4G無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)在大唐集團(tuán)龍王溝煤礦的應(yīng)用分析

張士海

摘要：煤礦綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要組成部分，在現(xiàn)代化大中型礦山企業(yè)中正扮演著越來(lái)越重要的角色。4G無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)是綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和控制信令的無(wú)線高速傳輸通道，可以為綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供通信、調(diào)度、自動(dòng)化設(shè)備控制等功能。文章認(rèn)為，隨著綜采自動(dòng)化水平的不斷提高，對(duì)通信設(shè)備的要求也越來(lái)越高，有線通信和無(wú)線通信互為備份已成為大勢(shì)所趨。

關(guān)鍵詞：4G；無(wú)線高速傳輸通道；通信設(shè)備

1項(xiàng)目需求

（1）建立綜采自動(dòng)化工作面4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工作面輔運(yùn)巷、工作面皮帶巷、工作面采煤面的4G無(wú)線覆蓋。在覆蓋區(qū)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、集群通訊、數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)視頻采集、實(shí)時(shí)設(shè)備工況數(shù)據(jù)采集等業(yè)務(wù)。（2）提供無(wú)線大帶寬，保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)承載傳送。（3）實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)統(tǒng)一接入及實(shí)時(shí)傳輸，提供多種接口功能的無(wú)線接入終端，為井下設(shè)備提供有線轉(zhuǎn)無(wú)線的通道，保障設(shè)備工況數(shù)據(jù)和自動(dòng)化控制設(shè)備信令的有線傳輸和無(wú)線傳輸?shù)碾p通道備份。

2設(shè)計(jì)原則

（1）堅(jiān)持以《煤礦安全規(guī)程》為依據(jù)，統(tǒng)籌規(guī)劃，突出重點(diǎn)，應(yīng)用成熟、可靠的設(shè)備為原則。建設(shè)及完善煤礦調(diào)度通信指揮系統(tǒng)和自動(dòng)化信息傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦地面及井下立體綜合智能有線、無(wú)線于一體，有力地保障安全生產(chǎn)。（2）新建設(shè)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)能與現(xiàn)有的井上井下有線、無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，避免重復(fù)投資。（3）靈活性和兼容性原則。系統(tǒng)采用開(kāi)放式、分布式設(shè)計(jì)，在不改變?cè)性O(shè)備的情況下能靈活方便地升級(jí)、擴(kuò)容，同時(shí)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的兼容性，以確保系統(tǒng)能提供更強(qiáng)的業(yè)務(wù)能力。（4）擴(kuò)容無(wú)需再進(jìn)行繁雜的布線工作，能與現(xiàn)有設(shè)備對(duì)接，同時(shí)系統(tǒng)還留有很大的冗余，保證將來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)容升級(jí)時(shí)無(wú)需替換現(xiàn)有設(shè)備，避免重復(fù)性投資。（5）系統(tǒng)硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，使用先進(jìn)、可靠的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式和控制方式上確保系統(tǒng)的可靠性，硬件連接簡(jiǎn)單，方便施工。（6）系統(tǒng)設(shè)計(jì)人性化，功能豐富，操作上易用性強(qiáng)。（7）系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，集成度高/造價(jià)低。（8）系統(tǒng)符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定，整個(gè)系統(tǒng)具有煤礦安全標(biāo)志。

34G無(wú)線寬帶集群調(diào)度系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1地面系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4G無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)地面部分主要由核心網(wǎng)、網(wǎng)管、多媒體調(diào)度機(jī)、調(diào)度服務(wù)器、交換機(jī)、地面用信息傳輸接口、地面用大功率基站及相關(guān)配套設(shè)備組成。

核心網(wǎng)1臺(tái)：放置在信息中心機(jī)房，接入工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)4G系統(tǒng)的管理核心建設(shè)。主要有簽約數(shù)據(jù)管理、鑒權(quán)管理、移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、承載管理及數(shù)據(jù)集群業(yè)務(wù)等功能，并通過(guò)外接管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集群系統(tǒng)的調(diào)度功能。

