基于條形碼識別的爆破器材信息處理與管理系統及其應用

王 剛

(長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南長沙 410012)

基于條形碼識別的爆破器材信息處理與管理系統及其應用

王 剛

(長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南長沙 410012)

介紹了基于條形碼識別技術的礦山井下炸藥庫爆破器材信息處理與管理系統的原理、主要功能、設計架構。該系統在深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦得到了實際應用?，F場應用表明,系統實現了礦山爆破器材領用的全程跟蹤管理,大大提高了礦山的生產效率和安全管理水平。該系統技術成熟、設備運行安全可靠,在我國非煤礦山及民爆安全生產領域具有推廣價值。

爆破器材;信息處理與管理系統;條形碼識別技術;系統組成

1 系統概述

為礦山企業開發的基于條形碼識別的爆破器材信息處理與管理系統采用了計算機技術、條碼識別技術、網絡通訊技術,在礦山井下發放點發放爆破器材時,依次掃描(識別)爆破材料上13位數字碼對應的條碼、當班管理員條碼、領用人條碼,使其建立爆破器材與人之間的捆綁關系,實時打印發放材料報表,一式兩份,并要求管理員和領用人簽字。若當班領用人沒有用完所領材料,可進行退庫處理,所有信息存儲到主機的數據庫里,并通過井下炸藥庫的專用有線網絡(或U盤)把數據傳送到地面計算機管理中心,便于長期保存和管理查詢。該系統可實現爆破器材的全程跟蹤管理,任何發放出去的爆破器材,都可以追蹤到領用人、領用時間、領用地點,大大方便了礦山的安全管理。

2 系統特點及主要功能

(1)本系統由KSY-1型條形碼信息處理系統主機、FKH-1400型條形碼掃描槍、打印機及專用電源組成,并嚴格按照民用爆破器材工程設計安全規范(GB 50089-2007)要求進行設計,符合GB 3836.1-2000,GB 3836.4-2000,GB 12476.1-2000的防爆要求和GB 4208-2008外殼防護等級要求。

(2)普通的計算機等設備無法在高溫、高濕度(無凝露)的現場長期使用。鑒于非煤礦山井下的條件和環境,主機部分采用一體化、高穩定性工控機,整機功耗大約3 W,在環境溫度-20～70℃范圍內工作時,CPU無需風扇。

(3)人機接口采用高亮度液晶顯示屏和觸摸屏,用2級密封的方式,提高了外殼的防護性能。系統各功能鍵只需操作人員用手指在觸摸屏上輕輕點擊即可,操作十分方便,簡單易行。

(4)火工材料分級發放都有入庫、出庫、退庫處理,并建立管理員和領用人捆綁關系。管理員和領用人信息資料(姓名、年齡、出生地、工種、身份證號碼、聯系方式等)儲存在個人條形碼卡中。

(5)實時打印發放器材報表,一式兩份,管理員和領用人簽名生效。

(6)本系統具有完善的后臺管理軟件,其功能有:火工材料領用追蹤功能(包括材料編號、庫房地點、材料名稱、材質、段別號、押運員、庫房管理員、領料時間、作業地點、領料員所屬單位等);明細查詢(入庫、出庫、退庫、庫存、領料單位等明細查詢);統計查詢(入庫、出庫、退庫、庫存、領料單位統計等查詢);當班查詢(當班入庫、出庫、退庫、庫存、領料單位、領料人等查詢);匯總統計查詢(可分任意時間段查詢材料入庫、出庫、退庫、庫存、領料單位、領料人總量情況);材料成本核算(可按周、月、季、年對所發材料進行成本核算)。

3 系統設計

井下每個炸藥庫配備一套系統,在出入庫的材料現場打印清單,并要求管理人員和領用人員雙方簽字,長期保存原始憑證。材料現場實時發放的材料數據通過網絡傳輸到地面管理中心。

3.1 系統硬件設計

由于礦山井下濕度大,且無交流220 V電源,所以選用低功耗的全功能嵌入式工業計算機。整機功耗大約3W左右,在環境溫度-20～70℃范圍內工作時,CPU無需風扇,解決了由于風扇故障引起可靠性降低的問題。

主機主板集成度高、體積小、功能齊全、低功耗,可廣泛應用于各種嵌入式系統中。支持USB啟動,可以方便用戶從U盤上更新DOC上的操作系統和應用軟件,并下載數據文件。

考慮到現場的爆破器材出入庫數據的重要性,對于原始的掃描數據,在井下采用了雙備份的數據庫系統,并且定時進行數據庫校驗和比較,一旦發現某個數據庫被破壞,立即自動修復,即使由于某種無法避免的原因(比如電網電壓突然升高,超出了過壓保護的范圍),把井下雙備份的數據庫文件全部破壞,也具有通過U盤把數據從地面數據庫的備份中恢復出來的功能,這樣保障了系統運行的穩定與可靠。

