矿灯管理系统的设计与实现

罗鸿雁，孙晓燕，段 伟

（西安工业大学 计算机科学与工程学院，陕西 西安 710032）

目前，国内煤矿在矿灯管理方面存在不同程度的管理滞后问题。特别在中小煤矿，大多采用人工管理方式，矿灯管理的信息化水平较低，存在工作量大、容易产生错误的问题，给安全生产埋下隐患。文中设计的矿灯充电管理系统是根据煤矿矿灯充电控制原理及煤矿考勤制度的现状，为满足煤矿矿灯管理信息化及安全化的需要而设计的。它是集信息采集、信息管理于一体的智能管理系统，实现了矿灯从放灯、充电、取灯到自动统计、考勤等的动态管理，为管理者、决策者提供了信息依据，为人员管理和安全预防打下了基础。该系统采用分层设计，稳定性好，费用低，扩展方便，适合中小企业在矿灯管理方面的升级改造。

1 系统整体构成

系统主要由硬件和软件两大部分组成。其中硬件部分主要包括：智能充电架、数据采集卡、工业控制机、数据库服务器等。软件部分主要包括运行于主控计算机的矿灯监控软件和终端的矿灯矿工数据查询软件。系统即可以运行于单机环境，也可以运行于局域网环境。主控程序运行于主控机，完成信息采集、分析处理、实时信息显示、数据统计和报表输出以及数据维护等功能。浏览终端通过局域网以C/S 方式访问主控数据库，并实时显示矿灯及矿工状态。所有信息均能方便的实现统计报表打印。系统整体结构如图1 所示。

图1 系统整体结构图Fig.1 Diagram for structure of system

2 系统硬件组成

1）智能充电架

充电架是一个钢板制成的框架结构，采用双面4 层结构。除了承载需要充电的矿灯外，还装有将220 V 单相交流电转换为充电电压的直流电源。电源采用开关电路组成，适应输入电压范围宽、体积小、重量轻、过负荷能力强。电路接线将电源引至每个矿灯的支架上，支架上还装有状态显示板。状态显示板设有红绿两个发光二极管，可直观表征充电状态。这个状态也通过接线引至数据采集单元。

2）数据采集卡

数据采集卡由8051 系列单片机为核心组成。它将充电架所有充电支架（矿灯）的状态采集形成数据传输的数据包。本充电架采用双面4 层结构，每一个充电架安装有一块数据采集卡，每块采集卡都有一个唯一的编号，可同时最多采集104个矿灯的数据。充电架位置编号如表1。每只矿灯均由独立的开关式充电器充电。多个数据采集卡通过RS485 接口形成通讯网络，由计算机进行采集、显示和管理。一个系统最多可以连接64 块采集卡。

3）计算机中心站

表1 充电架的位置号Tab.1 Position-number of lamp-charging rack

通信转换器收集的所有信息通过RS485/RS232 传输到计算机中心站，主控机对收集的数据进行分类与分析处理，并保存至数据库服务器库。主控机中运行有矿灯监控管理软件，通过该软件，管理员可以设置状态轮询时间间隔、充电报警阀值等参数，实时掌握矿灯充电状态信息、矿工考勤等信息，所有信息均可以报表的形式显示。

4）数据库

数据库服务器中保存着矿灯充电实时数据、矿灯摘灯充放电信息、矿工基本信息、考勤等信息。中心站主机负责更新数据服务器中的实时数据。

5）用户终端

通过局域网各终端根据权限可对系统完成录入、查询、统计、打印等功能，从而实现资源共享。

3 软件设计

设计采用VC++6.0 程序设计语言和SQL Server 数据库，上位机程序包括串行通讯设计，数据库管理和人机交互的设计。

3.1 串行通讯设计

进行串行通讯前需要判断串口是否打开，如果该串口没有打开或者被占用，则显示“打开失败”，否则成功打开串口[2]。上位机正常打开串口，设置通讯协议，分配缓存区，并主动向串口发送命令读取数据，发送协议包的数据格式为8个字节（以16 进制表示）为：起始位AA、66、34、56、架号、架号、架号反、校验和。实现的主要函数为：

当单片机进行校验和的验证成功后，将系统所读取的灯架的所有矿灯当前状态信息打成数据包发送回来，数据包协议为：接收数据为36个字节：起始位AA、66、34、56、架号、架号、架号反、26个字节的灯数据、电压（2个字节）、校验和。将前35个字节相加的和与最后一个字节的校验位相比较，如果相同则表示接收的数据正确。获取矿灯状态数据后，程序对矿灯状态数据进行拆解分析，并存储于数据库中矿灯历史状态表和矿灯当前状态表。并根据矿灯状态改变的确认参数，来确定是否实时更新主界面的对应位置矿灯的状态，程序按照一定时间间隔循环读取数据，一旦矿灯状态有变化，矿灯状态显示界面将更新。

3.2 系统功能设计

监控软件运行于主控计算机，主要包括矿灯充电监控、矿工信息管理、辅助考勤管理、用户权限管理、数据库备份恢复、安全报警管理等功能。

1）灯架监控功能

①矿灯当前状态显示：可查看每一台充电架上目前矿灯的充电情况（充满、充电和摘灯）和对应矿工的考勤情况（上井和下井）。

②矿灯分布统计：可查看每个充电架或全部充电架上目前矿灯的使用情况。

③矿灯寿命统计：可对使用的次数（充电次数）小于某个值的矿灯情况进行查看统计，和规定使用次数相比，以此判断该矿灯的寿命状况，从而决定更换时间，进行储备准备，同时提供实时报警功能。

2）矿工信息管理功能

系统能随时查询和维护矿工的个人信息。主要信息项包括：姓名、性别、出生年月、身份证、联系方式、家庭住址、所用矿灯类别、矿灯充电次数、工种、工段、职务以及照片信息。

3）辅助考勤功能

①统计每月矿工出勤天数，以进行辅助考勤。

②随时查看每天每个矿工目前是休息（上井）还是工作（下井）以及休息或工作的时间，同时可统计目前工作、休息的总人数。

③可随时查看某个时间段某部门的矿工请假情况，请假的起止时间和请假的天数。

④安全查询功能：对每班下井工人下班后，到点（如12个小时或8 小时）未上井的人员数量可统计和显示，以达到迅速、准确地提供人员信息，供领导分析、决策。

⑤可统计某时刻在充电架上处于各种状态的矿灯总数，包括摘灯（下井）总数以此判断下井人数。

4）用户权限管理功能

系统针对用户设置不同权限，一般用户只能查看普通信息，责任用户才能进行数据的增、删、改及系统特定功能的设定，这样不但使责权分明，也利于系统的普及和灵活运用。

5）数据库维护功能

系统提供安全可靠的数据库备份恢复机制，以便于灾难性故障后的数据恢复工作。

4 结论

系统将矿灯充电管理与员工管理结合起来，实现了矿工基本信息管理、矿灯充电管理、考勤管理、矿灯状态实时显示、各种信息的查询与统计等功能，提高了工作效率与矿灯维护质量，很好地满足了煤矿信息化建设的需要和实现矿灯信息化管理的目标。目前，该系统已经成功应用于新疆、太原等部分中小型煤矿，运行效果良好。

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