煤矿井下通信系统的发展趋势.doc

煤矿井下通信系统的发展趋势深圳市哲扬科技有限公司随着我国煤矿行业整体的技术进步，机械化、自动化、信息化等方面的发展，特别是井下综采机、数字化自动控制设备越来越多地投入到生产当中，功能完善的井下通信系统变得越来越重要了。如果没有好的通信系统，那么就会产生信息孤岛问题。现代化的设备，其数字化程度非常高，如果没有现代化的通信网络支持，其效能就不会得到最大的发挥。因此，研究现代煤矿井下通信系统的特点及其发展趋势非常重要，这对于指导煤矿信息化工作有着直接的意义。一般来说，任何系统，从用户的角度都要关心它的实用性和成本。对于现代通信系统来说，实用性包括系统的功能、性能、可靠性（即寿命）、可维修性、以及可扩展性等；成本指的是“全寿命周期”内的总成本，包括首次采购成本和使用期间的运行和维护费用。美国著名智库兰德公司的统计表明，一般首次采购成本只占到全寿命周期费用的三分之一。所以，用户采购系统时固然要想方设法降低一次性采购成本，但这还远远不够，还要特别注重诸如工程安装、维护、运行和可靠性等指标。安装维护方便、运行简单可靠的系统才能降低总的成本。同样地，任何系统的集成商或设备生产厂家，都要关注并努力平衡用户所需产品的性能和成本，努力使性价比达到最优。就煤矿行业来说，特别是针对煤矿井下的通信系统而言，除了这样的系统应具备一般的通信系统普遍具有的特点外，尤其在如下三个方面，即“宽带综合通信能力”、“全本安设计”和“井下网络布局要有新特点”上，未来将会得到重点的发展，下面分别讨论。一、 宽带综合通信能力随着煤矿井下机械化数字化设备越来越多，安全生产的要求越来越严格，必然地要求提高井下的信息化程度。各种传感器、控制设备越来越多，那么，是每种要求单独铺设一套通信系统，还是用一个综合的通信系统完成所有的信息传输工作就成为一个重要的问题。从实用性和成本控制的角度去考虑，宽带的、综合的通信能力是未来井下通信系统所必须具备的，其关键点在：1、数据、语音、图像同时传输能力，将来还有控制信息的传输2、光纤、电缆、无线的综合使用3、使用TCP/IP协议在应用方面，煤矿井下通信系统未来将具备“全业务”能力，可以传各种数据，比如瓦斯检测结果、氧气浓度检测结果、人员定位信息等，还可以传输语音和图像，所有这些都是以“数据”的方式传输的。一般情况下，一路工业电视监控图像至少要占用500Kbps左右的数字带宽，远远超过目前常用的普通RS-485总线可以传输的水平。一个能传输图像的系统一定是宽带系统。将来还会发展到连接信集闭系统和其它各控制系统，形成可靠的一体化综合通信能力。从现代通信技术本身而言，有两个方面至关重要。一个是信号传输的媒介，一个是传输协议。为了具备宽带能力，未来煤矿井下通信系统将毫无疑问地使用光缆作为骨干传输媒介。光缆的成本在过去20年里下降了20倍，光通信设备也大幅度地降低了价格，而与此同时，光通信的距离反而更远了，可靠性也成倍地增加。光通信在传输语音和图像方面游刃有余，特别是在传输距离超过千米以上的时候。随着井下语音通信和图像监控越来越多地得到应用，光传输将是不二的选择。电缆通信仍然是不可或缺的，在很多场合仍然是非常可靠的通信连接方式。但是无线和网络技术正给煤矿井下通信带来崭新的局面。这其中最有发展潜力的是WiFi技术和TCP/IP协议。如果要问为什么要用WiFi和TCP/IP，最直接的回答是：使用它们的人非常多，使得这些技术便宜而且可靠。更进一步地，按照国家的十一五规划和煤炭行业十一五规划要求，数字化矿山的建设正如火如荼，其中重要的要求之一就是要系统联网。采用TCP/IP协议实现联网可以说是数字化矿山网络建设的唯一选择。其通用性是保证可扩展性的基础。