煤矿通风安全仪器智能管理系统设计

刘绍军

（淮北矿业〈集团〉股份有限责任公司信湖煤矿筹备处安全生产信息中心，安徽 涡阳233600）

煤矿通风安全仪器是实现煤矿企业生产的重要技术基础，是提供煤矿安全管理，降低事故发生，实行生产与安全经济核算的基本保证。煤矿通风安全仪器主要包括催化燃烧式甲烷测定器、光干涉式甲烷测定器、风表、测尘仪、天平、一氧化碳测定器、两用仪等。它们种类多、数量大、使用范围广、使用频率高，但现场环境恶劣，损坏和故障率高，管理维护任务十分繁重，历来是煤矿通风安全管理工作中的难点。

当前，煤矿通风安全仪器多采用人工管理方式，突出问题表现在：台帐和记录众多，仪器信息的查询、检索和修改因难，统计分析与报表制作难度大，同时人工台帐不规范，失误和信息缺失严重，无法有效地跟踪仪器使用状态。本文以淮北矿业集团公司祁南煤矿为试验矿区，针对如上所述问题，通过充分调研，进行了煤矿通风安全仪器智能管理信息系统的需求分析、系统建模与设计、关键技术点攻关，采用Delphi结合SQL Server技术进行了开发与应用。

1 系统目标与功能需求

系统目标是通过煤矿通风安全仪器智能管理系统，让通风安全仪器的管理全程业务实现信息化和规范化，把人、信息和资源有效地结合在一起，大幅度提高煤矿的管理水平。

通过对试验区相关部门业务流程调研，可知系统应满足如下基本功能：

1)台帐管理：记录仪器的基本信息和使用信息，包括：仪器的名称、型号、规格、制造厂家、用途、检定周期、报废日期等，提供相关数据的录入和统计报表等功能。

2)周期检定（校准）：对由检定部门强检后的《检定证书》进行集中管理，能对每台通风安全仪器检定情况进行跟踪，自动生成《周期检定（校准）表》。

3)维修维护：实现通风安全仪器的日常维修维护跟踪，管理相关配件库，并将仪器与配件消耗相关联，对库存量能够综合分析，实现缺货报警。

4)日常校准管理：对光干涉式甲烷测定器、催化燃烧式甲烷测定器的日期校准情况进行管理，将日常的校准数据录入到数据库中，为管理人员仪器的性能提供数据依据。

5)矿工管理：建立矿工身份数据库，每位矿工分配一个专用的ID卡编号做为身份识别码，所有矿工使用该识别码领用仪器。

6)刷卡发放管理：是日常最频繁的业务操作，主要实现仪器的刷卡发放。在每台催化燃烧式甲烷测定器的内安装智能芯片，作为该台仪器的标识码。不同工种的工作人员使用不同的仪器，系统通过能自动进行分辨，自动记录仪器发出、交回时间，另具有对单台仪器使用情况的汇总统计，在单位时间内该仪器被领用次数，使用时长，平均使用时长以及累计使用时长。以便于维修人员掌握仪器的使用情况，给维修工作做出指导性意见。

2 系统模型的构建

煤矿通风安全仪器智能管理系统模型主要包括三项内容：数据存储、业务流程和系统授权验证。

1)数据模型是在对现实世界向信息世界抽象的过程，建模的关键在于分析现场业务中的数据构成规则，提取数据实体及其之间关系，并确定这些数据实体和关系的属性组。煤矿通风安全仪器智能管理系统的实体主要包括通风安全仪器数据（台帐、周期检定、日常维护、日常校准）、通风安全仪器职能管理数据实体（仪器发放、交回）、用户授权验证数据实体（系统操作员、矿工、权限与角色）；实体之间通过仪器编号、矿工编号、操作员编号、权限编号、角色编号构成联系。

2)业务流程用于描述的系统的行为特征。在信息系统中，最为根本的业务是数据管理，一般围绕数据模型构建其添加、修改、删除、查询和统计报表等操作方法，再增加针对行业特征的业务操作。煤矿通风安全仪器智能管理系统业务操作包括台帐管理、仪器管理、仪器发放与交回管理、人员及其权限管理、数据检索查询和报表管理。

3)系统授权验证。煤矿通风安全仪器智能管理系统权限分为三类权限组：管理员、维修工、发放工。每一组有特定的权限，即该组系统操作员登录以后只能做预先设定好的操作，不允许操作不能完成。例如，管理员负责台帐、检定记录、维修记录、职工信息管理全局信息管理；维修工负责设备维修和维修记录的登录；发放工负责仪器的发出和交回。每一权限组可以添加若干系统操作员用户名和基本信息，它将对应到现实中科室的工作人员，从而在为每一个员工分配操作用户ID时，限定了其权限，即工作分配。

