矿用应急救援广播系统.docx

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矿用应急救援广播系统

梗阳煤业

矿用应急救援广播系统

技

术

方

案

中国矿业大学信电学院

2010年11月7日

前言

本方案设计过程中始终遵循系统应具备可靠性、先进性、稳定性、实用性原则，满足现代化矿井生产调度、语音广播的需要，最终为安全生产、调度指挥、科学管理提供可靠的工具。

系统设计主要依据

1.《煤矿安全规程》

2.《煤矿设计规范》

3.《智能调度室装备规范》

4.MT209《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》

5.GB3836.1《爆炸性环境用防爆电气通用设备要求》

6.GB3836.4《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备》

7.GB50348《安全防范工程技术规范》

8.GB/T50314《智能建筑设计标准》

9.《中华人民共和国公共安全行业标准》

10.GBJ303《建筑电气安装工程质量检验评定标准》

11.FBJ93《工业自动化仪表工程施工及验收规范》

12.GBJ232《电气装置安装工程施工及验收规范》

目录

概述2

一、技术方案3

1概述3

2设计依据及要求4

3系统结构组成5

4系统功能特点6

5系统实施方案8

6系统关键设备11

6.1CMKXY（2009）型智能安全广播控制主机11

6.2KXY12矿用本安型音箱12

6.3KDW660/12B矿用隔爆兼本质安全型电源14

6.4CMKXY（MC）-MS管理软件15

二、工程施工及验收21

2.1工程施工安装21

2.2工程验收21

三、技术培训、售后服务22

四、近期应用实例23

附件：

矿用应急援广播系统配置清单24

一、技术方案

1概述

公共广播作为一种信息传输平台，已经愈来愈紧密联系着人们的生活，其既能播放音乐，又能作业务宣传和寻呼广播，还能作为公共场所火灾、报警的紧急疏散广播，是一种通用性极强的语音系统；广泛应用在煤矿、工厂、小区、商场、宾馆、办公小区、机场、码头、车站等场所，是现代生活与工作中不可缺少的部分。

国家煤矿安全局三令五申要求把煤矿安全生产放在首位。

煤炭生产企业积极响应政府号召，想法设备选用先进生产设备确保煤矿安全。

现在的安全教育都是通过开会的方式向矿工传达，但是并不可能天天召集所有矿工开会，所以经常出现开会时说说，会后就忘记，无法督促提高矿工的安全意识。

矿里的信息交流都是通过电话或者开会的方式。

无法满足现代化矿井安全的需要。

为此建立一个数字信息化的数控广播系统势在必行。

让矿工在空余的时间可以接受安全教育、接收调度指挥命令或者通过轻松音乐缓解矿工的疲劳。

如在煤矿井下候车室可以播放安全标语、新闻和轻松的音乐，解决以前矿工上井前在候车室无事可干、无聊耗时间的问题。

既能宣传安全教育又能陶冶矿工情操。

最主要是在矿井安全出现紧急情况时，可以在调度指挥中心，通过广播系统向井下最危险的地点下达安全指令，紧急避险，从而有效的指导人员的安全撤离，达到2010年全省煤炭工作会议上提出的遇到险情能在三分钟内传达到井下每一个职工的要求。

我公司根据国内煤矿工况实际，结合语音广播现状与发展方向，有机结合数字技术、单片机编解码技术、高级软件编程技术等，开发数字化可寻址煤矿智能广播系统，也即矿用智能应急救援广播系统，是目前国内最为领先的煤矿广播技术。

以其“优质、经济、稳定、实用”等特点，已经得到了全国众多煤矿的认可，是集公共语音、安全播报、调度指挥与安全监测为一体的新一代数字化可寻址矿用智能应急救援广播系统，是煤矿智能广播最佳解决方案。

2设计依据及要求

1.严格按照声学标准、现场实际情况及甲方功能需求设计出最合适的背景音乐，做到科学化、标准化和规范话：

矿用应急援广播系统与一般音响系统不同，是一个先进的矿用系统工程，必需从系统设计开始，包括施工、安装、调试直到最后验收的全过程，都严格按照国家有关的标准和规范，做好系统的标准化设计和科学的管理工作。

