煤矿机电设备管理系统需求分析及架构方案设计

梁毅勇

摘 要：现如今的煤矿的生产形势严峻，煤矿的矿用物资浪费严重，尤其物资管理依旧是纸质版人为登记收、发管理，库管人员又缺乏相应的职业技术素质，导致收发设备、配件时错发、多发、少发等现象极其普遍，另外，恶劣的井下工作环境使得矿用设备物资具有很大的不稳定性，无法实时准确地对库存设备物资以及在用设备物资进行监控监测。对此，煤矿矿用设备物资管理需要尽快改进，这里以煤矿机电设备管理系统需求分析，采用RFID技术优点来弥补以前人工管理的缺点，从而保证煤矿上人身、设备物资的安全，以及在物资设备使用状态可实现相对节约。

关键词：煤矿矿用机电设备；物资管理；RFID技术

中图分类号：TD61 文献标识码：A

按照煤矿的矿用机电设备类物资现有的管理方式，结合井上下机电物资对该类系统的需求分析，按照煤矿可用的RFID技术特点及优势，编制全套的应用方案和系统的全套架构，并将各个模块进行优势匹配性筛选后再完成相应的设计，同时根据编制原则，设计出系统的相关流程图，选用原型模型对该系统进行建立工作。

1. RFID技术进行煤矿矿用设备物资管理的优势

选择RFID技术进行煤矿矿用设备物资管理是煤矿物资设备管理的重要技术改进工作，同时还需要其他辅助工具来完成，例如后台监控主机、后台监控系统等硬件或者软件的支持，这些软硬件部分组合起来形成一套完整的设备管理系统，只有这样，才能够真正完成煤矿矿用物资中井上下机电设备、配件的综合管理。

1.1 系统设计原则

煤矿矿用物资的机电设备管理系统在设计过程中，应该满足实时性、准确性、动态稳定性、可移植性，互操作性等原则，具体原则如下：

（1）实用性。和计算机、数据库等资源相结合，节省开支，利用最少的资源来满足系统实际功能需求，以此来寻求利益的最大化。

（2）可靠性。设计该系统时要将软件和硬件功能稳定性考虑在内。软件上亟待处理的问题是：数据内部的相互匹配和输入等数据库类的功能。硬件上必须考虑的是：煤矿矿用物资类材料、设备配件的空间位置，硬件安排要尽量消除环境带来的不利因素。

（3）安全性。对工作人员进行相应的权力权限管理，级别不够，不能查看数据库，这样，数据库能保证一定的安全性，同时也能够对工作人员进行合理地划分。

（4）扩充性。对系统的可移植性和互操作性要求较高，既能够达到硬件上的相互独立和相互兼容，又能够符合软件资源共享和软件更新的需求。

（5）便捷性。软件上来说，人机交互系统界面的交互性保证较高水平，硬件上来说，硬件设计要尽量经济节约、简单易懂。

（6）信息共享。在满足要求的一定时空范围内，每个部门的技术工作人员能够根据自己相应的职位权限来对相关信息进行调用和阅读。

（7）开放性。当更换主机或者网络时，该系统应该能够和其他信息系统及其数据库进行数据交换，并且不能出现技术上的失误。

1.2 系统需求分析

在进行总体设计之前，首先对具体管理情况深入了解，然后再进行需求分析，具体过程大致如下：第一步，将井上下具体设备模拟图和后台主机数据库连接，这样做可以使得设备管理系统与RFID射频辨认相结合。第二步，對具体的井上下矿用物资管理系统进行编制，用矿用物资中的机电设备装置信息实现计算机的智能化、信息化管理。

1.2.1 性能需求分析

根据煤企在矿用机电设备物资管理方面暴露出的问题，通过长期的跟踪调研，最终以矿方具体的管理结构特征确定了煤矿企业对系统的具体需求，如下：

（1）现有矿用机电设备物资管理系统缺乏实用性，尤其不利于对设备物资的管理，相关设备数据统一整合工作亟待完善。

（2）矿用机电设备信息共享不畅，导致管理手段局限，亟待提升管理模式。

（3）人为因素导致设备管理普遍存在安全性不足、可靠性不高，导致在用设备检修保养不到位，亟待提高使用设备的实时监管效率。

1.2.2 硬件功能需求分析

（1）防爆性能达到国家规定。

（2）任意读取且具备自动识别功能。

（3）存储容量大、坚固耐用且作业不受时间、空间、光线强弱限制。

（4）必须满足“一对多”识别方式。

1.2.3 软件功能需求分析：

（1）按常规煤矿机电设备物资的地面入库管理流程开发，软件需具备如下功能：设备录入、设备查询、设备修改、设备调拨、设备删除、设备配发、设备领用、设备维修登记、设备借用、设备归还共十大基本功能，除此之外，其他功能各矿要求不尽相同，设计时可按矿上实际需求进行开发。

（2）按煤矿设备井下实时跟踪管理要求，软件需具备如下功能：①设备搜索导航功能：以便对机电设备物资准确定位，及时跟踪管理。②设备故障提醒功能：以便对故障设备及时发现、及时处理。③设备基础信息管理功能：按设备使用信息和统计信息及时向管理人员反馈及查询。④仓库信息管理功能：对新到设备、检修完的设备及原库存设备进行全面掌握。⑤故障设备管理功能：以便管理人员及时掌握发生故障设备的处理现状。⑥设备维修管理功能：按设备检修周期，定时、定点指定需保养设备，保证设备维修保养到位。⑦设备报废管理功能：对煤矿超过使用周期产生的报废设备进行统计反馈。⑧设备检查记录功能：对煤矿设备日检、巡检、月检、年检情况进行统计反馈。

