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        礦井通信系統(tǒng)的組合應(yīng)用分析

        2014-04-29 17:23:12田心
        電子世界 2014年13期
        關(guān)鍵詞:自動(dòng)化

        【摘要】本文根據(jù)煤礦行業(yè)對(duì)通信產(chǎn)品的要求,介紹了目前煤礦使用的幾種通信系統(tǒng),產(chǎn)品功能、特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境。說(shuō)明了井下使用兩套通信系統(tǒng)的原因和規(guī)劃,并分析了其在井下布置位置和方式及使用分析。

        【關(guān)鍵詞】井下無(wú)線通信;WLAN;自動(dòng)化

        引言

        礦井通信系統(tǒng)作為礦井生產(chǎn)安全重要裝備,在井下生產(chǎn)中扮演者越來(lái)越重要的角色,隨著目前通信技術(shù)的快速發(fā)展,出現(xiàn)了眾多新的通信系統(tǒng)。選擇一種適合煤礦井下特殊環(huán)境的無(wú)線通信系統(tǒng),對(duì)于實(shí)現(xiàn)井下生產(chǎn)及調(diào)度高效性和安全性,提高企業(yè)的信息化和自動(dòng)化水平起著至關(guān)重要的作用。

        1.煤礦行業(yè)對(duì)通信產(chǎn)品的要求

        1.1 特性方面

        煤礦井下環(huán)境特殊,適用于井下的通信系統(tǒng)有以下幾個(gè)特點(diǎn):井下空間狹小,可供布置設(shè)備空間有限,所以產(chǎn)品體積必須小,重量輕。井下有瓦斯危險(xiǎn)性,通信產(chǎn)品須經(jīng)過(guò)防爆認(rèn)證。井下濕度大,粉塵濃度高,通信產(chǎn)品必須嚴(yán)格滿足防水、防塵、耐腐蝕的要求。由于產(chǎn)品可能布置于機(jī)電硐室內(nèi),與強(qiáng)電設(shè)備距離較近,故抗電磁干擾能力要強(qiáng)。

        1.2 功能方面

        煤礦領(lǐng)導(dǎo)通過(guò)該系統(tǒng)及時(shí)了解井下人員及生產(chǎn)的情況,通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)命令。井下人員通過(guò)通信系統(tǒng)及時(shí)向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)情況,執(zhí)行命令及處理問(wèn)題。災(zāi)害發(fā)生時(shí),根據(jù)地面指示及時(shí)疏散人員與組織搶險(xiǎn)救援等。

        2.現(xiàn)階段主要井下通信系統(tǒng)特點(diǎn)

        目前現(xiàn)階段井下主要移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有:

        2.1 有線通信

        作為礦井最基本通信方式,通話質(zhì)量好,安全穩(wěn)定,同時(shí)也作為六大系統(tǒng)所要求的通信系統(tǒng)。設(shè)備簡(jiǎn)單可靠。

        2.2 無(wú)線通信

        (1)小靈通(PHS):是固定電話的延伸,現(xiàn)階段我國(guó)煤礦使用廣泛,主要用于已建成礦井及老礦井。以語(yǔ)音通信為主,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)差,系統(tǒng)容量小,功能單一,主要用于語(yǔ)音通信,但對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸較為困難,其未來(lái)因政策問(wèn)題面臨頻率被取消的可能。

        (2)WIFI(無(wú)線局域網(wǎng)):基于標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò),采用TCP/IP、WiFi、SHDSL等協(xié)議的通信系統(tǒng),較為成熟,支持廠家多,應(yīng)用廣泛,價(jià)格適中。語(yǔ)音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均可提供,系統(tǒng)容量大,通用化高,價(jià)格相對(duì)低廉;語(yǔ)音質(zhì)量一般,保密性差??膳c其他系統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)共用鏈路。

        主要技術(shù)參數(shù):工作頻段2.4GHz;用戶容量2000個(gè);基站覆蓋范圍;100-500m。

        (3)CDMA(碼分多址):礦用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)包括CDMA(2.5G)TD-SCDMA、WCDMA(3G)。道綜合使用頻分和碼分多址技術(shù),抗干擾能力強(qiáng),低功率譜密度。該系統(tǒng)支持廠家較多,應(yīng)用較為廣泛。價(jià)格比WIFI略貴。語(yǔ)音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均可提供,系統(tǒng)容量較大,通信質(zhì)量好,價(jià)格較高。

