煤业应急通信机制关键技术的研发范文

基于IP的数字式全双工煤矿扩播通信装置的开发

扩播电话用于生产局部区域的通信，如皮带沿线，每100米左右放置一套扩播电话机，可以实现广播式全双工通话。如果出现事故异常，可以通过扩播电话机给出声光报警提示信号；也可以实现开车前声光预警提示。本系统将传统的扩播电话及程控电话以数字电路和数字网络理念重新设计，实现语音电话机数字化、信号传输数字化、基于现代工业以太环网集中控制的全数字语音电话系统。

本扩播电话是一种通过以太网或其他使用IP技术的网络来实现语音通信的一种全新的通讯设备。基于IP的煤矿扩播通信是纯数字扩播系统，音质好，抗干扰性强，不但具有传统的扩播电话系统的扩音、对讲、打点等功能，还具备定时播报、背景音乐、与地面调度台互通等扩展功能。除了支持以太网通信，还集成调度电话功能，可直接接入矿用调度电话系统。本产品中的IP扩播电话终端既可以与普通电话交换机连接，也可以与调度指令电话交换机连接；可以更方便的实现背景音乐播放、触点信号遥控和急停按钮的功能；主机界面直观友好，操作简便，功能齐全，人机界面不仅具有形象逼真的动态画面和全中文显示，还具有急停报警监视、安全确认机制和数据记录功能。

扩播话机通过接收从串口传来的数据，经CPU处理后输出到A/D转换模块和编码解码器MC14LC5480，最后经过功率放大器到扩音喇叭实现扩音广播。来自IP扩播电话的转换端口的数字语音信号通过EP2C8Q208C8型的FPGA芯片微处理器，拆包并提取语音数据送入VS1003B对其进行解压与解码再由MC14LC5480芯片进行D/A转换还原成语音模拟信号输出。井下人的模拟语音信号通过MC14LC5480芯片进行A/D转换，得到的PCM信号，再由VS1003B进行压缩编码，压缩后数据输出给EP2C8Q208C8型的FPGA芯片。EP2C8Q208C8型的FPGA芯片微处理器除了提供系统所需的所有时序外，还对编码后的数据进行处理和打包传输给IP扩播电话的转换端口。

调度程控电话广播装置的开发

原有的程控话机只能实现听筒通话功能，在煤矿环境嘈杂的地区，井下人员很有可能听不到电话的振铃声，所以我们对程控电话进行了改造。本系统话机带有源音箱，在接收到电话呼叫后振铃三声以内摘机，则实现普通听筒通话；若振铃三声未摘机，则电话机则自动接通，并把接收到的语音转接到有源音箱进行扩音播放。

与矿井工业以太网综合接入关键技术的研究

本项目组研发了多种接入方式的矿用综合IP语音接入网关，本IP电话语音网关系统采用先进数字语音通信技术，基于IP通信，支持静态、动态IP地址及IP地址智能学习功能；而且支持SIP协议或是H323协议，语音编码支持G.711，G723.1，G.729A，语音清晰、QoS语音保证，适应各种网络环境。

IP语音网关将从调度台由工业以太网传来的网络信号进行数据格式转换成适合RS485传输的数据，发送到各个扩播电话机，以便在井下扩播。为确保矿用综合接入网关的实时性和可靠性，系统使用32位嵌入式微处理器，使用嵌入式实时操作系统，采用改进TCP/IP协议。系统扩展各种现场总线接口，完成需要的协议转换功能，确保互联互通，提高系统的兼容性。系统软件需要完成各种协议转换功能，修改TCP/IP协议。系统主要由工业级ARM微控制器，网络模块、系统接口（KJ66、KJ75、KJ80、KJ92、KJ95）、现场总线协议转换模块和人机接口、报警几个主要部分组成，使用WindRiver公司的嵌入式实时操作系统VxWORKS，兼容TCP/IP协议IPV4，具有远程web浏览管理和在线系统升级的功能。IP电话语音网关用于矿井扩播对讲系统中。其主要目的是在保留矿井老式模拟话机投资的基础上将语音传输IP化，从而改善井下布线的安全性，提高传输距离，方便调度控制，并为井下通信系统的进一步升级改造打好基础。

与现有扩播电话互联互通关键技术的研究

本系统设计的专用转换器能够实现天津华宁扩音电话及常州联力KTT3型扩音电话和以太网之间的通信转换。它有三个外部接口：扩播系统接口：该接口连通四芯电缆，其中两条是电源线，两条是信号线。信号线上包括语音信号、打点信号和占线信号。

IP网络接口：该网络接口是RJ45接口，用于与工业以太网交换机连接，收发数据。桥接口：交换机组环端口，不受转换器影响。每条皮带机扩音线路只需要配备一台数字化转换器即可。KB-LL-KTT3转换器模拟接口满足常州联力KTT3型扩音电话接口要求，能驱动最多25部扩音电话或KB转换器，最大传输距离达25km。KB转换器以太网接口是10/100MHZ自适应的，符合标准IEEE802.3/IEEE802.3u标准，使用5类网线时最大传输距离达100m。

效益分析

该项目在平煤八矿井下戊二、己三采区投入运行以来，运行稳定可靠，功能符合设计要求，运行正常。其经济效益主要表现如下：

1直接经济效益

由于项目该属于应急通讯保障系统，在煤矿安全保障方面占有举足轻重的地位，其直接经济效益不明显。

2间接经济效益

（1）提升主煤流运输能力：系统投运前，全矿月故障影响时间平均在30小时左右。投运后，由于通信保障，加强了与现场的实时沟通，减少了处理故障时间，缩短了故障影响时间，从而提高了生产时间。月故障时间平均为28小时，按设备每天运行20小时、每小时出煤量为500T、原煤价格按500元/T、吨煤成本270元/T计算，3-9月效益：（30-28）t×500T×（500元/T-270元/T）×6月=138万元。

（2）主要表现在减少现场岗位人员：通信系统安装完善后，部分生产系统结合矿井综合自动化系统实现了无人值守，目前阶段已将部分原岗位工种人员调整到机电设备维护工种。按目前试运行阶段的井下戊二、己四皮带运输系统及煤楼运输系统为例：投运前，井下皮带集控系统每班所需岗位20人，目前所需岗位15人，减少岗位5人；煤楼运输系统每班所需岗位22人，目前所需岗位15人，减少岗位7人。3-9月效益为（每人月平均工资按3500元计算）：（5＋7）人×3班×3500元/人×6月=75.6万元。矿井应急通信保障平台的顺利实施，结合矿井综合自动化、信息化系统功能，中央水泵房、井下变电所可实现无人值守，煤楼运输系统、井下皮带运输系统、地面通风系统、压风系统及自动化采面监测系统等系统岗位工种也可大为缩减。届时，其经济效益大为可观。

结束语

“煤矿应急通信保障系统关键技术研究与应用示范”项目的成功实施，为平煤股份公司的煤矿应急通信系统建设提供一个科学的、完备的、系统的、可操作的实施模式和技术指导参考，为其它兄弟煤矿应急通信系统提供通用化、实用化案例、建设方案和实施依据，提高平煤股份公司矿井安全建设以及“六大系统”建设的科学性和效率，加快煤矿综合自动化建设的进度和步伐。

作者：刘俊涛单位：平煤股份八矿河南