數(shù)傳電臺在興隆莊煤礦水源井無線遠(yuǎn)程集中控制中的應(yīng)用

高維強(qiáng) 宋傳健 韓向棟

（1.兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)南煤炭科技研究院分公司，山東 濟(jì)南 250031；2.兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦，山東 濟(jì)寧 273500）

1 數(shù)傳電臺簡介

數(shù)傳電臺是指借助無線電信號實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N無線數(shù)據(jù)通訊裝置。根據(jù)傳輸信號的不同，可以分為“模擬信號數(shù)傳電臺”和“數(shù)字信號數(shù)傳電臺”，目前常用的是“數(shù)字信號數(shù)傳電臺”。數(shù)傳電臺作為一種通訊媒介，可以用于特殊條件下專網(wǎng)中監(jiān)控信號的實(shí)時、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，特別適合設(shè)備布置分散、地理環(huán)境復(fù)雜、不易布線的地方，可與PLC、RTU等無線數(shù)據(jù)終端相連接，廣泛應(yīng)用于電力、水利工程、油田、煤礦等野外監(jiān)控場所。

2 數(shù)傳電臺的實(shí)踐應(yīng)用分析

2.1 現(xiàn)場現(xiàn)狀

興隆莊煤礦礦齡長，礦區(qū)范圍大，供水范圍、供水區(qū)域也不斷增加，礦區(qū)現(xiàn)有水源井13眼，日用水量約13000m3。由于水源井較分散，水源井到加壓泵站蓄水池之間的距離較遠(yuǎn)，加壓水池容量?。?00～600m3），經(jīng)常出現(xiàn)加壓水池水滿溢水現(xiàn)象，造成水資源浪費(fèi)。礦區(qū)各水源井離生產(chǎn)、生活區(qū)距離較遠(yuǎn)，給值班人員上、下班造成極大不方便，當(dāng)加壓水池出現(xiàn)水滿溢水現(xiàn)象時不能及時控制水源井水泵停機(jī)。為實(shí)現(xiàn)水源井、加壓泵房系統(tǒng)供水的有效管理，可以對水源井、加壓泵站水池實(shí)現(xiàn)集中控制，在集控室監(jiān)測、控制水源井水泵運(yùn)行狀態(tài)，減少蓄水池溢水現(xiàn)象，避免水資源浪費(fèi)；減少水源井現(xiàn)場值班人員數(shù)量，有效降低水源井管理難度，提高值班人員的勞動效率。

2.2 系統(tǒng)通訊方式選擇

為實(shí)現(xiàn)水源井、加壓泵房遠(yuǎn)程集中控制，必須實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與加壓站、加壓站與水源井之間的信號傳輸。各水源井與相應(yīng)加壓站之間距離一般在1000m以內(nèi)；上位機(jī)與加壓站之間的距離較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)的直線距離達(dá)到4000m。水源井所處地段大多都比較偏，水源井與加壓站之間距離比較遠(yuǎn)，且其間建筑林立，通訊線路敷設(shè)困難，為此，設(shè)備之間的通訊選用無線方式。

無線遠(yuǎn)程通訊方式中，GPRS、GSM、CDMA等數(shù)據(jù)傳輸方式都要借助通訊運(yùn)營商的信號通道，以數(shù)據(jù)短信的方式實(shí)現(xiàn)各測點(diǎn)之間的通信。這種方式通訊距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)通訊可靠，缺點(diǎn)是當(dāng)運(yùn)營商通訊線路出現(xiàn)故障或線路擁堵時，信號傳輸會出現(xiàn)滯后時間較長或通信中斷，通訊速度慢。數(shù)傳電臺是一種廣泛應(yīng)用的透明數(shù)據(jù)傳輸裝置，根據(jù)發(fā)射功率不同，通訊距離可以在幾百米到幾十千米之間進(jìn)行選擇，通訊方式靈活方便，完全滿足水源井無線監(jiān)控系統(tǒng)要求。小型數(shù)傳電臺具有如下優(yōu)點(diǎn)：通信成本廉價，通信適應(yīng)性好，通信擴(kuò)展性好，設(shè)備維護(hù)容易實(shí)現(xiàn)。為此，興隆莊水源井遠(yuǎn)程監(jiān)控項(xiàng)目選用數(shù)傳電臺為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)水源井與加壓泵房之間、加壓泵房與集中控制上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊。在信號傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)選用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)信號傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.3 數(shù)傳電臺在無線遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

興隆莊煤礦水源井無線遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)主要由集中控制主機(jī)、加壓泵房控制分站、水源井控制器等設(shè)備組成，數(shù)傳電臺用來實(shí)現(xiàn)三者之間的信號傳輸。數(shù)傳電臺在應(yīng)用中主要涉及通訊鏈路連接、通訊協(xié)議選擇、電臺設(shè)置等方面內(nèi)容。

2.3.1 數(shù)傳電臺通訊鏈路

水源井無線遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)信號傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)兩個層級的信號傳輸：一是水源井現(xiàn)場控制器與加壓泵房控制分站之間的信號傳輸，另一個是各加壓泵房與集中控制上位機(jī)之間的信號傳輸。其中，加壓泵房控制分站作為信號傳輸?shù)闹虚g環(huán)節(jié)，要實(shí)現(xiàn)多鏈路數(shù)據(jù)傳輸：

（1）加壓泵房與水源井之間的數(shù)據(jù)傳輸。加壓泵房控制分站要采集各水源井深井泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)较到y(tǒng)上位機(jī)，同時，將上位機(jī)對深井泵的控制指令傳送到水源井控制器。