網(wǎng)管1臺(tái)：放置在信息中心機(jī)房，通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)連接其他設(shè)備，是本系統(tǒng)的操作維護(hù)客戶端和控制面板，提供系統(tǒng)管理、配置管理、告警管理、軟件管理、性能管理、安全管理、網(wǎng)絡(luò)健康檢查等功能。

多媒體調(diào)度機(jī)1臺(tái)：為調(diào)度人員提供多媒體指揮調(diào)度功能，并且能夠與各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)高度集成，提高調(diào)度的智能化和自動(dòng)化水平。提供可視化圖形調(diào)度界面，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度用戶狀態(tài)的一目了然，調(diào)度操作的點(diǎn)擊操作，最大程度上提高了調(diào)度的速度。允許有主調(diào)度臺(tái)和分調(diào)度臺(tái)，可以為各個(gè)分調(diào)度臺(tái)指定不同的調(diào)度權(quán)限和可調(diào)度人員，通過(guò)這種統(tǒng)一管理、分級(jí)調(diào)度的方式既提高了調(diào)度的效率，又使得各個(gè)不同部門(mén)之間能夠高效地協(xié)同工作，滿足跨地域、跨部門(mén)的大規(guī)?，F(xiàn)代指揮調(diào)度的通信需求。

地面用大功率基站1臺(tái)：主要完成基帶信號(hào)和射頻信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)處理、功率放大、駐波檢測(cè)等功能。通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)、光纖連接地面用信息傳輸接口，用于地面無(wú)線信號(hào)覆蓋，基站及基站天線放置煤礦地面區(qū)域高層建筑頂端。

3.2系統(tǒng)安裝

地面配置包括核心網(wǎng)、網(wǎng)管、多媒體調(diào)度機(jī)、交換機(jī)、PSTN網(wǎng)關(guān)、地面用信息傳輸接口、地面用大功率基站天線等設(shè)備。能夠?qū)崿F(xiàn)4G系統(tǒng)和程控電話、移動(dòng)外網(wǎng)電話、現(xiàn)有語(yǔ)音系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)講，并能夠?qū)崟r(shí)管理現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備。

（1）調(diào)度服務(wù)器放置在調(diào)度中心。（2）維護(hù)管理中心（OMC）、交換機(jī)、PSTN網(wǎng)關(guān)、地面用信息傳輸接口放置在調(diào)度中心的機(jī)房。（3）供電采用就近取電原則。（4）地面用信息傳輸接口、地面用大功率基站、核心網(wǎng)之間采用光纜連接。井下視頻、語(yǔ)音、設(shè)備數(shù)據(jù)通過(guò)光纖接入核心網(wǎng)。（5）天線的安裝。

地面配置1臺(tái)4通道基站，配置2臺(tái)2通道定向天線。地面天線安裝于礦區(qū)指定樓頂上，配置50鋼管，頂部安裝避雷針，做好接地系統(tǒng)，整體高度為5m，板式定向天線安裝于3m處，2個(gè)天線板之間夾角180度，并向下傾斜10度，以覆蓋天線下面的安裝樓層。供電為220V交流電，因此地面基站配電采取就近接入。

3.3井下4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

井下4G無(wú)線覆蓋設(shè)備主要有：KT319-F1基站、KT319-F2數(shù)據(jù)傳輸分站。

主要無(wú)線覆蓋區(qū)域?yàn)椋汗ぷ髅孑o運(yùn)巷、工作面皮帶巷、工作面采煤面的無(wú)線覆蓋。

3.4井下設(shè)備安裝

3.4.1工作面無(wú)線覆蓋設(shè)備安裝

基站和分站的安裝：基站主要提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，覆蓋范圍為：工作面采煤面半徑300m，主運(yùn)順槽半徑1000m。分站為無(wú)線拉遠(yuǎn)單元。無(wú)線覆蓋范圍為：工作面采煤面覆蓋半徑150m，工作面輔運(yùn)巷、皮帶巷覆蓋半徑300m。