        主要技術(shù)參數(shù):載波帶寬1.25MHz;PN碼片速率1.2288Mc/s;用戶容量1000個(gè);基站信號(hào)覆蓋范圍600-800m。

        (4)4G無(wú)線通信系統(tǒng):新一代高速率通信系統(tǒng),支持超過(guò)5MHz信號(hào)帶寬,技術(shù)先進(jìn),是無(wú)線通信系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展方向,目前沒(méi)有礦用型號(hào),未來(lái)有望取代現(xiàn)礦用3G產(chǎn)品。

        3.井下兩套通信系統(tǒng)的應(yīng)用分析

        目前礦井井下通信系統(tǒng)使用3G或者WIFI用于井下環(huán)境,基本能滿足井下語(yǔ)音通信的要求,但隨著我國(guó)礦井自動(dòng)化信息化水平不斷提高,新建的大型礦井逐漸開(kāi)始考慮井下少人或無(wú)人工作面開(kāi)采,目前井下生產(chǎn)部分崗位已實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守,無(wú)人/少人化工作面試未來(lái)工作面發(fā)展方向,這就需要在井下工作面、巷道等布置大量不知無(wú)線傳感器,輔助采煤機(jī)及運(yùn)輸設(shè)備協(xié)通過(guò)工作。由于井下物聯(lián)網(wǎng)的逐步實(shí)現(xiàn),包括無(wú)人化工作面將在采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、順槽膠帶輸送機(jī)上使用大量無(wú)線傳感器作為采集狀態(tài)參量的裝置,需要在采面布置工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò),但由于工作面本身環(huán)境及經(jīng)常移動(dòng)所限,不易過(guò)多布置固定敷設(shè)的傳感器及電纜,所以可采用WLAN網(wǎng)絡(luò)作為無(wú)人化工作面的主要或者輔助生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。

        未來(lái)礦井需完善物流配送系統(tǒng),從物料采購(gòu)到倉(cāng)儲(chǔ)再到運(yùn)輸全過(guò)程均需要監(jiān)控。地面車輛運(yùn)送出庫(kù)入庫(kù),井下機(jī)車運(yùn)送物料配送過(guò)程的全程路線狀態(tài)的監(jiān)控等,(未來(lái)向著井下無(wú)人化運(yùn)輸方向發(fā)展)

        同時(shí)可將現(xiàn)有一些使用無(wú)線系統(tǒng)的監(jiān)控子系統(tǒng)納入WLAN系統(tǒng),如井下無(wú)軌膠輪車監(jiān)控、人員定位燈系統(tǒng)等。

        故在井上下除需要自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)(主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)、安全監(jiān)控)、3G/4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(主要負(fù)責(zé)調(diào)度通信、個(gè)人業(yè)務(wù)等)還需要一個(gè)專門服務(wù)于井下物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下,WLAN系統(tǒng)可以很好的作為以上幾種網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充。

        WLAN作為井下物聯(lián)網(wǎng)的主要傳輸通道,可將井下無(wú)線傳感器、射頻設(shè)備以及由于安裝位置所限不易布線的傳感器等均接入井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò),同時(shí)確保與其他生產(chǎn)、輔助、安全系統(tǒng)各不相互干擾。

        目前井下無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)主要是WIFI、2G/3G居多。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)正在開(kāi)發(fā)階段,不久就會(huì)有相應(yīng)產(chǎn)品投入使用。

        目前陜煤集團(tuán)小保當(dāng)?shù)V井井下通信系統(tǒng)規(guī)劃方案采用4G+wifi規(guī)劃。其4G系統(tǒng)主要為語(yǔ)音及人員定位使用,wifi系統(tǒng)作為井下物聯(lián)網(wǎng)的主要傳輸通道。其井下無(wú)人化工作面中,刮板輸送機(jī),智能帶式輸送機(jī)所需要的無(wú)線傳感器預(yù)留備用通道。還有井下全程物流配送系統(tǒng)等。

