一种煤矿井下移动作业设备的远程开关机控制系统的制作方法

本技术属于煤矿井下通信和移动作业设备远程控制，涉及一种煤矿井下移动作业设备远程开关机控制系统，通过通信中继设施可实现煤矿井下复杂环境中移动作业设备车载通信模块与远程操作台的可靠且低时延的开关机功能，具有覆盖范围广、可靠性高、兼容性强和可应对煤矿井下复杂环境等优点。

背景技术：

1、在无人作业的煤矿井场景下，远程启动和关闭设备需要由无线通信系统承载。该系统的主要功能在于利用无线通信技术，实现对煤矿井下负责作业的胶轮车的远程开关控制，以取代人工操作。同时该系统利用车端和矿下传感器实时采集车辆运行状态、环境参数等信息，通过本地和远程决策，实现对车辆的智能控制和管理。此外，在应对突发的极端场景时，煤矿井下的通信设施必须考虑到防爆等安全要求，以确保其在爆炸等意外事件中能够安全可靠地运行。因此，煤矿井下胶轮车远程开关机系统是保障煤矿生产安全和提高生产效率的基础。

2、现有矿井下施工设备的开关控制方式主要包括有线开关方式、无线开关方式和自动开关方式等三类，都可以满足矿井下作业的基本需求。然而有线开关的容错率低，且铺设和检修成本较高，对环境稳定性要求较高，难以处理突发情况。自动开关方式则只在设备端通过微处理器采集环境感知数据自动判断开关，无法满足远程控制的需求。目前，矿井无线方式主要是利用透地通信、感应通信、漏泄通信、phs、cdma和wifi无线通信等系统进行远程控制。虽然这些通信系统不同程度满足了矿井生产调度的通信需要，但是系统信道容量小，传输速率低，服务半径小，传输衰减和发射功率大，抗干扰和抗故障能力差，设备安装复杂、维护成本高。并且现有矿井移动通信系统采用传统的集中式天线和小区制蜂窝系统结构，小区分裂和越区切换频繁，导致了切换的开销加剧、发射功率增大和小区边缘等问题。

3、此外，在实际应用中还需要考虑煤矿井下更为特殊的物理环境：其工作环境复杂，存在大量尘土、湿气、高温、高湿等不利于通信的因素，对通信信号的传输和接收造成干扰，影响通信质量，可靠性下降；煤矿井下的通信往往需要穿过内部的岩层和煤层，且井内通常存在着大量的道路、设备等物体，没有los的场景，且充满多径干扰和阴影衰落；矿井下区域分布较分散，矿下胶轮车需要在不同的区域进行作业，因此需要建立起覆盖整个煤矿井的通信网络。

4、随着我国煤炭开采机械化、自动化和信息化程度的不断提高，面向特殊领域的通信应用纷纷落地，并在多种复杂场景中展现出应用潜力，先进、高效的矿井通信技术装备在煤矿安全生产和应急救援通信中越来越发挥重要作用。针对煤矿井下的特殊物理环境和通信需求，现有技术主要从信号传输技术、网络拓扑、信号增强等多个方面出发，通过综合应用不同技术，实现稳定高质量的井下无线通信。以中国发明专利申请cn202210947981为例，该专利公开了一种基于旋转磁天线的低频透地通信设备和系统，其利用低频信号在地下介质中的传播特性和透地穿透能力，通过旋转磁天线实现透地信号的发射和接收。具体来说，系统中的发射器通过旋转磁天线产生低频磁场信号，信号穿透地表进入地下，然后被接收器中的旋转磁天线接收并转换为电信号，从而实现透地通信。由于低频信号能够穿透地下深处，因此这种通信系统在地下环境中具有较好的覆盖能力。然而，将该项技术应用到煤矿井下时，仍然存在几个潜在的缺陷：首先是受地质条件限制，在透地通信技术在实际应用中，由于地质条件的不同，通信效果可能会受到影响，在矿层分布复杂的煤矿井下往往无法通信；其次是安装和维护困难，在煤矿井下，安装和维护透地通信设备需要专业的技术人员和设备，需要考虑到安全和环境等因素，会增加设备的维护成本；最后是容易受到干扰，在煤矿井下，存在各种设备和信号，例如矿工手持对讲机等，这些设备和信号可能会对透地通信产生干扰，从而影响通信质量。