布置方式：（1）在工作面順槽列車上安裝基站1臺(tái)，工作面機(jī)頭和機(jī)尾各放置1臺(tái)分站、2臺(tái)天線，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面采煤面覆蓋。在工作面輔運(yùn)巷、皮帶巷各布置2臺(tái)分站用于主、輔運(yùn)順槽巷的無(wú)線全覆蓋。（2）井下4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將無(wú)線采集到的數(shù)據(jù)、視頻信號(hào)、語(yǔ)音通過(guò)光纖接入核心網(wǎng)，核心網(wǎng)通過(guò)交換機(jī)接入煤礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)，通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)將數(shù)據(jù)接入各應(yīng)用服務(wù)器和相關(guān)系統(tǒng)的上位機(jī)。

3.4.2巷道無(wú)線覆蓋設(shè)備布置

基站和分站主要提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋?；揪赂采w半徑1000m，分站覆蓋半徑300m。

在巷道有拐彎和坡度起伏較大的地方附近布置分站，直巷道不超過(guò)2000m的巷道布置1臺(tái)基站即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線全覆蓋，對(duì)于數(shù)據(jù)量不大、彎道較多的地方可布置分站，井下配電室等設(shè)備洞室安裝分站實(shí)現(xiàn)洞室的無(wú)線覆蓋。

基站通過(guò)光纜將信號(hào)傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)。

在井下巷道中間設(shè)置基站，兩側(cè)配置分站進(jìn)行信號(hào)覆蓋拓展，在巷道斜坡及拐角處設(shè)置擴(kuò)展分站，進(jìn)行沿線的全覆蓋工作。

3.5主要業(yè)務(wù)功能

3.5.1語(yǔ)音調(diào)度

在地面及井下配置KT319-S礦用本安型手機(jī)，通過(guò)Uu無(wú)線接口與4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)線覆蓋范圍內(nèi)的語(yǔ)音、視頻、短信、彩信等多種業(yè)務(wù)的通訊，同時(shí)通過(guò)PSTN網(wǎng)關(guān)與公網(wǎng)固話中繼服務(wù)器對(duì)接，實(shí)現(xiàn)KT319-S礦用本安型手機(jī)與公網(wǎng)電話互通。

3.5.2多媒體集群調(diào)度

通過(guò)調(diào)度臺(tái)對(duì)KT319-S礦用本安型手機(jī)、KBA127W礦用隔爆兼本安型無(wú)線高清攝像儀實(shí)現(xiàn)多媒體集群調(diào)度業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)回傳、視頻分發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音點(diǎn)呼、組呼、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽(tīng)等多媒體集群業(yè)務(wù)。

3.5.3視頻監(jiān)控調(diào)度

（1）通過(guò)布設(shè)KBA127W礦用隔爆兼本安型無(wú)線高清攝像儀，與4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，上傳圖像至調(diào)度臺(tái)，實(shí)現(xiàn)固定視頻監(jiān)控。（2）通過(guò)KT319-S礦用本安型手機(jī)上的前、后攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)及操作人員場(chǎng)景的移動(dòng)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。

3.5.4第三方數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

（1）各種傳感器通過(guò)4G礦用本安型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口（支持RJ45/485）連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。（2）掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架等設(shè)備通過(guò)接入4G礦用本安型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口（支持RJ45/485）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線上傳，實(shí)現(xiàn)綜采自動(dòng)化控制設(shè)備對(duì)采煤機(jī)等設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制。

3.5.5應(yīng)急事件處置指揮系統(tǒng)

通過(guò)手機(jī)一鍵緊急呼叫功能實(shí)現(xiàn)對(duì)全礦持有手持終端的人發(fā)出緊急報(bào)警，并實(shí)時(shí)與調(diào)度指揮中心的語(yǔ)音、視頻通訊聯(lián)絡(luò)，及時(shí)匯報(bào)險(xiǎn)情，使調(diào)度指揮中心有效指揮自救。

3.5.6設(shè)備故障診斷及處置系統(tǒng)等各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)

通過(guò)手機(jī)的高清視頻，能夠即時(shí)將設(shè)備故障點(diǎn)視頻上傳有關(guān)技術(shù)、維修、管理人員，從而保證了設(shè)備故障的即時(shí)診斷與處置，節(jié)省相關(guān)技術(shù)人員下井維修確認(rèn)排查的時(shí)間。