掃描槍是這個系統防潮最難處理的部分,并且還要具有移動性,所以選用了具有高強度工業結構和第二代Vista線性圖象掃描機芯的掃描槍。這款掃描槍防塵、防潮、防雨、防振、耐沖擊、耐低溫,并可在暗室或室外日光下識讀條碼。

打印機選用日本的EPSON的票據打印機TM -U2200B,該機型是廚房專用的高速打印機,9針,串行點陣打印,卷紙進紙/打印寬度76 mm,打印厚度0.06～0.085 mm,支持雙色打印,打印速度4.7行/s,標配切紙刀?？梢栽跐穸炔淮笥?5%(無凝露)的環境下長時間使用。供電電壓選用24 VDC。打印頭壽命長。

電源是保證其他部分穩定的基礎,采用進口頂級的Densei LamndaDC/DC模塊,自帶過流過壓過熱保護,可以用于供電電網非常惡劣的環境。

本系統需3組穩壓電源,+5 VDC供主機和掃描槍使用,由于采用TFT液晶,還需一組12 VDC的背光電源。+24 VDC供打印機使用。

因為井下是36 VAC的電源,考慮到防爆特點,直接把36 VAC通過帶隔離的“R”型變壓器降為24 VAC,再整流濾波后,給DC/DC供電。整個系統必須通過機柜可靠接地。地面辦公室管理計算機,由于沒有環境的要求,采用普通計算機即可,供數據查詢和打印報表。

硬件系統組成如圖1所示。

圖1 系統硬件組成

3.2 系統軟件設計

井下系統工控機(下位機)的操作系統采用嵌入式Linux系統,為最新的內核2.6版本。Linux是一套自由傳播的類Unix操作系統,主要用于基于Intel x86系列CPU的計算機。由于Linux和Unix是一個體系,它具有高的安全性和穩定性,不易受到病毒和木馬攻擊。Linux 2.6采用的是ext3文件系統,即使異常斷電或系統崩潰,也會提供強健的數據完好性保證。

地面用于管理的計算機(上位機),采用Windows XP操作系統,這樣降低了對操作人員素質的要求。上位機采用Adaptive Server Anywhere數據庫,該數據庫不需要桌面數據庫引擎,其最大的特點是,可編程數據庫、事件驅動觸發器、多線索化,還繞過了操作系統這一環節,提高了性能。管理數據庫每周自動備份,也可以人工隨時備份。

用于U盤數據交換的數據庫,采用Windows和Linux兼容的SQLite數據庫,數據庫內容由Linux系統應用軟件完成寫入到U盤,并加密(非對稱性加密)、加校驗,Windows系統的應用程序對U盤的數據進行解密,并校驗比較,如數據完好,則將當班的數據錄入到總的數據庫,且備份U盤的原始數據庫;否則報警提示,并需再次從井下拷貝數據庫。

由于采用了高速打印機和掃描槍,其每個條碼的掃描和打印過程合計用時不到1 s,所以這個系統的引入,不會降低發料速度(與操作員的熟練程度有關)。

4 系統在礦山的應用

本系統于2009年3月在深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦井下-200,-280,-600 m三個中段炸藥庫進行實際應用,在井下每個炸藥庫配備一套主機和打印機,井下各類數據通過專用電纜(或U盤)自動上傳到采礦車間材料科系統管理中心計算機進行處理、管理,系統使用至今已3 a,共發放雷管近500萬發。系統運行穩定可靠、數據記錄精確、操作及維護便捷,大大提高了礦山的生產效率和對危爆材料的自動化、明細化、科學化管理水平,對礦山的安全管理發揮了重要作用。

5 結 論

(1)基于條形碼識別技術研究開發的非煤礦山井下炸藥庫爆破器材信息處理與管理系統,可實現礦山對爆破器材使用的全程跟蹤和精細化管理。

(2)系統結合了礦山的實際情況,徹底解決了目前礦山爆破器材人為平賬,管理漏洞大;人工抄寫工作量大、易出錯、效率低等問題。

(3)系統具有非常明顯的經濟和社會效益,具有非常廣泛的推廣價值。

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[2]鄭明磊,李建華,孫立鈞,等.一種間歇式觸發機制的設計與分析[J].計算機工程,2003,29(15).

[3]李金哲.條形碼自動識別技術[M].北京:國防工業出版社, 1997.

[4]熊小寒.條形碼技術與標準化[M].天津:天津大學出版社, 1992.

[5]謝金龍.條碼技術及應用[M].北京:電子工業出版社,2010.

2012-05-05)

王 剛(1958-)男,湖南長沙人,高級工程師,長期從事非煤礦山自動化及安全技術研究、應用、推廣工作。