        4.井下通信系統(tǒng)的布置與使用

        由地面主機(jī)至井下基站的通信干線采用礦用阻燃光纜傳輸,可以通過(guò)井下工業(yè)自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)用以太網(wǎng)方式傳輸或者直接通過(guò)下井光纜傳輸。前者容易實(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)行與管理,但由于井下工業(yè)自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)是一個(gè)集監(jiān)控、通信、自動(dòng)化于一體的綜合傳輸平臺(tái),其Qos質(zhì)量較傳統(tǒng)的專用傳輸通道要低,可能會(huì)因?yàn)榭値捰邢?,礦井?dāng)U建后傳輸業(yè)務(wù)量持續(xù)增加,突發(fā)傳輸業(yè)務(wù)量高等原因造成臨時(shí)通信的延時(shí)或質(zhì)量下降。后者為傳統(tǒng)傳輸方式,通過(guò)獨(dú)立光纖傳至井下,成為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),不受未來(lái)擴(kuò)建或突發(fā)業(yè)務(wù)量變化的影響,與地面?zhèn)鬏敺绞较嗤?,抗干擾性、可靠性顯著提高。

        井下設(shè)備的布置:在井下主要膠帶運(yùn)輸巷道及輔助運(yùn)輸巷道沿線設(shè)置基站。井下主要變電所內(nèi)設(shè)置基站,采面可設(shè)置基站。

        若井下巷道內(nèi)有較大緊急避難硐室,信號(hào)不易覆蓋到時(shí),可以單獨(dú)在硐室內(nèi)設(shè)置基站。

        井下本安基站供電電源127V,變電所中基站可由隔爆照明綜保供電。巷道內(nèi)或硐室內(nèi)基站由就近大巷照明用綜保供電。

        在采區(qū)布置基站時(shí),理論上信號(hào)雖可以覆蓋到整個(gè)采面,但由于目前工作面長(zhǎng)度一般都在幾公里少則也有1公里,其供電電纜由于電壓所限,不能全部由變電所直接供電,部分基站需要由采面設(shè)備直接提供127V電源(照明綜?;蛘呓M合開(kāi)關(guān)均可提供)。但由于煤礦井下可能會(huì)存在瓦斯超限的問(wèn)題,一旦瓦斯?jié)舛瘸^(guò)一定值(1.5%),井下安全監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)切斷采區(qū)內(nèi)全部非本質(zhì)安全型設(shè)備,基站會(huì)失電,只能靠自身配有的電池持續(xù)一段時(shí)間,不能保證井下通信連續(xù)及可靠性,所以只能將基站布置在采區(qū)入口處,可由采區(qū)變電所提供電源。信號(hào)可以覆蓋采區(qū)幾百米左右,在這種情況下深入采區(qū)部分只能由有線通信與之相互配合。

        在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)可采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)全向天線覆蓋,巷道內(nèi)可以采用帶狀網(wǎng)絡(luò)覆蓋,采用定向天線。

        此外可以利用通信終端使井下無(wú)線通信與井下人員定位完美融合,移動(dòng)終端作為無(wú)線通信系統(tǒng)的獨(dú)立接收單元,本身就具備無(wú)線定位功能,可以準(zhǔn)確地將井下各區(qū)域的人員動(dòng)態(tài)位置情況實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心。

        5.結(jié)語(yǔ)

        井下wLAN與3G/4G網(wǎng)絡(luò)的配合使用系統(tǒng)可以提供較大系統(tǒng)容量和優(yōu)秀通信質(zhì)量,并可提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻、人員定位等多種業(yè)務(wù),完全符合煤礦井下特殊環(huán)境對(duì)通信系統(tǒng)的要求,也符合當(dāng)前通信技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì),其應(yīng)用對(duì)于礦井通信的建設(shè)與發(fā)展具有重要的意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1]孫繼平.礦井通信技術(shù)與系統(tǒng)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010.

        [2]王安義,劉麗君,等.TD-SCDMA技術(shù)在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用分析[J].工礦自動(dòng)化,2011(10).

        [3]孫繼平.礦井寬帶無(wú)線傳輸技術(shù)研究[J].工礦自動(dòng)化,2013(02).

        作者簡(jiǎn)介:田心(1981—),男,北京人,大學(xué)本科,工程師,主要從事煤礦電氣自動(dòng)化、通信方面工程設(shè)計(jì)工作。

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