4G无线宽带网络在大唐集团龙王沟煤矿的应用分析

    张士海

    摘要：煤矿综采工作面自动化控制系统是煤矿生产的重要组成部分，在现代化大中型矿山企业中正扮演着越来越重要的角色。4G无线宽带网络传输系统是综采工作面自动化控制系统监控数据和控制信令的无线高速传输通道，可以为综采工作面自动化控制系统提供通信、调度、自动化设备控制等功能。文章认为，随着综采自动化水平的不断提高，对通信设备的要求也越来越高，有线通信和无线通信互为备份已成为大势所趋。

    关键词：4G；无线高速传输通道；通信设备

    1项目需求

    （1）建立综采自动化工作面4G无线网络传输系统，实现工作面辅运巷、工作面皮带巷、工作面采煤面的4G无线覆盖。在覆盖区实现语音、集群通讯、数据、实时视频采集、实时设备工况数据采集等业务。（2）提供无线大带宽，保证数据实时承载传送。（3）实现多业务统一接入及实时传输，提供多种接口功能的无线接入终端，为井下设备提供有线转无线的通道，保障设备工况数据和自动化控制设备信令的有线传输和无线传输的双通道备份。

    2设计原则

    （1）坚持以《煤矿安全规程》为依据，统筹规划，突出重点，应用成熟、可靠的设备为原则。建设及完善煤矿调度通信指挥系统和自动化信息传输系统，实现煤矿地面及井下立体综合智能有线、无线于一体，有力地保障安全生产。（2）新建设的无线通信网络能与现有的井上井下有线、无线通讯网络实现互联互通，避免重复投资。（3）灵活性和兼容性原则。系统采用开放式、分布式设计，在不改变原有设备的情况下能灵活方便地升级、扩容，同时系统具有很强的兼容性，以确保系统能提供更强的业务能力。（4）扩容无需再进行繁杂的布线工作，能与现有设备对接，同时系统还留有很大的冗余，保证将来系统扩容升级时无需替换现有设备，避免重复性投资。（5）系统硬件采用模块化设计，使用先进、可靠的设计制造技术，在系统结构形式和控制方式上确保系统的可靠性，硬件连接简单，方便施工。（6）系统设计人性化，功能丰富，操作上易用性强。（7）系统设计合理，集成度高/造价低。（8）系统符合国家相关规定，整个系统具有煤矿安全标志。

    34G无线宽带集群调度系统方案设计

    3.1地面系统网络结构

    4G无线宽带通信系统地面部分主要由核心网、网管、多媒体调度机、调度服务器、交换机、地面用信息传输接口、地面用大功率基站及相关配套设备组成。

    核心网1台：放置在信息中心机房，接入工业以太网网络，实现4G系统的管理核心建设。主要有签约数据管理、鉴权管理、移动性管理、会话管理、承载管理及数据集群业务等功能，并通过外接管理系统实现集群系统的调度功能。

    网管1台：放置在信息中心机房，通过IP网络连接其他设备，是本系统的操作维护客户端和控制面板，提供系统管理、配置管理、告警管理、软件管理、性能管理、安全管理、网络健康检查等功能。

    多媒体调度机1台：为调度人员提供多媒体指挥调度功能，并且能够与各种业务系统高度集成，提高调度的智能化和自动化水平。提供可视化图形调度界面，实现了调度用户状态的一目了然，调度操作的点击操作，最大程度上提高了调度的速度。允许有主调度台和分调度台，可以为各个分调度台指定不同的调度权限和可调度人员，通过这种统一管理、分级调度的方式既提高了调度的效率，又使得各个不同部门之间能够高效地协同工作，满足跨地域、跨部门的大规模现代指挥调度的通信需求。

    地面用大功率基站1台：主要完成基带信号和射频信号的调制解调、数据处理、功率放大、驻波检测等功能。通过工业环网、光纤连接地面用信息传输接口，用于地面无线信号覆盖，基站及基站天线放置煤矿地面区域高层建筑顶端。

    3.2系统安装

    地面配置包括核心网、网管、多媒体调度机、交换机、PSTN网关、地面用信息传输接口、地面用大功率基站天线等设备。能够实现4G系统和程控电话、移动外网电话、现有语音系统进行对讲，并能够实时管理现场所有设备。

