汉明科技矿井通信系统设计方案.docx

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汉明科技矿井通信系统设计方案

井下通信系统

设计方案

目录

1项目说明1

1.1项目背景1

1.2项目预期目标1

2总体设计2

2.1系统设计说明2

2.2系统设计依据2

2.3系统设计原则2

3系统规划3

3.1系统组成3

3.2无线覆盖4

3.3设备连接和网络接口12

3.4网络拓扑结构和IP地址分配12

3.5系统功能13

3.62应用说明14

4系统配置15

4.1系统主要电性能参数15

4.2材料清单16

5系统主要设备17

5.1KT156-F综合分站17

5.2矿用本安型手机18

5.3KDW16A矿用隔爆兼本安型不间断电源箱19

1项目说明

1.1项目背景

近几年煤炭企业频繁发生重特大安全生产事故，给国家和人民带来巨大的生命财产损失，政府和企业因此共同将煤矿安全生产的信息化工作提上空前的高度。

煤矿企业的调度通信和行政通信系统经过多年建设和发展，虽取得了较大的成效，但是缺乏成熟的井下移动通讯解决方案。

矿井工人和工作人员的实时无线语音数据通信要求非常迫切，井下人员所处位置更新、井下生产的动态数据上报、地面通知的实时下达等都显示出井下通信系统业务的特殊性和重要性。

为完善矿井信息化建设，qq煤矿需要一套能满足对语音通话和语音调度高质量要求的先进无线通信系统。

项目可行性

系统采用WiFi无线以太网技术作为井下移动通信技术实现方案，WiFi技术是成熟的、标准化的、目前正得到广泛应用的新一代移动通信技术，支持多种WiFi数据终端接入，具有高带宽、强抗干扰、小型灵活等技术优势，能有效解决目前井下无线通信功能单一、抗干扰性差、容量小、技术水平落后等问题；WiFi技术在国内已经得到广泛的应用。

1.2项目预期目标

系统建成后，能实现井上井下矿区内外的语音通信功能；井下无线信号要求需要覆东翼轨道大巷、西翼轨道大巷、轨道上山、皮带上山、轨道下山、皮带下山及行人回风巷和主井位置通往采掘面的部分巷道。

2总体设计

2.1系统设计说明

qq煤矿井下通信系统主要完成井上井下矿区内外的语音通话功能。

在qq煤矿方案设计中，我们采用标准的工业以太网通信协议，可方便实现远程通信和跨网通信，还可为井下工业以太环网、视频监控、井下传感器数据无线传输、井下广播提供升级。

而无线覆盖采用成熟的WiFi技术，在横截面积12平方米无岔路直巷，无线覆盖半径达到500米，在横截面积6平方米（2米多宽、2米多高）的窄巷，无岔路直巷情况下的覆盖半径为350米，相比其他厂家的产品，可在同样无线覆盖范围的条件下，用较少数量的分站，减小用户投资的成本。

井下分站顺着巷道走向作树形延伸，同地面的交换机等设备一起构成百兆光纤工业以太网，同时作为井下的无线覆盖，实现语音通信功能。

整个网络的拓扑结构为环形+树形，分站之间的连接线缆为百兆光缆，通信容量大且抗干扰能力强；应用软件采用B/S架构，采用MYSQL做为数据库管理工具。

说明：

如果已经设计安装了井下工业以太环网，汉明系统可接入利用其作为骨干，以提高全网的可靠性和为客户节省费用。

如果井下没有工业以太环网，汉明系统可通过井上环网交换机构成环网。

2.2系统设计依据

GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分通用要求

GB3836.4-2000爆炸性气体环境用电气设备第4部分本质安全型“i”

MT209-1990煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求

MT210-90煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法

MT/T286-1992煤矿通信、自动化产品型号编制方法和管理办法

MT/T772-1998煤矿监控系统主要性能测试方法

MT/T899-2000煤矿用信息传输装置

2.3系统设计原则

qq煤矿井下通信系统在设计过程中综合考虑了以下基本原则：

（1）满足井下无线功能要求；

（2）在达到规定的安全指标的基础上，确保系统的性能指标，如覆盖率指标，要把主要运输大巷和重要的上下山巷道全部覆盖。

（3）控制系统成本，节省用户开支，保证系统的适用性；

（4）提高可维护性，降低维护成本，降低系统寿命周期内总体运行费用；

（5）系统要容易施工、容易维护、可靠耐用；

（6）模块化设计，无论是硬件还是软件，各个分层间结构清楚，完全标准化，便于系统升级和网络扩容；

（7）采用标准TCP/IP接口，兼容性好，接口方式灵活，能满足煤矿信息化建设不断发展的要求，可与各种应用软件或数据库实现对接，接口标准，便于未来进一步开发，相互传递数据。

