数传电台在兴隆庄煤矿水源井无线远程集中控制中的应用

2019-07-30高维强宋传健韩向栋

山东煤炭科技 2019年7期

高维强宋传健韩向栋

（1.兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司，山东济南 250031；2.兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿，山东济宁 273500）

1 数传电台简介

数传电台是指借助无线电信号实现远程数据传输的一种无线数据通讯装置。根据传输信号的不同，可以分为“模拟信号数传电台”和“数字信号数传电台”，目前常用的是“数字信号数传电台”。数传电台作为一种通讯媒介，可以用于特殊条件下专网中监控信号的实时、可靠的数据传输，特别适合设备布置分散、地理环境复杂、不易布线的地方，可与PLC、RTU等无线数据终端相连接，广泛应用于电力、水利工程、油田、煤矿等野外监控场所。

2 数传电台的实践应用分析

2.1 现场现状

兴隆庄煤矿矿龄长，矿区范围大，供水范围、供水区域也不断增加，矿区现有水源井13眼，日用水量约13000m3。由于水源井较分散，水源井到加压泵站蓄水池之间的距离较远，加压水池容量小（300～600m3），经常出现加压水池水满溢水现象，造成水资源浪费。矿区各水源井离生产、生活区距离较远，给值班人员上、下班造成极大不方便，当加压水池出现水满溢水现象时不能及时控制水源井水泵停机。为实现水源井、加压泵房系统供水的有效管理，可以对水源井、加压泵站水池实现集中控制，在集控室监测、控制水源井水泵运行状态，减少蓄水池溢水现象，避免水资源浪费；减少水源井现场值班人员数量，有效降低水源井管理难度，提高值班人员的劳动效率。

2.2 系统通讯方式选择

为实现水源井、加压泵房远程集中控制，必须实现上位机与加压站、加压站与水源井之间的信号传输。各水源井与相应加压站之间距离一般在1000m以内；上位机与加压站之间的距离较远，最远的直线距离达到4000m。水源井所处地段大多都比较偏，水源井与加压站之间距离比较远，且其间建筑林立，通讯线路敷设困难，为此，设备之间的通讯选用无线方式。

无线远程通讯方式中，GPRS、GSM、CDMA等数据传输方式都要借助通讯运营商的信号通道，以数据短信的方式实现各测点之间的通信。这种方式通讯距离远，数据通讯可靠，缺点是当运营商通讯线路出现故障或线路拥堵时，信号传输会出现滞后时间较长或通信中断，通讯速度慢。数传电台是一种广泛应用的透明数据传输装置，根据发射功率不同，通讯距离可以在几百米到几十千米之间进行选择，通讯方式灵活方便，完全满足水源井无线监控系统要求。小型数传电台具有如下优点：通信成本廉价，通信适应性好，通信扩展性好，设备维护容易实现。为此，兴隆庄水源井远程监控项目选用数传电台为传输媒介，实现水源井与加压泵房之间、加压泵房与集中控制上位机之间的数据通讯。在信号传输网络拓扑结构上，系统选用星形网络结构。如图1所示。

图1 系统信号传输网络拓扑结构图

2.3 数传电台在无线远程集中控制系统中的应用

兴隆庄煤矿水源井无线远程集中控制系统主要由集中控制主机、加压泵房控制分站、水源井控制器等设备组成，数传电台用来实现三者之间的信号传输。数传电台在应用中主要涉及通讯链路连接、通讯协议选择、电台设置等方面内容。

2.3.1 数传电台通讯链路

水源井无线远程集中控制系统中，根据系统信号传输网络拓扑结构图，系统要实现两个层级的信号传输：一是水源井现场控制器与加压泵房控制分站之间的信号传输，另一个是各加压泵房与集中控制上位机之间的信号传输。其中，加压泵房控制分站作为信号传输的中间环节，要实现多链路数据传输：

（1）加压泵房与水源井之间的数据传输。加压泵房控制分站要采集各水源井深井泵的运行数据，并将该数据信息传输到系统上位机，同时，将上位机对深井泵的控制指令传送到水源井控制器。

（2）加压泵房与上位机之间的数据传输。接收上位机发送的加压泵、深井泵的控制命令，将加压泵房分站采集的数据信息传送到上位机。

根据上述功能描述，每个水源井控制器要安装一个数传电台，用于与加压泵房分站的数据传输；每个加压泵房分站要安装两个数传电台，分别实现泵房与上位机、水源井之间的无线通讯功能。分站与水源井之间的传输距离较近，可选择近距离无线数传电台（3km）。各泵房加压分站与上位机之间距离差异较大，近的1km，远的超过4km，由此，加压泵房与上位机之间通讯选用远距离（10km）数传电台。水源井、加压泵站、上位机之间通讯链路如图2所示。

图2 数据传输链路示意

2.3.2 系统通讯协议选择

在进行实验的过程中，选取在本院治疗糖尿病的患者50例作为本次的实验对象，在进行实验的过程中，将其分为两组，各25例，对照组接受社区糖尿病自我管理模式健康教育；观察组不接受糖尿病自我管理模式健康教育。

本项目设计时，因系统在传输速度要求上不是很高，同时为保障系统数据传输和系统控制的灵活性，数据传输采用自由口通讯模式，数据传输握手采用命令、应答方式，数据传输和控制指令分别选用不同的命令字，数据传输接收端根据命令字内容执行相应的数据传输功能。系统上位机定时巡检各泵房分站采集数据，根据上位机组态界面控制指令向各分站发出控制指令。以上数据传输过程都是以数传电台作为传输媒介进行的。

2.3.3 数传电台应用设置

数传电台在应用时需要对其接口传输速率、空中频率、设备地址等参数进行设置。根据通讯距离不同，系统选用了KYL-320I、KYL-320P两种规格的数传电台。其中KYL-320I传输距离较近，用于水源井控制器与加压泵房分站之间的数据传输；KYL-320P传输距离可达10km，用于系统上位机与各加压泵房分站之间的数据传输。水源井与加压泵房分站之间、加压泵房分站与系统上位机之间数传电台参数要分别进行设置。系统设置以KYL-320P为例进行说明。

（1）主要参数

工作频率：429～437MHz（ISM 频段工作频率）；发射功率：2～10W（PC可编程，共10级）；接收灵敏度：-120dBm(1200BPS)，-116dBm(9600BPS)；信道数量：16；信道速率：1200/2400/4800/9600/19200Bit/s 用户可选；串口速率：1200/2400/4800/9600/19200Bit/s 用户可选；接口数据格式：8E1/8N1/8O1；传输距离：10km。

（2）硬件接口

KYL-320P管脚定义见表1。根据管脚定义实现数传电台与PLC的硬件接口。