最后提交正规的测试验收报告及全套施工图纸和技术资料供甲方存档。

特别专项资金项目，必须确保整个工程经得起各方面的和较长时间的严格考验。

2.根据我公司多年来对煤矿矿用应急援广播系统设计、施工的经验，考虑系统用途的先进性和功能扩展性：

现代信息技术的发展，新产品、新技术层出不穷。

因此本系统在投资费用许可的情况下应充分利用语音体系最新技术，以使系统在尽可能长的时间内与社会发展相适应。

但由于现代科学技术的飞速发展，故必须充分考虑今后的发展需要，设计方案必须具备前瞻性和可扩展性。

这种可扩展性不仅充分保护了甲方的投资，而且具有较高的综合性能价格比。

本设计对此均作了充分考虑，预留了各种接口，极便于系统的扩展和升级。

3.安全性和可靠性是是重要条件之一：

煤矿矿用应急援广播系统的建设，直接影响着用户的使用效果、外部形象及投资回报，因此系统设计必须安全、可靠，本方案已充分考虑采用成熟的技术和产品，在设备选型和系统的设计中尽量减少故障的发生。

并从线路敷设、设备安装、系统调试以及对甲方人员的技术培训等方面，都必须满足可靠性的要求。

特别重要的一点是本方案选用的所有关键设备，均取得国家主管部门的强制认证，并承诺在工程设备的提供、技术支援及售后服务等方面给予全力支持。

4.系统整体规划为“音源数字化、播放自动化、管理智能化、扩展自由化、操作人性化”的可寻址矿用应急援广播系统，采用FSK数字编码控制技术，有线调频传输多路（可扩充）煤矿广播节目。

3系统结构组成

系统采用“数字播出、共缆传输、编码控制、辅助监控”的全新理念搭建，由数字节目源或模拟节目源输出单路或多路音频信号，直接送给智能广播控制主机，经内置的调制解调器、自动编码器的调频调制，把声音调制到调频载波上，再经频率复用合成器合成射频信号至一根光缆经过光端机送到终端矿用本安型音箱。

同时控制信号由主控计算机通过RS232串口与智能广播控制主机连接；编码控制采用非常成熟稳定的FSK方式，与音频信号共缆传输。

系统主要设备包括信号源部分、系统管理软件及管理用上位机、智能安全广播控制主机、信号传输部分、矿用本安型音箱等。

系统结构图如下：

信号源包括各种类型的输入音源，系统支持8路音源的同时输入，同时内置FM调频收音机模块。

可以是麦克风、话筒等模拟音源，也可以配置DVD、VCD等播放设备，用于播放DVD、VCD、CD、MP3光盘节目，同时，可以借助主控计算机及智能安全广播管理软件，播放各种存贮与电脑银盘的语音文件；FM调频收音机可以接收当地的调频语音节目，为井下输送“新闻联播”等重要节目内容。

管理用上位机也叫主控计算机，安装系统管理软件，既作为一路单独的音源输入，同时是整系统的管理中心。

通过管理软件，可以了解智能控制主机的当前工作状态，比如音源音量、FM调频频率、输出输入的对应关系等；还可以对智能控制主机进行参数设定及控制，例如音源音量调节、FM调频、输出输入控制、设备分区、单个矿用音箱的开停、报警信号的处理等。

智能安全广播控制主机是输入、输出音源的承载和中转设备，可以单独使用，借助机上按钮实现输入输出的控制，也可与管理用上位机配合使用。

该机配置开关量采集模块，支持现场信号的采集，采集到现场报警信号后强制切换到语音报警线路，输出语音报警。

信号传输采用光缆共缆传输方式传输音频载波信号及FSK寻址编码控制信号，现在煤矿大部分都有井筒光缆，可以利用已有的光缆传输广播信号，尽量利用现有的资源，避免资源浪费及重复投资。

矿用本安型音箱之间可以采用光缆或电缆互联，也可以采用光缆及电缆的复合传输通道，具体可以根据现场使用条件确定。

矿用本安型音箱是具体的语音设备，可以安装在井下大巷、工作面、井底侯车室等场所，平常情况下可以实时广播背景音乐、新闻、通知，在危险的时候可以语音通知人员撤离；结合控制主机信号采集模块，还可发出报警声音。