5、目前，矿井中通常会布置通信网络实现井下与井上的数据传输。而随着移动通信技术的完善，为了提高矿井中的通信效果，越来越多的矿井开始部署矿用移动通信网络。以中国发明专利申请cn202210081167为例，该专利公开了一种矿用双绞线宽带多址复用系统，其矿用网络是基于双绞线和管理与接入设备连接进行部署，通过利用现有的双绞线传输数字通信、视频、语音、传感器、定位和控制数据，并通过就近并联连接双绞线的管理与接入设备，实现对通信终端(如井下数据设备和通信控制服务器)的接入，从而实现数据的传输与交换。然而当应用到煤矿井下时，上述相关技术的方案仍有几个问题：首先是抗干扰性能不足，煤矿井下环境存在大量的电磁干扰源，如电动机、变频器、矿山信号等，这些干扰可能会影响到双绞线传输的信号质量，降低通信可靠性；其次是传输距离有限，双绞线作为传输介质，其传输距离和信号衰减与频率和数据速率有关。在煤矿井下环境中，由于地质结构、隧道长度等因素的限制，双绞线的传输距离可能会受到限制，而且可能需要使用放大器或中继器来增强信号；然后是安全性问题，煤矿井下环境存在较高的安全风险，如爆炸、火灾等，因此需要对通信系统进行特殊的安全防护措施，以确保其稳定可靠；最后是兼容性问题，煤矿井下可能存在多种通信系统，这些系统之间可能存在不兼容的情况，需要考虑系统之间的协同和互联。

6、此外，现有传统的远程开关方法需要对特定场景提供专有的服务器，并且网络搭建成本较高，组网不灵活，并且在煤矿井的极端通信环境下，通信质量无法保证，可靠性传输也难以满足。

技术实现思路

1、(一)技术问题

2、针对现有技术的上述缺陷和不足，为解决现有煤矿井下通信系统所存在的信号覆盖广度和深度不足、易受地形和地质限制、安装与布设相对复杂和低效、未考虑矿下防爆等极端场景、难以保证远程可靠传输、不同通信系统之间的兼容性不佳等技术问题，本实用新型提出了一种煤矿井下移动作业设备远程开关机控制系统，通过煤矿井下通信中继设施使地下移动作业设备开关控制终端以无线和中继的方式与地上通信基站建立网络连接，实现移动作业设备车载通信模块与远程操作台的可靠且低时延的开关机功能，并通过煤矿井下基带单元和射频远端的协作，克服现有矿下通信系统信号覆盖广度和深度不足的缺陷(如透地通信方式带来的信号盲区和死区等)，扩大远程开关控制系统的可工作区域，具有覆盖范围广、可靠性高、成本低、兼容性强和可应对煤矿井下复杂环境等优点。

3、(二)技术方案

4、为实现该实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：

5、一种煤矿井下移动作业设备的远程开关机控制系统，至少包括一煤矿井下通信系统和若干井下移动作业设备，每一所述井下移动作业设备上至少设有一车载开关控制终端，其特征在于，

6、所述煤矿井下通信系统，至少包括一地上远程操作服务器端、一地上通信基站、一矿上基带处理单元(building baseband unit,bbu)、若干矿下中心射频远端单元(centralradio remote unit,crru)以及若干矿下边缘射频远端单元(radio remote unit,rru)，其中，

