，采用雙面4 層結(jié)構(gòu)。除了承載需要充電的礦燈外，還裝有將220 V 單相交流電轉(zhuǎn)換為充電電壓的直流電源。電源采用開關(guān)電路組成，適應(yīng)輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、過負(fù)荷能力強(qiáng)。電路接線將電源引至每個(gè)礦燈的支架上，支架上還裝有狀態(tài)顯示板。狀態(tài)顯示板設(shè)有紅綠兩個(gè)發(fā)光二極管，可直觀表征充電狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)也通過接線引至數(shù)據(jù)采集單元。

2）數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡由8051 系列單片機(jī)為核心組成。它將充電架所有充電支架（礦燈）的狀態(tài)采集形成數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。本充電架采用雙面4 層結(jié)構(gòu)，每一個(gè)充電架安裝有一塊數(shù)據(jù)采集卡，每塊采集卡都有一個(gè)唯一的編號(hào)，可同時(shí)最多采集104個(gè)礦燈的數(shù)據(jù)。充電架位置編號(hào)如表1。每只礦燈均由獨(dú)立的開關(guān)式充電器充電。多個(gè)數(shù)據(jù)采集卡通過RS485 接口形成通訊網(wǎng)絡(luò)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集、顯示和管理。一個(gè)系統(tǒng)最多可以連接64 塊采集卡。

3）計(jì)算機(jī)中心站

表1 充電架的位置號(hào)Tab.1 Position-number of lamp-charging rack

通信轉(zhuǎn)換器收集的所有信息通過RS485/RS232 傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中心站，主控機(jī)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類與分析處理，并保存至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器庫。主控機(jī)中運(yùn)行有礦燈監(jiān)控管理軟件，通過該軟件，管理員可以設(shè)置狀態(tài)輪詢時(shí)間間隔、充電報(bào)警閥值等參數(shù)，實(shí)時(shí)掌握礦燈充電狀態(tài)信息、礦工考勤等信息，所有信息均可以報(bào)表的形式顯示。

4）數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中保存著礦燈充電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、礦燈摘燈充放電信息、礦工基本信息、考勤等信息。中心站主機(jī)負(fù)責(zé)更新數(shù)據(jù)服務(wù)器中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

5）用戶終端

通過局域網(wǎng)各終端根據(jù)權(quán)限可對(duì)系統(tǒng)完成錄入、查詢、統(tǒng)計(jì)、打印等功能，從而實(shí)現(xiàn)資源共享。

3 軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用VC++6.0 程序設(shè)計(jì)語言和SQL Server 數(shù)據(jù)庫，上位機(jī)程序包括串行通訊設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫管理和人機(jī)交互的設(shè)計(jì)。

3.1 串行通訊設(shè)計(jì)

進(jìn)行串行通訊前需要判斷串口是否打開，如果該串口沒有打開或者被占用，則顯示“打開失敗”，否則成功打開串口[2]。上位機(jī)正常打開串口，設(shè)置通訊協(xié)議，分配緩存區(qū)，并主動(dòng)向串口發(fā)送命令讀取數(shù)據(jù)，發(fā)送協(xié)議包的數(shù)據(jù)格式為8個(gè)字節(jié)（以16 進(jìn)制表示）為：起始位AA、66、34、56、架號(hào)、架號(hào)、架號(hào)反、校驗(yàn)和。實(shí)現(xiàn)的主要函數(shù)為：

當(dāng)單片機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)和的驗(yàn)證成功后，將系統(tǒng)所讀取的燈架的所有礦燈當(dāng)前狀態(tài)信息打成數(shù)據(jù)包發(fā)送回來，數(shù)據(jù)包協(xié)議為：接收數(shù)據(jù)為36個(gè)字節(jié)：起始位AA、66、34、56、架號(hào)、架號(hào)、架號(hào)反、26個(gè)字節(jié)的燈數(shù)據(jù)、電壓（2個(gè)字節(jié)）、校驗(yàn)和。將前35個(gè)字節(jié)相加的和與最后一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)位相比較，如果相同則表示接收的數(shù)據(jù)正確。獲取礦燈狀態(tài)數(shù)據(jù)后，程序?qū)ΦV燈狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行拆解分析，并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中礦燈歷史狀態(tài)表和礦燈當(dāng)前狀態(tài)表。并根據(jù)礦燈狀態(tài)改變的確認(rèn)參數(shù)，來確定是否實(shí)時(shí)更新主界面的對(duì)應(yīng)位置礦燈的狀態(tài)，程序按照一定時(shí)間間隔循環(huán)讀取數(shù)據(jù)，一旦礦燈狀態(tài)有變化，礦燈狀態(tài)顯示界面將更新。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

