矿灯智能充电管理系统探析

陈惠芳

(西山煤电集团公司西铭矿机电科，山西太原030052)

0 引言

由于我国煤矿事故发生率居高不下，煤矿企业的安全问题一直是国家和社会关注的重点，煤矿事故的发生会给国家和人民的生命财产安全带来严重的损害。矿井内的矿灯可以说是矿工的眼睛，是安全生产的第一保障，如果矿灯出现问题，那么其他安全设备也很难发挥作用。不断推进矿井矿灯智能化、自动化是近几年来煤矿安全设备发展的方向。笔者从矿灯现状开始，对矿灯智能充电管理系统进行了深入探究。

1 当前我国煤矿企业矿灯现状

总体来说，我国国内各煤矿企业基本上采取粗放式的管理模式，对于矿井矿灯充电的监测和管理更是注视度不够，自动化和智能化程度大大落后于国外煤炭开发大国。落后的矿灯管理模式不仅浪费人力物力，也给煤矿企业的安全生产留下了隐患。

1.1 矿灯充电的普遍情况

目前，我国国内大多数煤矿企业的矿灯类型，一般为酸性或碱性蓄电池。这种电池充电模式自发明以来已经历经了一个多世纪，在技术和功能方面都存在一定问题。对于蓄电池的日常维护也较为复杂，零件内部老化现象严重，容易发生事故。这种类型的矿灯已经无法通过技术改进而获得升级，急需进行更换。

1.2 矿灯监测管理的普遍情况

煤矿企业对于矿灯的监测和管理情况也存在着许多问题。没有一个科学稳定的监测管理系统，矿灯各种电量数据不能够准确、快速地收集起来并传达给工作人员。许多矿灯的充电电流和电压情况都显示在充电架上，在这种情况下，工作人员只能到达现场进行人为度数而不是自动上传。另外，充电过程是否顺利正常也需要工作人员巡检确认，工作人员的工作量在无形当中增加了很多。更让人担忧的是，工作人员往往不能完全发现矿灯充电所发生的问题，这就给煤矿井下施工埋下了安全隐患。工作人员对于矿灯的取走时间、充电时间、充放电循环次数也没办法全面掌握并控制。所以，目前国内大多数煤矿企业对于矿灯的更新问题都采用18 个月强制更换的方法。然而由于使用频率不一，有些矿灯在18 个月以内可能没有达到足够的充放电循环次数，强制性更换的模式将造成资源的浪费。

2 矿灯智能充电管理系统介绍

针对上述问题，以下介绍了矿灯智能充电管理系统，该系统能够提高煤矿企业矿灯管理的智能化和自动化，强化矿灯管理的准确性和稳定性，减少工作人员的工作量，并避免资源浪费。

2.1 智能充电管理系统研发

智能充电管理系统的研发需要充分考虑煤矿企业矿井下的实际情况，在掌握井下矿灯状况的基础上进行系统研发。项目的现场调研包括对于各种类型长点架数据的获取，灯房具体尺寸的测量，视频监视系统线路的设计和尺寸测量，通讯系统线路的设计和尺寸测量。根据以上数据测量确定具体方案，包括系统硬件和软件的设计开发，以及系统实验，最终项目验收。

2.2 智能充电管理系统硬件

该矿灯智能充电管理系统应用了目前较为先进的红外线传感器技术。传感器将被放置在充电架充电灯位处，通过感应信号可探测到矿灯的存在与否。红外传感技术还可以对矿灯进行定位监测，并通过光谱锁相测量技术来增强信号强度;该矿灯智能充电管理系统应用了AD 数模采样技术，能够实时获取矿灯充电过程中的电流和电压等数据，并帮助工作人员判断出矿灯的充电状况，充电完成与否，是否处在故障等;该矿灯智能充电管理系统应用了485 总线和宽带网络技术，能够将采集到的数据安全、稳定地传输到总机控制器;该矿灯智能充电管理系统还设置了故障报警器，以此保证报警及时性。

充电架的现场施工的内容主要包括:①原始充电架内部的电路拆除，为红外线传感器的安装打孔。②在充电头固定处安装数据采集板，同时把传感头对准已打好的孔。③将充电架的每层安装好电源及电源开关。④按照事先设计好的电路图安装好架内电气线路。⑤充电架的侧板内需安装充电管理系统的主控制板，同时将控制板与匹配电源相连。通过从隔离变压器上引出220 V 交流电，与主电路连接。

信号线的现场施工的内容主要包括:①为充电架信号线布置地埋槽，将其以单信号线地埋的方式埋入地下。②监控的线缆则设置在天花板上面，可沿柱体或墙面走向天花板。③所有的线路最终引至矿灯控制室。

2.3 智能充电管理系统软件

该矿灯智能充电管理系统的软件选用计算机软件Silvelight 4.0 开放平台。软件设计采用Window Server 2008 服务器。软件的设计要求界面简单，人机友好，信息录入和修改都较为方便，易于管理。软件要建立在锂电池矿灯充电控制硬件的基础之上，硬件充电控制方式采用单片机控制，可保证足够的准确性及稳定性。该系统的数据存储稳定性和安全性较高，错误操作可及时提示，避免出现电脑死机或者程序中断造成的数据丢失，同时也对一些较为常见的黑客攻击进行了方案预警。软件在上电后，首先进行各类接口、定时器的数据初始化，然后由红外感应器判断该充电架位是否有矿灯在进行充电工作。若充电矿灯为新矿灯，则充电次数清零，否则，已充电次数加一。在保证充电完成后，软件控制充电端口停止充电。软件可根据收集到的电压电流数据进行矿灯状况的判断分析，发生异常，包括矿灯未充满就被取走的情况，能够控制报警器报警。

2.4 智能充电管理系统功能

该矿灯智能充电管理系统可以实现的具体功能有以下几点。

1)矿灯的充电自动化控制。矿灯使用的为锂电池，在充电过程中，当电池电量充满后，系统会自动转换为涓充，并且LED灯会显示充电完毕，并自动终止充电。这样会使矿灯的使用寿命得到延长，降低使用成本。同时会避免在倒班后，矿灯由于电量不足影响正常工作。

2)辅助矿工安全监测功能。对下井工作人员进行监测，可以提供个人所在位置、个人信息以及下井时间，避免安全事故发生。

3)矿灯运行状态查询功能。可以随时查看充电架上满电量矿灯的数量以及取走矿灯的数量。

4)各类数据的统计功能。可以统计某一时间充电架上被取走矿灯的数量，由此推断出下井的具体人数。并且可以累计统计，比如某盏矿灯的使用频率，每月、每年共使用了多少次，最终确定矿灯的使用寿命及是否需要更换。

5)辅助矿工考勤及管理功能。通过矿灯统计矿工的出勤和工作时间，可以统计当前工作矿工的数量。

6)相关数据的修改打印功能。可以随时增加减少、修改矿灯和充电架的编号，并详细的备份每次修改过程。

7)管理系统的各级用户权限管理。可以分为一般用户与责任用户。一般用户查看的只是普通的信息，而责任用户才有权限对数据加以修改，以此避免矿工随意更改使用记录等情况的发生。

3 结语

总之，通过将智能计算机充电检测和管理系统应用到煤矿企业矿灯管理中，能够为煤矿企业的安全生产提供科学、合理的技术支持，有助于提高矿井矿灯的稳定性，并且借助于自动化管理也有助于减少人工的工作量。因此，煤矿企业矿灯管理智能化和自动化是未来发展的方向，我们应善于利用高新技术为国家、人民的财产乃至生命安全提供强有力的保障。

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