4系统功能特点

矿用矿用应急援广播系统是专为煤矿开发的融合当今前沿计算机、多媒体、通信、单片机技术的新一代广播系统，具有传统定压广播不具备、不可比拟的优点。

★多路广播功能：

系统可以实现多套节目同时传输，可以支持8个物理链路。

★音源种类丰富：

音源种类丰富，可以是麦克风、话筒、DVD/VCD等传统音响设备，也可以是电脑、MP3等现代数字设备；同时，系统内置FM调频收音机，接收当地公共电台广播节目。

当使用电脑进行播放时，可以播放电脑支持的全部数字语音文件，另外可支持网络播放，矿领导可在本办公室内通过电脑对井下广播讲话。

★可分区功能：

可自动或手动进行按区域或逻辑分组广播、分区域广播（如办公区、井下候车室、食堂），做到单独控制，如单独对办公区播放通知；也可进行全矿广播。

★远程控制功能：

可以通过计算机进行单台音箱的开停控制，界面友好，操作方便，真正实现了可寻址到点控制。

★日常安全宣传、教育：

播放煤矿安全规章制度、安全措施、企业文化及其它注意事项等，增强职工的安全意识。

★与安全监控、综合自动化系统有机融合：

共享安全监控、综合自动化系统有关数据，经过定制，当出现瓦斯超限、风机不能正常工作等情况时，系统自动在特定区域发出安全告警，指挥相关人员采取必要的措施。

（注：

本功能需额外要定制，系统已预留接口。

）

★结合应急预案，进行自动或人工应急救援：

当系统监测到安全监控系统告警，井下出现重大安全事故时，可以根据事先设定程序，调动相关应急预案，指挥现场人员撤离；也可以人工调用应急预案语音，播放给指定区域；还可以通过麦克风，直接指挥有关人员撤离。

（注：

本功能需要额外定制，系统已预留接口。

）

★开关量输入：

硬件上支持4路开关量信息输入，配合矿业现场其他设备，进行语音告警提示，避免事故的发生。

可根据需要设置启动警报点附近的音箱或全部音箱。

★传输距离长：

可以采用全光缆方式传输，抗冲击、无干扰、高保真、传输距离可以达到60公里，特别适合煤矿井下恶劣环境。

★自动播放功能：

管理用上位机同时兼做数字节目源，通过系统上位机管理软件可实现手动、自动定时播放。

煤矿可将安全教育、安全规章等常用语音文件，存储在硬盘上，实现全自动非线性播出。

无需人工干预，即可自动播放，实现了真正无人值守。

可按照周期制作不同的播放方案，实现按时循环播放。

★高品质的语音：

专业的语音芯片设计，独特的机械、工艺设计，做到声音洪亮，不失真，改变了过去煤矿井下扩音电话音质差的根本问题。

★音乐铃声、背景音乐功能：

歌曲、音乐及安全教育口号、标语，悠扬的音乐代替高达90分贝刺耳的电铃声；背景音乐自动或手动播放到指定区域，使矿工不再承受噪音干扰。

★传统设备智能化管理：

智能安全广播控制主机与电脑连接，接受电脑控制指令，在软件统一管理设置下控制多台设备的自动开关，定时自动播放。

煤矿可以根据需要添加智能安全广播控制主机（或以后添加，平滑升级），实现计算机对VCD，CD，DVD等音源的智能化管理。

★良好的开放性与可扩展性：

系统具有良好的开放性和可扩展性，可组成线状、树装网络，并可增设信号出口，根据具体的需求任意添加音箱。

★较高的稳定性与可靠性：

采用RF弱信号传输方式，极大地提高了系统的可靠性，系统传输网络中无功率信号，单只音箱的故障不影响系统工作，整机在没有信号的情况下自动处于关闭状态，待有启动信号或接收到开机指令后音箱自动启动，无需人员的控制。

★数字视频联动：

可以和数字视频系统相结合，达到数据、语音、视频联动。

（注：

本功能需要额外定制，系统已预留接口。

）

5系统实施方案

根据梗阳煤业的现场实际情况，本矿的应急援广播系统采用（光缆+电缆）混合模式作为语音传输信道，语音信号从地面控制主机通过光缆传送到每个区域的光缆音箱，然后从光缆音箱再引出音频电缆到下一级电缆音箱，这样既可以解决远距离音频传输的电磁干扰严重、噪音高等问题，也便于短距离内使用电缆以后使用过程中进行移动或移位。