3 系统设计与关键技术点

3.1 系统设计

依据数据模型构建系统数据库，其中包括大量实体、关系表，例如：仪器管理台帐表、仪器管理台帐表、仪器基础信息表、启爆器参数校正表、催化燃烧式甲烷测定器验证表、光干涉式甲烷测定器校正表、报废管理表、配件采购消耗表、周期检定表、矿职工人员表、系统操作员表、发放记录表、仪器丢失处理表、证件丢失处理表等。建库建表完成后还需要为它们设置适当的索引与约束，提高执行效率。

接着，依据业务流程和系统授权验证建模情况，设计系统由台帐管理、仪器管理、仪器发放与回收、矿职工信息和系统授权验证五大部分组成构成，加以扩展，如图1所示。

图1 煤矿通风安全仪器智能管理系统功能设计图

3.2 关键技术点之一：数据查询与报表技术

煤矿通风安全仪器智能管理系统需要满足大量的数据查询与报表功能，例如：仪器台帐查询、待检查询、检定台帐查询、发放记录查询、故障仪器查询、维修记录查询等。Grid＋Report提供了一个具有超强数据展现功能的数据网格（DataGrid）部件，使得各种数据报表的开发过程极大简化，可以让报表的查询、显示与打印一次实现，既提高了开发效率又保持了数据的一致性，部分源码如代码1所示。

//打开数据集，加载

3.3 关键技术点之二：智能刷卡与相互绑定技术

图2 煤矿通风安全仪器的发放与回收操作流程图

仪器发放与回收操作频繁，工作量大，是直接关系整个系统性能和用户体验的关键。传统键盘录入方式效率低下，失误多，也操作员的计算机技术水平要求较高。为了解决这些问题，矿工和仪器均采用刷卡方式，描述如下：（1）一张ID卡拥有唯一的编号；（2）一位矿工绑定一张磁卡，作为其唯一标示；（3）一个仪器或者仪器组绑定一张磁卡，作为其唯一标示；（4）当对矿职工做注册、注销、查询、维护等操作时，通过刷卡锁定到对应职工记录，然后进行界面信息操作完成；（5）对仪器进行发出、回收、查询、报修、送检等操作时，可刷卡锁定到对应仪器记录，然后进行界面信息操作完成；（6）领取设备、交回仪器涉及到对领取人和领取仪器的绑定操作。在领取设备时，先刷人员ID卡，读取人员信息，再刷仪器ID卡，读取仪器信息，并将人员信息与仪器信息绑定，记录发出信息；在交回仪器时，直接刷仪器ID卡，读出绑定信息，待确认仪器后，记录收回信息，解除绑定。如图2所示。

4 系统的应用效果

煤矿通风安全仪器智能管理系统于2014年3月开始在祁南矿通风区发放室试验运行。经过反复调试和改进，功能强大、操作简易、智能化程度高，已能满足祁南矿通风区发放室现场所有业务需要，成为集台帐管理、安全仪器管理、周期检定管理、日常维护管理、日常校正管理、仪器安全发放与回收智能管理、科室职责分配、相关数据查询、统计报表等功能为一体的智能化信息管理系统，部分界面如图3所示。

图3 煤矿通风安全仪器智能管理系统应用界面

由于系统严格遵循淮北矿业集团公司计量器具管理文件、国家计量法规等规范标准，极大的简化了繁琐的仪器发放与回收过程，提高了管理过程的规范化、程序化和智能化，深得系统操作员和各级领导的好评，获得了安徽煤矿安全监察局淮北分局领导、集团公司通风处领导的高度评价。

［1］韩书,胡彧,李彤,等.通风安全仪器仪表管理系统设计[J].工矿自动化,2014,40(5).

［2］韩书.基于物联网的通风安全仪器仪表管理系统设计[D].太原理工大学硕士学位论文,2014.

［3］谢俊生,张晶.煤矿数字式光干涉式甲烷测定器及巡检管理系统[J].煤矿安全,

2010,41(7).

［4］王婴,谢俊生.煤矿通风工区瓦斯巡检管理系统的研制[J].煤矿安全与环保,2009,36(6).

［5］林燕奎,熊贝贝,王丙涛,等.现代智慧实验室的设计和应用[J].实验室研究与探索,2014,33(5).