二、 全本安设计煤矿生产，特别是我国的煤矿生产的特点决定了，任何系统（及设备）的防爆性能都需要特别地加以关注。我国煤矿每年因生产事故造成的伤亡仍然高达数千人，其中瓦斯爆炸仍然占到相当的比例。所以，在设计井下通信系统时，提高系统中各设备的防爆等级，并努力使整个系统达到较高的防爆要求，是现在和未来相当长一个时期技术工作所应关注的重中之重。我们认为，井下通信系统以及系统中的通信设备和通信终端采用全本安设计是未来的发展趋势。全本安设计带给通信系统的使用者两方面的好处：1、安全2、轻便全本安设计强调一个“全”字，即整个通信系统中的所有设备和终端均采用本安设计，本安设备的连接因为通信系统必然存在着设备连接问题也要采用保证本安的方式。为了实现这个要求，通信系统中的全部，一定是“全部”设备都要达到本安设计的要求，而它们的连接则采用非电接触的方法，主要的有两种，光连接或无线连接，以保证整个系统的本安特性。全本安设计的通信系统的另外一个非常突出的优点就是，其设备非常轻便。相比于隔爆或者其它防爆型式的设计，本安设计的设备摒弃了厚重的外壳和其它措施，使重量非常轻，非常便于安装和维护，这本身就非常有利于系统可靠性的提高，更能够降低用户的建设成本和使用成本。三、 井下网络布局有新特点1、无线信号对井下全面覆盖2、多接入点的网络结构保障设备连接方便宽带综合骨干网络相当于在煤矿井下建设了信息高速公路，但是高速公路必须有入口才能发挥作用。从这个意义上说，如果使用光纤构筑井下环网而没有安排足够的井下接入点（光节点），就好比建了一条上下各八车道的高速公路但忘了建入口一样，只能是空着没车可跑，这样就实现不了通信的任务，并使投资效果大打折扣。现在很多煤矿上了井下光纤环网，投入相当大，却没什么数据可传。而另一方面，在巷道里无处不在、随机产生的传感器数据、人员定位信息、通话信息等又不能随时随地得到传输。这个矛盾非常突出。在煤矿井下网络通信中，相当于高速公路出入口的就是网络光纤骨干线路上的“接入点”。各种终端设备，包括手机、各种传感器、摄像头等，必须能够在离它们不远的地方甚至随时随地通过接入点连接到通信骨干上，才能够完成通信的任务。因此，以合理的成本尽可能多的设置接入点非常重要。想象这样一种情况，你站在巷道的某个位置，手里拿着个手机，看见水管漏了，于是想通知维修班的人。但是手机没有信号，而连接基站的光缆正好就沿着你面前的水管通过。你守着具有宽带能力的光缆却没法通信，那是多么令人沮丧的事啊。所以说，仅仅有光缆、有光纤工业环网还远远不够，还必须保证有足够的井下的基站（或分站），而且它们要安放在能够尽量保证无线信号对井下巷道的覆盖的位置。全本安设计的、宽带综合网络通信系统是未来煤矿井下通信系统的发展方向，这一点已经没有太多的人怀疑了。但是，获得这样的系统却并不容易，需要克服非常多的困难，解决非常多的技术难题。其中最大的技术难点就来自这些要求（宽带综合、全本安）本身。一方面，通信基本理论告诉我们，宽带综合系统比之窄带系统（或单一功能系统），在保证同等通信质量的前提下，其所需要的能量更多，简单说就是“宽带系统需要较多能量”。这一点非常好理解，干活多（传送的信息比特多）的设备比干活少的设备肯定耗费的能量要多。可是另一方面，设备本安设计的要求是：“使用的能量要越低越好，要低到某个限制值以下”。这时候矛盾就显现出来了，设备又要设计成本安又要设计成宽带，又要能量高才行又必须低于某个限制值，这个矛盾非常尖锐。解决这个矛盾对于工程技术人员来说是个非常大的挑战，在未来几年中这个挑战都将一直存在，所有开发煤矿井下通信系统的工程师都会碰到这个问题。到目前为止，深圳市哲扬科技有限公司是在解决这个矛盾方面做得比较成功的一