監(jiān)控軟件運(yùn)行于主控計(jì)算機(jī)，主要包括礦燈充電監(jiān)控、礦工信息管理、輔助考勤管理、用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)庫備份恢復(fù)、安全報(bào)警管理等功能。

1）燈架監(jiān)控功能

①礦燈當(dāng)前狀態(tài)顯示：可查看每一臺(tái)充電架上目前礦燈的充電情況（充滿、充電和摘燈）和對(duì)應(yīng)礦工的考勤情況（上井和下井）。

②礦燈分布統(tǒng)計(jì)：可查看每個(gè)充電架或全部充電架上目前礦燈的使用情況。

③礦燈壽命統(tǒng)計(jì)：可對(duì)使用的次數(shù)（充電次數(shù)）小于某個(gè)值的礦燈情況進(jìn)行查看統(tǒng)計(jì)，和規(guī)定使用次數(shù)相比，以此判斷該礦燈的壽命狀況，從而決定更換時(shí)間，進(jìn)行儲(chǔ)備準(zhǔn)備，同時(shí)提供實(shí)時(shí)報(bào)警功能。

2）礦工信息管理功能

系統(tǒng)能隨時(shí)查詢和維護(hù)礦工的個(gè)人信息。主要信息項(xiàng)包括：姓名、性別、出生年月、身份證、聯(lián)系方式、家庭住址、所用礦燈類別、礦燈充電次數(shù)、工種、工段、職務(wù)以及照片信息。

3）輔助考勤功能

①統(tǒng)計(jì)每月礦工出勤天數(shù)，以進(jìn)行輔助考勤。

②隨時(shí)查看每天每個(gè)礦工目前是休息（上井）還是工作（下井）以及休息或工作的時(shí)間，同時(shí)可統(tǒng)計(jì)目前工作、休息的總?cè)藬?shù)。

③可隨時(shí)查看某個(gè)時(shí)間段某部門的礦工請(qǐng)假情況，請(qǐng)假的起止時(shí)間和請(qǐng)假的天數(shù)。

④安全查詢功能：對(duì)每班下井工人下班后，到點(diǎn)（如12個(gè)小時(shí)或8 小時(shí)）未上井的人員數(shù)量可統(tǒng)計(jì)和顯示，以達(dá)到迅速、準(zhǔn)確地提供人員信息，供領(lǐng)導(dǎo)分析、決策。

⑤可統(tǒng)計(jì)某時(shí)刻在充電架上處于各種狀態(tài)的礦燈總數(shù)，包括摘燈（下井）總數(shù)以此判斷下井人數(shù)。

4）用戶權(quán)限管理功能

系統(tǒng)針對(duì)用戶設(shè)置不同權(quán)限，一般用戶只能查看普通信息，責(zé)任用戶才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的增、刪、改及系統(tǒng)特定功能的設(shè)定，這樣不但使責(zé)權(quán)分明，也利于系統(tǒng)的普及和靈活運(yùn)用。

5）數(shù)據(jù)庫維護(hù)功能

系統(tǒng)提供安全可靠的數(shù)據(jù)庫備份恢復(fù)機(jī)制，以便于災(zāi)難性故障后的數(shù)據(jù)恢復(fù)工作。

4 結(jié)論

系統(tǒng)將礦燈充電管理與員工管理結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了礦工基本信息管理、礦燈充電管理、考勤管理、礦燈狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示、各種信息的查詢與統(tǒng)計(jì)等功能，提高了工作效率與礦燈維護(hù)質(zhì)量，很好地滿足了煤礦信息化建設(shè)的需要和實(shí)現(xiàn)礦燈信息化管理的目標(biāo)。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于新疆、太原等部分中小型煤礦，運(yùn)行效果良好。

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