使用此种传输模式井下的所有的矿用本安型音箱都能够达到最好的语音效果。

根据梗阳煤业巷道和安全通道分布情况,，采用在这区域中的光缆接线盒引出光缆至光接口音箱，然后从光接口音箱再向大巷的两端引电缆，即下一级接电口音箱。

井下音箱分布拓扑图如下图所示。

根据本矿井的巷道长度共设置音箱20台，具体布置如下：

1、小澡堂1个2、大澡堂2个3、灯房口1个4入井通道1个

5、井口皮带1个6、主井皮带9个7、皮带机尾1个10、井下调度站门前1个11、安全通道2个

给矿用本安型音箱供电的矿用隔爆兼本安型不间断电源就近接入照明的127V电压，然后引出一路12V本安电源给音箱供电。

本方案的系统结构图如下图所示。

广播系统分布拓扑图

音箱实际布置示意图

6系统关键设备

6.1CMKXY（2009）型智能安全广播控制主机

智能安全广播控制主机是输入、输出音源的承载和中转设备，可以脱机单独使用，也可与管理用上位机配合使用。

音频矩阵功能

（1）供电电源

供电电压：

AC220V。

（2）信号输入

共8路音频输入，其中第8路为报警信号输入端。

其中：

MIC输入：

2路，具有音量调节功能；

电脑声卡：

1路；

内置收音机模块；

其它音频信号输入：

4路。

开关量信号输入：

4路。

4路开关量输入与输出1~4路对应，当相应的开关量信号被触发，则控制相应的输出播放第8路的报警信号15秒的时间，15秒后则自动切回到报警前的语音信号。

（3）信号输出

音频信号输出：

8路，可以通过软件和硬件实现播放任意一路输入语音信号或麦克风信号。

（4）人机界面

采用3英寸LCD面板。

（5）数据存储：

可以存储各种音量及输入输出通道的当前设置，掉电不丢失。

（6）通信方式

与管理上位机采用RS485通信方式。

6.2KXY12矿用本安型音箱

KXY12矿用本安型音箱音箱是矿用矿用应急援广播系统的关键设备，把功放器件与光发射接收器件融合在一起，采用进口大功率立体声高保真音频功放芯片,共同置于不锈钢壳体中，使声音、传输、控制一体化，音质优美动听、使用寿命长、安全可靠等优点,同时配接电缆接口或光纤接口，输出电信号或光信号。

本音箱用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。

可以安装在井下大巷、工作面、井底侯车室等场所，平常情况下可以实时广播背景音乐、新闻、通知，在危险的时候可以语音通知人员撤离，并发出报警声音。

本音箱结构紧凑，体积小，重量轻，防爆，抗震，防潮，适合于煤矿井下使用。

防爆制式：

防爆型式：

矿用本安型

防爆标志：

ExibI

外形尺寸

外形尺寸：

300mm×180mm×90mm

重量：

约3Kg

关联设备

KDW660/12B矿用隔爆兼本质安全型稳压电源

主要技术参数

供电电源：

直流12V（KDW66/12B本安电源供电）

工作电流：

≤1000mA

声音强度：

≥85db

一路光纤输入：

波长1310nm,接收灵敏度-20dBm

一路光纤输出：

波长1310nm,输出光功率（-6~-3）dBm

一路音频输入：

不小于1Vp-p

一路音频输出：

（1~4）Vp-p

声级强度：

输入1kHz信号，在50米范围声级强度不小于85dB（A）

一路RS485信号

6.3KDW660/12B矿用隔爆兼本质安全型电源

KDW660/12B矿用隔爆兼本质安全型电源是融合了隔爆技术、本安技术、开关电源技术和UPS技术的高科技产品，有二组输入与一组输出等级可供选择，适用范围较广。

另外该电源具有启动快、保护功能齐全的特点，故障排除后能自动恢复工作。

本电源箱适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的煤矿井下、露天煤矿、选煤厂等工作场所，用于向重要的现场本质安全型用电设备提供本安电源以及向通信分站等要求不间断供电的隔爆型设备提供不间断的直流稳压电源。