（2）加壓泵房與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。接收上位機(jī)發(fā)送的加壓泵、深井泵的控制命令，將加壓泵房分站采集的數(shù)據(jù)信息傳送到上位機(jī)。

根據(jù)上述功能描述，每個水源井控制器要安裝一個數(shù)傳電臺，用于與加壓泵房分站的數(shù)據(jù)傳輸；每個加壓泵房分站要安裝兩個數(shù)傳電臺，分別實(shí)現(xiàn)泵房與上位機(jī)、水源井之間的無線通訊功能。分站與水源井之間的傳輸距離較近，可選擇近距離無線數(shù)傳電臺（3km）。各泵房加壓分站與上位機(jī)之間距離差異較大，近的1km，遠(yuǎn)的超過4km，由此，加壓泵房與上位機(jī)之間通訊選用遠(yuǎn)距離（10km）數(shù)傳電臺。水源井、加壓泵站、上位機(jī)之間通訊鏈路如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)傳輸鏈路示意

2.3.2 系統(tǒng)通訊協(xié)議選擇

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，選取在本院治療糖尿病的患者50例作為本次的實(shí)驗(yàn)對象，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，將其分為兩組，各25例，對照組接受社區(qū)糖尿病自我管理模式健康教育；觀察組不接受糖尿病自我管理模式健康教育。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時，因系統(tǒng)在傳輸速度要求上不是很高，同時為保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)控制的靈活性，數(shù)據(jù)傳輸采用自由口通訊模式，數(shù)據(jù)傳輸握手采用命令、應(yīng)答方式，數(shù)據(jù)傳輸和控制指令分別選用不同的命令字，數(shù)據(jù)傳輸接收端根據(jù)命令字內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸功能。系統(tǒng)上位機(jī)定時巡檢各泵房分站采集數(shù)據(jù)，根據(jù)上位機(jī)組態(tài)界面控制指令向各分站發(fā)出控制指令。以上數(shù)據(jù)傳輸過程都是以數(shù)傳電臺作為傳輸媒介進(jìn)行的。

2.3.3 數(shù)傳電臺應(yīng)用設(shè)置

數(shù)傳電臺在應(yīng)用時需要對其接口傳輸速率、空中頻率、設(shè)備地址等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)通訊距離不同，系統(tǒng)選用了KYL-320I、KYL-320P兩種規(guī)格的數(shù)傳電臺。其中KYL-320I傳輸距離較近，用于水源井控制器與加壓泵房分站之間的數(shù)據(jù)傳輸；KYL-320P傳輸距離可達(dá)10km，用于系統(tǒng)上位機(jī)與各加壓泵房分站之間的數(shù)據(jù)傳輸。水源井與加壓泵房分站之間、加壓泵房分站與系統(tǒng)上位機(jī)之間數(shù)傳電臺參數(shù)要分別進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)設(shè)置以KYL-320P為例進(jìn)行說明。

（1）主要參數(shù)

工 作 頻 率：429～437MHz（ISM 頻 段 工 作頻率）；發(fā)射功率：2～10W（PC可編程，共10級）； 接 收 靈 敏 度：-120dBm(1200BPS)，-116dBm(9600BPS)；信道數(shù)量：16；信道速率：1200/2400/4800/9600/19200Bit/s 用戶可選；串口速率：1200/2400/4800/9600/19200Bit/s 用戶可選；接口數(shù)據(jù)格式：8E1/8N1/8O1；傳輸距離：10km。

（2）硬件接口

KYL-320P管腳定義見表1。根據(jù)管腳定義實(shí)現(xiàn)數(shù)傳電臺與PLC的硬件接口。

表1 KYL-320P信號管腳定義表

（3）KYL-320P參數(shù)設(shè)置

信道速率：1200Bit/s；串口速率：1200Bit/s；接口數(shù)據(jù)格式：8N1；空中傳輸頻率：426.0325MHz。

需要特別說明的是，為避免通訊信號與各區(qū)域傳輸信號之間的相互干擾，KYL-320P工作頻率設(shè)置要區(qū)別于KYL-320I的頻率設(shè)置，不同的加壓泵房與其對應(yīng)的水源井之間KYL-320I傳輸通道頻率設(shè)置也應(yīng)該不一樣。

2.4 注意事項(xiàng)

數(shù)傳電臺信息通訊通過信號調(diào)制后，在空中以無線電信號發(fā)射的方式進(jìn)行傳播，因此，傳輸過程中容易受到空中無線電信號的干擾，為使信號可靠傳輸，需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）相互通訊的不同電臺之間參數(shù)設(shè)置要一致。

（2）因不同電臺之間的無線信號在空中有重疊區(qū)，不同通訊區(qū)域的參數(shù)設(shè)置方面，空中傳輸頻率不能用同一頻率。

（3）數(shù)傳電臺發(fā)射天線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離建筑物墻體或室內(nèi)其他物體，以減少因信號反射引起的干擾，對傳輸距離相對較遠(yuǎn)的地方，天線盡量安裝在室外開闊地帶。

（4）為避免電源干擾，數(shù)傳電臺電源應(yīng)選用線形直流穩(wěn)壓電源。

3 結(jié)論

興隆莊煤礦水源井無線遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)中應(yīng)用近距離（小于1000m）數(shù)傳電臺18塊，中遠(yuǎn)距離（大于1000m，小于5000m）數(shù)傳電臺7塊，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，控制可靠，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)興隆莊水源井無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等功能，取得了理想的應(yīng)用效果。