基于IP的煤矿扩播通讯系统的开发与应用

　　摘要：基于IP的煤矿扩播系统采用分布式控制结构，支持先进数字语音通信技术，支持静态、动态IP及IP地址智能学习功能，实现在井上对一条或多条线路扩音、打点、可同时接收井下多条线路的通话、显示务条线路的在线状态等功能。

　　关键词：基于IP;煤矿扩播;通讯系统;开发;实施

　　一、引言

　　随着国家的科技投入，煤矿安全得到了很大的保证，先进的设备降低了工人的劳动强度，每一位煤矿建设者都希望及时的得到信息，更快的做出反应;十一五期间由于井下千兆工业以太环网的建设，三网合一技术的提出，体现出大多数煤矿希望借助以太网平台作为信号传输工具，达到统一传输、分布播放的效果。

　　煤矿生产中瓦斯、水、火、冲击地压等突发性自然灾害事故较多，且危害性大、波及范围广。通常发生重大事故、需要人员紧急撤离的情况下，多采用电话拨号或井下手机呼叫方式通知引导现场人员撤离危险区域，但由于矿井环境恶劣、地形复杂等特点，电话安装点和持有井下手机的人有限，不可能完全及时通知到每名井下作业人员，因而会造成人员通知不及时、不全面，贻误脱险时机，造成较大事故危害。

　　因此基于以上几个原因，在矿井建设一套安全通畅的扩播通信系统是非常有必要的。随着数字技术和网络技术的发展，工业以太网已在煤矿通信监控系统中得到了越来越广泛的应用。我们根据矿井信息化建设发展，结合现代语音技术，以及实际生产中的服务范围和功能，设计了一套先进、实用的煤矿安全扩播通信系统。

　　二、系统简介

　　本扩播通信系统不仅适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，也适合于煤炭、冶金、化工、建材、交通、电力、粮食等行业地面恶劣环境中使用。该扩音电话终端是纯数字扩播系统，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，还具备播报背景音乐、与地面调度台互通等扩展功能。可直接纳入工业以太环网系统。

　　对于单个地点如中央变电所硐室等，具备有调度电话线条件时可采用部署单个扩音电话站的方式实现广播覆盖。

　　1. 井上调度系统

　　本产品井上集中调度能够对井下各自动化系统的通信做到“一呼百应”，地面工程师控制室对每一个子系统都可以直接通话和信号联系，统一指挥调度，减少和杜绝因设备故障停车而联系不到维修人员的情况。使用工业以太网和光纤传输节约了通信电缆的铺设，扩音电话与程控电话能相互接通增加了井下的通信点，解决了工作场所缺少通信工具的问题。调度系统中的VOIP交换机，主要完成井上调度室与井下隔爆兼本安型语音网关之间的协议转换，把调度室的控制命令转换成井下网络数据;同样把井下的语音数据转换成VOIP网络数据传到调度室主机。

　　2. 矿井工业以太网

　　本系统为基于隔爆工业以太网的语音通信系统，矿井隔爆工业以太网系统作为井下监测、监控的主体网络，是把宽带网络和工业以太网结合在一起进行构建的。井下主干网络传输速率可达1000Mbps，网络智能分站与主干网的连接为100/1000Mbps自适应。同时，提供智能网关设备，可使井下原有的统方便地接入主干网络，结合网络摄像仪、IP电话或视频分配器等设备，可以将图像、话音信号接入主干网络。

　　3. 井下扩播终端

　　本系统井下扩播终端由隔爆兼本安IP电话语音网关和扩播话机组成，井上调度中心与IP电话语音网关采用工业以太网络联接，IP电话语音网关与扩播话机之间采用RS485总线结构联接。

　　1).IP电话语音网关

　　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。

　　2).扩播电话机

　　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。

　　三、关键技术及创新点

　　目前本产品已取得的主要技术成果：

　　1)研制了具有自主知识产权的监控系统接入网关——KJJ113矿用本安型综合接入网关，通过接口和协议的标准化，实现各系统的互联。通过网关将各种监控系统接入煤矿Intranet，从而保证了监控系统的无缝集成及原系统的稳定、安全运行;

　　2)完成了基于隔爆工业以太环网矿用扩音电话终端的研发工作。矿用数字型扩音电话终端系统为矿用本安型扩播通信和信号联络装置，不仅适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，也适合于煤炭、冶金、化工、建材、交通、电力、粮食等行业地面恶劣环境中使用。该系统可以自成扩播通信和打点信号联络系统，也可通过以太网交换机纳入工业以太环网系统。

　　四、取得的社会经济效益分析

　　基于IP的煤矿扩播通讯系统运行后，确保大型设备安全可靠运行，事故率明显降低，潜在的经济效益马上变为现实。

　　其中间接的经济效益有：

　　(1)、基于IP的煤矿扩播通讯系统消除了大型设备的安全隐患，为打造本质安全型煤矿奠定了坚实的基础。

　　(2)、通过研制、安装调试锻炼了机电工程技术人员与施工人员。

　　(3)、程序开发编程，达到了预期的效果，有着较好的经济效益和社会效益。

　　总结：

　　基于IP煤矿通讯扩播通讯系统的研究是针对通话系统进行实时联络以及信息快速传递的需要而提出的，基于IP煤矿通讯扩播通讯系统利用高性能的工业控制计算机与以太环网相结合，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，实现老开关的改造、更新，并借助以太网平台作为传输工具完成了扩音、打点、通话、群播等多种功能，达到统一传输，分布播放的效果，既避免了线路和重复建设，也保证了信号的可靠传输。实现语音通话的现代化，使语音通话中心的工业计算机可以方便地对煤矿的各个地方进行对话，实现井下无通话盲区。

　　参考文献：

　　[1]李木国 基于EtherCAT 的工业以太网数据采集系统[J]煤矿安全,2010,(3):238-239.

　　[2]张奇智 基于网络演算计算交换式工业以太网中的最大时延[A]控制与决策 2005010,(1):119-120.