張士海

摘要：煤礦綜采工作面自動化控制系統(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)中正扮演著越來越重要的角色。4G無線寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)是綜采工作面自動化控制系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)和控制信令的無線高速傳輸通道，可以為綜采工作面自動化控制系統(tǒng)提供通信、調(diào)度、自動化設(shè)備控制等功能。文章認為，隨著綜采自動化水平的不斷提高，對通信設(shè)備的要求也越來越高，有線通信和無線通信互為備份已成為大勢所趨。

關(guān)鍵詞：4G；無線高速傳輸通道；通信設(shè)備

1項目需求

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

2設(shè)計原則

（1）堅持以《煤礦安全規(guī)程》為依據(jù)，統(tǒng)籌規(guī)劃，突出重點，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)和自動化信息傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦地面及井下立體綜合智能有線、無線于一體，有力地保障安全生產(chǎn)。（2）新建設(shè)的無線通信網(wǎng)絡(luò)能與現(xiàn)有的井上井下有線、無線通訊網(wǎng)絡(luò)實現(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)采用開放式、分布式設(shè)計，在不改變原有設(shè)備的情況下能靈活方便地升級、擴容，同時系統(tǒng)具有很強的兼容性，以確保系統(tǒng)能提供更強的業(yè)務(wù)能力。（4）擴容無需再進行繁雜的布線工作，能與現(xiàn)有設(shè)備對接，同時系統(tǒng)還留有很大的冗余，保證將來系統(tǒng)擴容升級時無需替換現(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，使用先進、可靠的設(shè)計制造技術(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，硬件連接簡單，方便施工。（6）系統(tǒng)設(shè)計人性化，功能豐富，操作上易用性強。（7）系統(tǒng)設(shè)計合理，集成度高/造價低。（8）系統(tǒng)符合國家相關(guān)規(guī)定，整個系統(tǒng)具有煤礦安全標志。

34G無線寬帶集群調(diào)度系統(tǒng)方案設(shè)計

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

4G無線寬帶通信系統(tǒng)地面部分主要由核心網(wǎng)、網(wǎng)管、多媒體調(diào)度機、調(diào)度服務(wù)器、交換機、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：放置在信息中心機房，接入工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實現(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、移動性管理、會話管理、承載管理及數(shù)據(jù)集群業(yè)務(wù)等功能，并通過外接管理系統(tǒng)實現(xiàn)集群系統(tǒng)的調(diào)度功能。

網(wǎng)管1臺：放置在信息中心機房，通過IP網(wǎng)絡(luò)連接其他設(shè)備，是本系統(tǒng)的操作維護客戶端和控制面板，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1臺：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)度的智能化和自動化水平。提供可視化圖形調(diào)度界面，實現(xiàn)了調(diào)度用戶狀態(tài)的一目了然，調(diào)度操作的點擊操作，最大程度上提高了調(diào)度的速度。允許有主調(diào)度臺和分調(diào)度臺，可以為各個分調(diào)度臺指定不同的調(diào)度權(quán)限和可調(diào)度人員，通過這種統(tǒng)一管理、分級調(diào)度的方式既提高了調(diào)度的效率，又使得各個不同部門之間能夠高效地協(xié)同工作，滿足跨地域、跨部門的大規(guī)模現(xiàn)代指揮調(diào)度的通信需求。

地面用大功率基站1臺：主要完成基帶信號和射頻信號的調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)處理、功率放大、駐波檢測等功能。通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)、光纖連接地面用信息傳輸接口，用于地面無線信號覆蓋，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、交換機、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、移動外網(wǎng)電話、現(xiàn)有語音系統(tǒng)進行對講，并能夠?qū)崟r管理現(xiàn)場所有設(shè)備。

（1）調(diào)度服務(wù)器放置在調(diào)度中心。（2）維護管理中心（OMC）、交換機、PSTN網(wǎng)關(guān)、地面用信息傳輸接口放置在調(diào)度中心的機房。（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、語音、設(shè)備數(shù)據(jù)通過光纖接入核心網(wǎng)。（5）天線的安裝。

地面配置1臺4通道基站，配置2臺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。

主要無線覆蓋區(qū)域為：工作面輔運巷、工作面皮帶巷、工作面采煤面的無線覆蓋。

3.4井下設(shè)備安裝

3.4.1工作面無線覆蓋設(shè)備安裝

基站和分站的安裝：基站主要提供無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，覆蓋范圍為：工作面采煤面半徑300m，主運順槽半徑1000m。分站為無線拉遠單元。無線覆蓋范圍為：工作面采煤面覆蓋半徑150m，工作面輔運巷、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，工作面機頭和機尾各放置1臺分站、2臺天線，實現(xiàn)對工作面采煤面覆蓋。在工作面輔運巷、皮帶巷各布置2臺分站用于主、輔運順槽巷的無線全覆蓋。（2）井下4G無線網(wǎng)絡(luò)將無線采集到的數(shù)據(jù)、視頻信號、語音通過光纖接入核心網(wǎng)，核心網(wǎng)通過交換機接入煤礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)，通過工業(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。

3.4.2巷道無線覆蓋設(shè)備布置

基站和分站主要提供無線網(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2000m的巷道布置1臺基站即可實現(xiàn)無線全覆蓋，對于數(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)備洞室安裝分站實現(xiàn)洞室的無線覆蓋。

基站通過光纜將信號傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)。

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

3.5主要業(yè)務(wù)功能

3.5.1語音調(diào)度

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

3.5.2多媒體集群調(diào)度

通過調(diào)度臺對KT319-S礦用本安型手機、KBA127W礦用隔爆兼本安型無線高清攝像儀實現(xiàn)多媒體集群調(diào)度業(yè)務(wù)的實時的視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)回傳、視頻分發(fā)功能，實現(xiàn)語音點呼、組呼、強插、強拆、監(jiān)聽等多媒體集群業(yè)務(wù)。

3.5.3視頻監(jiān)控調(diào)度

（1）通過布設(shè)KBA127W礦用隔爆兼本安型無線高清攝像儀，與4G無線網(wǎng)絡(luò)連接，上傳圖像至調(diào)度臺，實現(xiàn)固定視頻監(jiān)控。（2）通過KT319-S礦用本安型手機上的前、后攝像頭實現(xiàn)對現(xiàn)場及操作人員場景的移動實時視頻監(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4G礦用本安型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口（支持RJ45/485）連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸。（2）掘進機、采煤機、液壓支架等設(shè)備通過接入4G礦用本安型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口（支持RJ45/485）實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線上傳，實現(xiàn)綜采自動化控制設(shè)備對采煤機等設(shè)備的遠程監(jiān)測和遠程控制。

3.5.5應(yīng)急事件處置指揮系統(tǒng)

通過手機一鍵緊急呼叫功能實現(xiàn)對全礦持有手持終端的人發(fā)出緊急報警，并實時與調(diào)度指揮中心的語音、視頻通訊聯(lián)絡(luò)，及時匯報險情，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)

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