7、所述地上远程操作服务器端通过地上网络与所述地上通信基站通信连接，

8、所述地上通信基站通过地上网络与所述矿上基带处理单元通信连接，

9、所述矿上基带处理单元以有线方式与各所述矿下中心射频远端单元通信连接，

10、每一所述矿下中心射频远端单元以有线方式与各所述矿下边缘射频远端单元通信连接，

11、每一所述井下移动作业设备上的车载开关控制终端通过通信链路与各所述矿下边缘射频远端单元通信连接。

12、优选地，所述矿上基带处理单元置于矿上机房，并通过地上网络以上行方式与所述地上通信基站通信连接。

13、优选地，所述矿上基带处理单元通过矿下保护光缆(specially protected opticcable,spoc)与各所述矿下中心射频远端单元通信连接。

14、优选地，所述矿下中心射频远端单元置于矿下区域的中心位置，并以就近方式连接所述矿上基带处理单元及各所述矿下边缘射频远端单元。

15、优选地，各所述矿下边缘射频远端单元与矿下中心射频远端单元通过矿下保护光缆通信连接，且二者之间的通信接口为基于开放式的cpri接口(common public radiointerface，通用公共无线接口)，从而稳定地兼容主流厂商的设备。

16、优选地，每一所述井下移动作业设备上的车载开关控制终端均设置有天线，并通过天线与各所述矿下边缘射频远端单元通信连接，实现所述煤矿井下通信系统与所述井下移动作业设备的最后一段通信。

17、优选地，所述车载开关控制终端中设置有4g通信模块，并通过所述4g通信模块中的天线与各所述矿下边缘射频远端单元通信连接。

18、优选地，所述车载开关控制终端中设置有多组具有输入、输出接口的继电器，通过输入接口接收来自所述地上远程服务器端的开关控制信号，通过输出接口输出开关量信号，控制所述井下移动作业设备的开关机。

19、进一步地，所述继电器设有8组，具有8路开关量输出，使得所述地上远程服务器端单次可实现8路开关量任一开关的控制。

20、优选地，所述车载开关控制终端设有存储器和串口日志输出端口，所述存储器用以存储开关控制过程中产生的日志信息，所述串口日志输出端口用以输出日志信息实现实时打印和远程监控。串口日志输出与网络通信方式的结合,可以实现井下移动作业设备全方位的日志监控，具有输出实时、信息丰富、高可靠等特点,起到重要的日志记录和应急通信作用,是监控车载开关控制终端工作状态的一个重要手段。

21、优选地，所述车载开关控制终端设有电压输出端口，所述电压输出端口用以采集电源工作电压并通过通信网络发送到所述地上远程服务器端，所述地上远程服务器端根据电压值和曲线变化进行实时监测和定期分析,实现对电源工作电压的实时监测。

22、优选地，所述车载开关控制终端设有rs232接口及rs485接口，所述rs232接口用于所述车载开关控制终端与外部串口设备的连接，所述rs485接口用于所述车载开关控制终端与多个外部串口设备或下位机的连接。

23、优选地，所述车载开关控制终端设有定时器，并定期发送心跳报文到所述地上远程服务器端，所述地上远程服务器端根据心跳报文的接收与统计,监测设备的在线状态和通信质量,实时显示连接信息,并在发现异常时及时报警,起到设备状态监测的作用。

24、(三)技术效果

25、同现有技术相比，本实用新型的煤矿井下移动作业设备的远程开关机控制系统，具有以下有益且显著的技术效果：

26、(1)本实用新型的煤矿井下移动作业设备的远程开关机控制系统，通过煤矿井下通信中继设施使地下移动作业设备开关控制终端以无线和中继的方式与地上通信基站建立网络连接，实现移动作业设备车载通信模块与远程操作台的可靠且低时延的开关机功能，提高了安全性和效率。

27、(2)本实用新型的煤矿井下移动作业设备的远程开关机控制系统，通过煤矿井下基带单元和射频远端的协作，克服现有矿下通信系统信号覆盖广度和深度不足的缺陷(如透地通信方式带来的信号盲区和死区等)，扩大远程开关控制系统的可工作区域，提高了覆盖范围和稳定性。

28、(3)本实用新型的煤矿井下移动作业设备的远程开关机控制系统，具有成本低、兼容性强和可应对井下复杂环境等优点，适合在多种场景中使用。