    （1）调度服务器放置在调度中心。（2）维护管理中心（OMC）、交换机、PSTN网关、地面用信息传输接口放置在调度中心的机房。（3）供电采用就近取电原则。（4）地面用信息传输接口、地面用大功率基站、核心网之间采用光缆连接。井下视频、语音、设备数据通过光纤接入核心网。（5）天线的安装。

    地面配置1台4通道基站，配置2台2通道定向天线。地面天线安装于矿区指定楼顶上，配置50钢管，顶部安装避雷针，做好接地系统，整体高度为5m，板式定向天线安装于3m处，2个天线板之间夹角180度，并向下倾斜10度，以覆盖天线下面的安装楼层。供电为220V交流电，因此地面基站配电采取就近接入。

    3.3井下4G系统网络结构

    井下4G无线覆盖设备主要有：KT319-F1基站、KT319-F2数据传输分站。

    主要无线覆盖区域为：工作面辅运巷、工作面皮带巷、工作面采煤面的无线覆盖。

    3.4井下设备安装

    3.4.1工作面无线覆盖设备安装

    基站和分站的安装：基站主要提供无线网络覆盖，覆盖范围为：工作面采煤面半径300m，主运顺槽半径1000m。分站为无线拉远单元。无线覆盖范围为：工作面采煤面覆盖半径150m，工作面辅运巷、皮带巷覆盖半径300m。

    布置方式：（1）在工作面顺槽列车上安装基站1台，工作面机头和机尾各放置1台分站、2台天线，实现对工作面采煤面覆盖。在工作面辅运巷、皮带巷各布置2台分站用于主、辅运顺槽巷的无线全覆盖。（2）井下4G无线网络将无线采集到的数据、视频信号、语音通过光纤接入核心网，核心网通过交换机接入煤矿工业环网，通过工业环网将数据接入各应用服务器和相关系统的上位机。

    3.4.2巷道无线覆盖设备布置

    基站和分站主要提供无线网络覆盖。基站井下覆盖半径1000m，分站覆盖半径300m。

    在巷道有拐弯和坡度起伏较大的地方附近布置分站，直巷道不超过2000m的巷道布置1台基站即可实现无线全覆盖，对于数据量不大、弯道较多的地方可布置分站，井下配电室等设备洞室安装分站实现洞室的无线覆盖。

    基站通过光缆将信号传输到核心网。

    在井下巷道中间设置基站，两侧配置分站进行信号覆盖拓展，在巷道斜坡及拐角处设置扩展分站，进行沿线的全覆盖工作。

    3.5主要业务功能

    3.5.1语音调度

    在地面及井下配置KT319-S矿用本安型手机，通过Uu无线接口与4G无线网络连接，实现系统无线覆盖范围内的语音、视频、短信、彩信等多种业务的通讯，同时通过PSTN网关与公网固话中继服务器对接，实现KT319-S矿用本安型手机与公网电话互通。

    3.5.2多媒体集群调度

    通过调度台对KT319-S矿用本安型手机、KBA127W矿用隔爆兼本安型无线高清摄像仪实现多媒体集群调度业务的实时的视频监控、数据回传、视频分发功能，实现语音点呼、组呼、强插、强拆、监听等多媒体集群业务。

    3.5.3视频监控调度

    （1）通过布设KBA127W矿用隔爆兼本安型无线高清摄像仪，与4G无线网络连接，上传图像至调度台，实现固定视频监控。（2）通过KT319-S矿用本安型手机上的前、后摄像头实现对现场及操作人员场景的移动实时视频监控。

    3.5.4第三方数据传输系统

    （1）各种传感器通过4G矿用本安型数据转换接口（支持RJ45/485）连接实现数据无线传输。（2）掘进机、采煤机、液压支架等设备通过接入4G矿用本安型数据转换接口（支持RJ45/485）实现数据无线上传，实现综采自动化控制设备对采煤机等设备的远程监测和远程控制。

    3.5.5应急事件处置指挥系统

    通过手机一键紧急呼叫功能实现对全矿持有手持终端的人发出紧急报警，并实时与调度指挥中心的语音、视频通讯联络，及时汇报险情，使调度指挥中心有效指挥自救。

    3.5.6设备故障诊断及处置系统等各业务子系统

    通过手机的高清视频，能够即时将设备故障点视频上传有关技术、维修、管理人员，从而保证了设备故障的即时诊断与处置，节省相关技术人员下井维修确认排查的时间。