1.3 系统总体架构与设计

1.3.1 RFID技术的确定

RFID技术具有非接触性，自动识别性，抗干扰性，穿透性强，保密性强，一对多特性，所以适用场合很广。

和其他技术相比，RFID射频辨认表现出比较实用的优点有5点：

（1）随意读取。RFID技术要求只要距离合适，位置合适，就能够准确地进行感应扫描，读写器能够立即做出响应，并且从电子标签上读取或者写入相关数据信息。

（2）存储容量大。由于目前IT信息技术越来越高、精、尖，各种电子标签的存储空间也越来越大。这些为所开发的系统容量的扩展提供了条件。

（3）“一对多”标签读取方式。RFID读写器每次可以同时读取多个电子标签，与传统的一次仅仅能读取一个条形码的情况相比，RFID的这个技术优点为设备批量管理功能的出现提供了条件。

（4）坚固耐用性。RFID可以无视时间和空间进行运行，而且比较坚固耐用，不容易受到雨雪灰尘的影响，这样使得系统能够得到保障。

（5）全天候工作能力。条形码识别技术在夜间工作能力比较弱，相比之下，RFID射频辨认在夜间工作几乎不会受到任何影响。

1.3.2 系统整体设计方案

系统的整体架构设计采用结构化设计方法，这种结构化设计方法的核心是以煤矿机电设备管理所需實现功能设计的程序或系统，由一组功能操作来构成整个设计的基础，在此基础上由管理人员要先“抛开”程序、模块和过程的内部情况，对系统架构之间的关系进行分析。

（1）整体架构设计方案。结构化设计的最终目标是系统在硬件上相互独立，在软件上数据能够共享，可以相互验证，然后结合起来共同实现系统的整体功能。该系统主要模块有8个，分别是设备基础设施模块、设备事故模块、设备查询模块、设备管理模块、设备布置模拟图的基本操作模块、设备布置模拟图的编辑模块、生产管理模块和统计报表模块。根据结构化设计方法理论和用户要求以实物功能模块化应用进行设计，系统主界面用的软件平台分系统界面、SQL软件、图形软件3部分。其中系统界面分地面设备布置模拟图、井下设备布置模拟图、排水网络图、压风网络图4块界面，SQL软件分设备购置库、设备提醒库、设备基础库、设备加工库、设备领用库、设备事故库、设备维修库、设备履历库、设备报废库、设备用户库10项，图形软件分图形数据库和属性数据库，两个数据库分别对巷道、工作面、设备进行数据统计汇总后编入SDE数据，和SQL软件进行数据共享。

（2）软件架构设计方案。系统软件主要包含3方面内容：数据库的使用，串口通信的设计以及登陆界面。该系统软件架构设计按煤矿机电设备智能化管理要求进行设计，首先要有友好访问界面设计、运行安全管理设计、物资交流信息梯次管理设计、数据库访问以及串口通信设计。上位机的用户访问界面采用最新的虚拟仪器（Lab VIEW）技术。Lab VIEW采用图形化编程语言，代替了传统的文本行编程，节省了设计开发时间。串口通信及用户访问界面采用Lab VIEW创建应用程序；数据库选用微软公司的Microsoft Office Access。本系统的对象是煤矿矿用机电设备物资，设备物资种类多且复杂，状态层次不齐，相关参数存在不确定因素较多，为此，选取SQL Server 2005数据库作为本企业数据管理解决方案的核心。系统完成机电设备数据采集后，进行数字化处理并且提供CAD相关的转换功能。

（3）硬件架构设计方案。系统硬件主要由3大部分组成，分别是地面机电设备管理中心，传输平台和井下无线信号及数据采集设备组成；地面机电设备管理中心由监控主机，数据传输接口组成，其中监控主机对整个系统设备及井下动态设备检测数据进行管理，对井下系统主控箱分站传入的数据进行统计存储，配有显示器、打印机，可以对井下设备现状随时进行画面编辑和网络通信，完成设备信息采集、识别、编辑和远程数据联网上传。数据传输接口主要与井下设备进行通讯。传输平台主要为交换机，主要完成设备信息传输、采集。井下无线信号及数据采集设备主要有井下系统读卡主控箱，矿用电源箱，动态目标识别器、手持式和定点式读写器、设备标识卡等组成；其中系统主控箱主要完成收集识别区域内设备相关数据的采集，上传至地面机电设备管理中心；矿用电源箱是具有备用功能的稳压电源；动态目标识别器主用采集移动设备数据和区域内设备数据；设备标识卡对应唯一的设备，主要采集该设备当前数据。

结论

通过对我国煤矿矿用物资相关制度的深入调查分析，该课题结合煤矿对该类系统的需求分析，研究了以RFID技术为基础开发的煤矿矿用物资管理系统。该系统可以实现煤矿矿用物资机电设备的信息化管理，对设备物资的维护管理具有重要意义，可以保证煤矿机电设备的安全可靠运行。

参考文献

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