3系统规划

3.1系统组成

系统主要由网络设备、终端设备和应用软件组成，系统组成如图1所示。

（1）网络设备：

主要为调度室交换机、井口分站以及井下分站。

分站除了作网络设备外，还作井口和井下的无线覆盖，以实现语音通信功能。

（2）终端设备：

终端设备主要有本安型手机。

（3）应用软件：

应用软件主要包括语音调度软件

防爆摄像头

图1系统组成示意图

3.2无线覆盖

3.2.1井下覆盖

井下无线覆盖由94台分站组成，分别用于覆盖东翼轨道大巷、西翼轨道大巷、轨道上山、皮带上山、轨道下山、皮带下山及行人回风巷和主井位置通往采掘面的部分巷道的覆盖，保证井上井下有效通话。

详细设计说明如下：

♦井下覆盖共需94台分站，设计光纤使用52Km。

♦设计11台分站完成对箕斗井附近巷道、西翼皮带巷、东翼皮带巷、东翼轨道巷的巷道覆盖

♦设计11台分站完成对2300轨道上山、2300皮带上山、303中部车场、9100轨道巷的巷道覆盖

♦设计7台分站完成对2100轨道上山、2100皮带上山及周边的巷道覆盖

♦设计14台分站完成对2700轨道下山、2700皮带下山、-480南翼运输大巷、-480北翼运输大巷、-480集中皮带巷、-480集中轨道巷、-480集中运输巷等巷道的覆盖

♦设计16台分站完成对2600轨道下山、2600皮带下山、三水平皮带巷、三水平轨道巷、三水平轨道下山、三水平皮带巷二期等巷道的覆盖设计4台分站完成对北二运输大巷的覆盖

