數傳電臺在興隆莊煤礦水源井無線遠程集中控制中的應用

高維強 宋傳健 韓向棟

（1.兗州煤業股份有限公司濟南煤炭科技研究院分公司，山東 濟南 250031；2.兗州煤業股份有限公司興隆莊煤礦，山東 濟寧 273500）

1 數傳電臺簡介

數傳電臺是指借助無線電信號實現遠程數據傳輸的一種無線數據通訊裝置。根據傳輸信號的不同，可以分為“模擬信號數傳電臺”和“數字信號數傳電臺”，目前常用的是“數字信號數傳電臺”。數傳電臺作為一種通訊媒介，可以用于特殊條件下專網中監控信號的實時、可靠的數據傳輸，特別適合設備布置分散、地理環境復雜、不易布線的地方，可與PLC、RTU等無線數據終端相連接，廣泛應用于電力、水利工程、油田、煤礦等野外監控場所。

2 數傳電臺的實踐應用分析

2.1 現場現狀

興隆莊煤礦礦齡長，礦區范圍大，供水范圍、供水區域也不斷增加，礦區現有水源井13眼，日用水量約13000m3。由于水源井較分散，水源井到加壓泵站蓄水池之間的距離較遠，加壓水池容量小（300～600m3），經常出現加壓水池水滿溢水現象，造成水資源浪費。礦區各水源井離生產、生活區距離較遠，給值班人員上、下班造成極大不方便，當加壓水池出現水滿溢水現象時不能及時控制水源井水泵停機。為實現水源井、加壓泵房系統供水的有效管理，可以對水源井、加壓泵站水池實現集中控制，在集控室監測、控制水源井水泵運行狀態，減少蓄水池溢水現象，避免水資源浪費；減少水源井現場值班人員數量，有效降低水源井管理難度，提高值班人員的勞動效率。

2.2 系統通訊方式選擇

為實現水源井、加壓泵房遠程集中控制，必須實現上位機與加壓站、加壓站與水源井之間的信號傳輸。各水源井與相應加壓站之間距離一般在1000m以內；上位機與加壓站之間的距離較遠，最遠的直線距離達到4000m。水源井所處地段大多都比較偏，水源井與加壓站之間距離比較遠，且其間建筑林立，通訊線路敷設困難，為此，設備之間的通訊選用無線方式。

無線遠程通訊方式中，GPRS、GSM、CDMA等數據傳輸方式都要借助通訊運營商的信號通道，以數據短信的方式實現各測點之間的通信。這種方式通訊距離遠，數據通訊可靠，缺點是當運營商通訊線路出現故障或線路擁堵時，信號傳輸會出現滯后時間較長或通信中斷，通訊速度慢。數傳電臺是一種廣泛應用的透明數據傳輸裝置，根據發射功率不同，通訊距離可以在幾百米到幾十千米之間進行選擇，通訊方式靈活方便，完全滿足水源井無線監控系統要求。小型數傳電臺具有如下優點：通信成本廉價，通信適應性好，通信擴展性好，設備維護容易實現。為此，興隆莊水源井遠程監控項目選用數傳電臺為傳輸媒介，實現水源井與加壓泵房之間、加壓泵房與集中控制上位機之間的數據通訊。在信號傳輸網絡拓撲結構上，系統選用星形網絡結構。如圖1所示。

圖1 系統信號傳輸網絡拓撲結構圖

2.3 數傳電臺在無線遠程集中控制系統中的應用

興隆莊煤礦水源井無線遠程集中控制系統主要由集中控制主機、加壓泵房控制分站、水源井控制器等設備組成，數傳電臺用來實現三者之間的信號傳輸。數傳電臺在應用中主要涉及通訊鏈路連接、通訊協議選擇、電臺設置等方面內容。

2.3.1 數傳電臺通訊鏈路

水源井無線遠程集中控制系統中，根據系統信號傳輸網絡拓撲結構圖，系統要實現兩個層級的信號傳輸：一是水源井現場控制器與加壓泵房控制分站之間的信號傳輸，另一個是各加壓泵房與集中控制上位機之間的信號傳輸。其中，加壓泵房控制分站作為信號傳輸的中間環節，要實現多鏈路數據傳輸：

（1）加壓泵房與水源井之間的數據傳輸。加壓泵房控制分站要采集各水源井深井泵的運行數據，并將該數據信息傳輸到系統上位機，同時，將上位機對深井泵的控制指令傳送到水源井控制器。