防爆制式：

防爆型式：

矿用隔爆兼本安型

防爆标志：

Exd[ib]I

外形尺寸

外形尺寸：

410mm×344mm×185mm

重量：

约4.8Kg

主要技术参数

输入电压：

AC660V（AC470V~AC900V）或者AC127V（AC85V~AC265V）

额定输出电压：

DC12V

输出电压偏离值：

≤5%

额定输出电流：

1000mA

周期与随机偏移，峰峰值：

Vp-p≤250mV

开路电压：

≤12.5V

过压保护动作值：

≤13V

短路电流：

≤1150mA

备用电源功能：

额定电流下不小于2小时（可选功能）

6.4CMKXY（MC）-MS管理软件

★系统主界面

图1系统主界面

如图1所示为系统主界面，系统的播放列表有手动打开和触发打开两种方式，系统的播放列表包括对播放音乐的顺序播放控制，音频主机的控制，单个音箱的控制。

在播放过程中也可以选择插播音乐或者单独对某台音频主机或者音箱进行控制。

系统把要播放的地区进行划分区域，不同的区域可能有不同的音频信号，如某一个区域在播放电脑音乐，另一个区域在收听收音机。

★音频主机管理界面

图2音频主机管理界面

如图2为音频主机管理界面，每个音频主机包括8路输入音源和8路输出区域选择。

其中话筒、收音机固定在前三路。

报警固定在第八路。

★音频主机单控界面

图3音频主机单控界面

如图3为音频主机单控界面，通过此界面可以对单个音频主机进行控制，可以控制8路输出区域的输入音源的切换。

可以通过向上向下的按钮或者直接输入数字改变调频频率,收音机音量通过拉动条进行控制。

话筒1以及话筒2的音量都是通过拉动条进行控制。

★区域管理界面

图4区域管理界面

如图4，可以对所有要播放的地区划分区域，不同的区域可以有不同的音频信号。

★音箱管理界面

图5音箱管理界面

如图5，可以根据区域的要求分配音箱，每个音箱都有不同的地址，可以对单个音箱分别进行控制。

★播放列表管理

图6播放列表管理界面

如图6，可以对播放列表进行管理，播放列表包括对电脑播放音乐的控制、音频主机的控制以及单个音箱的控制。

电脑音乐的播放控制包括跟随上列和定时播放两种形式，如果是定时播放则要设置播放时间。

音频主机以及音箱都可以设置成跟随播放以及定时播放两种形式。

二、工程施工及验收

一个系统工程的整体质量，不仅取决于设备质量，而且与工程安装施工质量有密切的关系，只有经过工程培训、且具备足够工程经验的工程技术人员才能进入工程现场，系统工程施工严格按照《设计方案》施工图纸及国家有关标准执行。

，公司将派出专业水平高的技术人员进行施工，同时按照公司技术标准及质量保证体系严格全过程控制工程质量。

2.1工程施工安装

   人员组织，现场了解，图纸资料熟悉，设计人员进行设计交底，现场人员应具备电气专业施工、安装技能与知识，能在各自的工作岗位上保证工程质量，完成各自的任务，同时现场人员要对用户负责。

2.2工程验收

   工程施工结束后,工程师与用户一起对整个系统的性能进行全面测试，并向用户提交详细的测试报告。

为了方便用户的管理，在工程施工结束后，向用户提供完整的系统文档，包括：

●设计方案；

●系统竣工图；

●系统操作使用说明书；

●其他有关的设计和施工说明。

三、技术培训、售后服务

我们拥有一套完整的售后服务体系，向用户提供优质及时的售后服务保障：

1）对于工程中安装的所有相关设备、零配件，在保修期内如出现质量问题予以随时免费的更换。

2）保修期：

硬件提供壹年免费保修，终身服务。

3）在本系统与其它系统配合使用时，公司的工程师将赴现场及时解决其它系统与本系统配合时所出现的问题。

对于工程完工后、保修期内出现的系统扩容的情况，我公司将本着用户至上的原则，在扩容施工时只收取相关部分的材料成本费用，有关设计费及施工督导费等不再另计。

4）软件终身免费升级。

5）我公司将负责培训甲方使用人员1-2人，包括：

●在施工前进行系统及产品培训，以便对系统产品有详细了解。

●在施工过程中进行安装培训，以达到能够独立进行系统安装及维护。

●在工程结束后进行应用培训，使他们能够熟练掌握系统软硬件在各种应用环境中的使用。

●用户使用人员发生变化，免费对新来人员进行培训。

6）提供互联网远程软件支持。

7）用户无法自行排除故障，我公司提供及时的现场服务。

公司在接收到用户通知后2小时进行响应，并且在24小时内派出工程技术人员到达现场或通过远程会诊方式对故障作出判断，并予以解决。

对于紧急故障，我方在接到通知后8小时内提供解决方案，2个工作日内派出工程技术人员到达现场，并尽可能在24小时内排除故障。

8）我公司免费给客户制作需要播放的语音文件，包括安全规程，通知，紧急预案等等，公司在接收到客户文本制作内容2日内给制作好交付客户使用。

四、近期应用实例

1、河南省平煤集团一矿

井下分六个区域共安装安装57个矿用本安型音箱，分别为主斜井区，明斜井区和架空行人区等。

全部采用是光缆作为语音传输信道。

2、山西省阳泉市石店煤矿

井下安装8个矿用本安型音箱，地面安装4个地面智能音箱。

采用光缆和电缆混合作为语音传输信道。

3、内蒙古陈巴尔虎旗天顺煤矿

地面和井下共分三个区域共安装26个矿用本安型音箱2个地面智能音箱。

采用光缆和电缆作为语音传输信道。

4、内蒙古蒙西煤矿

井下共分三个区域共安装24个矿用本安型音箱。

采用光缆和电缆混合传输语音。

5、吉林省龙家堡煤矿

井下共分四个区域共安装30个矿用本安型音箱。

全部采用是光缆作为语音传输信道。

6、山西晋城省章丘市东风煤矿三号井

井下共分四个区域共安装22个矿用本安型音箱。

全部采用是光缆作为语音传输信道。

附件：

矿用应急援广播系统配置清单

见附件