♦设计33台分站完成对重要的行人巷道、皮带巷道、运输巷道的重要支巷和一些变电所、绞车房、水仓等重要巷道和地点。

♦预留2台分站做备用。

图2-1井下东翼、西翼区域巷道分站布置图

图2-2305中部车场区域巷道分站布置图

图2-32100轨道上山、2100皮带上山区域巷道分站布置图

图2-4主井、2900皮带下山、2900轨道下山区域巷道分站布置图

图2-52600轨道下山、2600皮带下山、三水平轨道下山区域巷道分站布置图

图2-52600轨道下山、2600皮带下山、-480北翼运输大巷三水平轨道下山区域巷道分站布置图

3.2.2无线覆盖效果

分站在井下的有效覆盖半径设计为400-500m，天线采用全方向覆盖。

井下的分站信道设置为12信道，SSID设置统一，实现井下手机的无缝漫游切换。

井下覆盖达到80%，在各个重点区域，利用增加分站的架设来达到有效的信号覆盖。

最终实现整个井下通畅的语音通话效果。

3.3设备连接和网络接口

（1）井下分站提供3个网络接口（光口或者电口）；

（2）分站之间以及分站和交换机之间均采用4芯光缆连接。

3.4网络拓扑结构和IP地址分配

3.4.1网络拓扑结构

网络采用环形加树形拓扑结构。

拓扑结构图如下：

图3井下分站网络拓扑图

3.4.2IP地址分配

所有分站固定分配IP地址，手机也固定分配IP地址，设置在一个网段里。

3.5系统功能

（1）系统可实现井下手机与手机之间、井下手机与井下固定电话、井下手机与调度电话之间、井下手机与地面手机之间、井下手机与地面固定电话间的双向通话。

（2）系统能与其它设备复用井下工业以太环网的信息传输平台，运行稳定、可靠性好，无须铺设独立的通讯线路，实现真正意义上的多网合一功能；

（3）系统可通过网关设备与调度系统、办公系统无缝连接。

（4）系统基于工业以太网平台传输，最大支持基站数不少于200台，传输距离不小于30km；

（5）如果配置调度台，系统可实现强拆、强插、群呼、组呼等调度功能，还可以配置录音功能、会议功能。

（6）系统具有短信功能。

（7）脱网通信：

手机具有对讲功能，在没有服务器以及脱网的状态下也可以通话，此时手机之间是自组网，相互间直接通话。

（但需要互相有信号覆盖）

3.62应用说明

（1）系统可以实现井下手机用户的语音移动通信功能。

（2）井下分站配套的备用电源具有在断电情况下支持分站工作2小时的能力。

系统可以在断电的情况下持续提供覆盖区域的通信能力，为应急救援提供通信保障。

井下分站间还有无线中继能力，此功能也为应急救援提供了有力的保障。

（3）系统可方便扩展，随着巷道的掘进实现快速扩容，并可接视频及广播，为系统扩展应用预留接口。

4系统配置

4.1系统主要电性能参数

♦工作电压

✧地面设备：

AC220V；

✧井下设备：

⏹分站电源：

AC127V/220V/380V/660v；

⏹分站：

DC15V；

✧手机：

DC3.7V。

♦最大传输距离

✧手机与分站之间的最大无线可靠通信距离500m；

✧分站之间最大传输距离10km以上。

♦最大容量

✧系统允许接入的最大分站数量为200台以上；

✧单分站可同时通信手机数：

15路通话；

✧系统最大手机数量不限（但软交换系统需根据要求配置容量）

♦无线部分技术参数

✧工作频段：

2.4GHz；

✧传输协议：

IEEE802.11g；IEEE802.15.4

♦系统误码率：

不大于10E-8。

4.2材料清单

系统配置清单如下：

本安基站

本安电源

本安手机

IP语音调度平台

定向天线

2光2电光纤收发器

语音网关

本安交换机

无线摄像机

功分器

防爆外壳

WIFI定位软件和定位标签

IP广播系统

无线CPE

地面3G单兵应急系统

5系统主要设备

5.1综合分站

图5矿用本安型读卡分站

防爆标志为ExibⅠ。

特点：

a）多功能：

分站内置光电收发器，不需要井下交换机、基站控制器和中继器等设备。

b）结构设计合理、体积小巧，轻便，非常便于安装和维护。

c）传输距离远：

有线传输距离10千米以上，无线通信高达500米。

d）可移动性：

分站无线通信方式提供了高度的便捷性，使设备可根据实际情况移动。

一旦某一区域不再需要使用，如采掘面的采掘工作全部完成，可把该区域内的分站移到其他需要的地方或者回收上来备用。

主要技术指标

♦重量：

8千克（含内置光电收发器）；

♦工作电压：

DC15V；

♦天线类型：

全向天线；

♦无线覆盖半径：

500米（横截面积12平方米无岔路直巷）；

♦光缆最大传输距离：

不小于10千米；

♦分站与分站通信

✧无线频段：

2.4GHz；

✧无线通信距离：

500米（横截面积12平方米无岔路直巷）；

✧有线：

单模光纤；

♦分站与手机通信

✧接收灵敏度：

-75dBm/m；

✧无线通信距离不小于500m（横截面积12平方米无岔路直巷）；

✧每台分站可以容纳15路通话。

♦配套电源含2小时备份电池。

♦有线光信号接口

✧接口数量：

3个以太网光信号接口；

✧传输方式：

以太网；

✧最大传输距离：

不小于10km；

5.2矿用本安型手机

图7KT156-S本安手机

防爆标志为ExibⅠ。

矿用本安型手机是专门为矿井设计的无线通话终端设备。

该手机为WIFI手机，可在矿用本安型读卡分站的无线覆盖范围内进行语音通话，可实现手机与手机通话、手机与固定电话通话，并且在网络覆盖范围内免费通话。

该手机为工业手机，待机时间长，耐强力冲击。

主要技术指标

♦无线接入方式：

IEEE802.11b/g；

♦工作频段：

2.4GHz；

♦接收灵敏度：

≤-75dBm；

♦无线通信距离：

500米；

♦振铃响度：

≥70dB。

♦待机时间：

5天；

♦通话时间：

4小时；

♦工业手机设计、防尘、防水、防震

5.3KDW16A矿用隔爆兼本安型不间断电源箱

KDW16A矿用隔爆兼本安不间断电源箱是直流稳压电源，为KT156-F矿用本安型读卡分站的配套设备，允许在有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境中向矿用本质安全型设备供电。

它提供供电状态输出信号，供监测系统监视电源的供电情况。

图8KDW16A电源箱

技术参数

♦输入：

AC127/220/380/660V（用户可通过选择相应接线端子定），频率50Hz，允许电压变化范围75%-115%。

♦输出：

✧额定电压（V）：

15+/-8%；

✧额定电流（A）：

1.0；

供电时间：

交流停电时，输出额定电流条件下，电池供电不小于2小时.