（2）加壓泵房與上位機之間的數據傳輸。接收上位機發送的加壓泵、深井泵的控制命令，將加壓泵房分站采集的數據信息傳送到上位機。

根據上述功能描述，每個水源井控制器要安裝一個數傳電臺，用于與加壓泵房分站的數據傳輸；每個加壓泵房分站要安裝兩個數傳電臺，分別實現泵房與上位機、水源井之間的無線通訊功能。分站與水源井之間的傳輸距離較近，可選擇近距離無線數傳電臺（3km）。各泵房加壓分站與上位機之間距離差異較大，近的1km，遠的超過4km，由此，加壓泵房與上位機之間通訊選用遠距離（10km）數傳電臺。水源井、加壓泵站、上位機之間通訊鏈路如圖2所示。

圖2 數據傳輸鏈路示意

2.3.2 系統通訊協議選擇

在進行實驗的過程中，選取在本院治療糖尿病的患者50例作為本次的實驗對象，在進行實驗的過程中，將其分為兩組，各25例，對照組接受社區糖尿病自我管理模式健康教育；觀察組不接受糖尿病自我管理模式健康教育。

本項目設計時，因系統在傳輸速度要求上不是很高，同時為保障系統數據傳輸和系統控制的靈活性，數據傳輸采用自由口通訊模式，數據傳輸握手采用命令、應答方式，數據傳輸和控制指令分別選用不同的命令字，數據傳輸接收端根據命令字內容執行相應的數據傳輸功能。系統上位機定時巡檢各泵房分站采集數據，根據上位機組態界面控制指令向各分站發出控制指令。以上數據傳輸過程都是以數傳電臺作為傳輸媒介進行的。

2.3.3 數傳電臺應用設置

數傳電臺在應用時需要對其接口傳輸速率、空中頻率、設備地址等參數進行設置。根據通訊距離不同，系統選用了KYL-320I、KYL-320P兩種規格的數傳電臺。其中KYL-320I傳輸距離較近，用于水源井控制器與加壓泵房分站之間的數據傳輸；KYL-320P傳輸距離可達10km，用于系統上位機與各加壓泵房分站之間的數據傳輸。水源井與加壓泵房分站之間、加壓泵房分站與系統上位機之間數傳電臺參數要分別進行設置。系統設置以KYL-320P為例進行說明。

（1）主要參數

工 作 頻 率：429～437MHz（ISM 頻 段 工 作頻率）；發射功率：2～10W（PC可編程，共10級）； 接 收 靈 敏 度：-120dBm(1200BPS)，-116dBm(9600BPS)；信道數量：16；信道速率：1200/2400/4800/9600/19200Bit/s 用戶可選；串口速率：1200/2400/4800/9600/19200Bit/s 用戶可選；接口數據格式：8E1/8N1/8O1；傳輸距離：10km。

（2）硬件接口

KYL-320P管腳定義見表1。根據管腳定義實現數傳電臺與PLC的硬件接口。

表1 KYL-320P信號管腳定義表

（3）KYL-320P參數設置

信道速率：1200Bit/s；串口速率：1200Bit/s；接口數據格式：8N1；空中傳輸頻率：426.0325MHz。

需要特別說明的是，為避免通訊信號與各區域傳輸信號之間的相互干擾，KYL-320P工作頻率設置要區別于KYL-320I的頻率設置，不同的加壓泵房與其對應的水源井之間KYL-320I傳輸通道頻率設置也應該不一樣。

2.4 注意事項

數傳電臺信息通訊通過信號調制后，在空中以無線電信號發射的方式進行傳播，因此，傳輸過程中容易受到空中無線電信號的干擾，為使信號可靠傳輸，需要注意以下幾點：

（1）相互通訊的不同電臺之間參數設置要一致。

（2）因不同電臺之間的無線信號在空中有重疊區，不同通訊區域的參數設置方面，空中傳輸頻率不能用同一頻率。

（3）數傳電臺發射天線應盡量遠離建筑物墻體或室內其他物體，以減少因信號反射引起的干擾，對傳輸距離相對較遠的地方，天線盡量安裝在室外開闊地帶。

（4）為避免電源干擾，數傳電臺電源應選用線形直流穩壓電源。

3 結論

興隆莊煤礦水源井無線遠程集中控制系統中應用近距離（小于1000m）數傳電臺18塊，中遠距離（大于1000m，小于5000m）數傳電臺7塊，數據傳輸穩定，控制可靠，實現了系統興隆莊水源井無線遠程數據采集、遠程控制等功能，取得了理想的應用效果。