1、kxt23型矿用ip网络广播系统技术方案银河煤矿矿井应急广播系统技术方案天地（常州）自动化股份有限公司中国煤炭科工集团常州自动化研究院第1章 概述近几年来，随着网络技术的迅速发展，工业以太网+现场总线的自动控制网络结构正受到广泛的应用，我公司也相继开发出了基于100M/1000M的全矿井工业以太网系统，其他生产厂家也相继开发出了大量支持网络接口的矿用产品。井下工业以太网的应用日益普及。由于煤矿井下面积比较大，区域分布比较广；根据井下实际情况及功能要求，采用网络广播系统，将音频信号以标准IP包形式在井下局域网上进行传送. 解决传统广播系统存在的长距离音频功率传送布线困难、损耗大、音质不佳、维护管
2、理复杂、互动性能差等问题。另外，该系统的对讲功能可以在紧急情况下，及早将危险区域的状况向调度汇报，为及时掌握前方状况增加了一个有效途径。由此可见，网络广播对讲系统有着广泛的应用前景，潜在的市场巨大。（1）目前国内煤矿井下基本上都采用传统的模拟音频广播方式（定压广播）其工作原理是将模拟音频信号直接放大、通过升压变压器将其4-16匹配阻抗变换到100V定压方式进行传输，到终端后降压转换到4-16的匹配阻抗上推动喇叭。为降低线路传输损耗，一般传输距离是几十米到几百米。由于技术成熟、结构简单、性能稳定、维护安设简单、终端便宜，适合于小范围、对音质效果和应用可靠性要求不高的场所。但是其缺点比较明显，远远
3、不能满足现在高速交流的信息时代对广播系统的要求。除了技术落后外，还存在如下缺点，因此传统的广播技术逐渐被淘汰： 传输距离短、扩展性差。由于传统广播技术的音频信号为模拟信号，音源为模拟音频，而模拟信号对传输距离有一定的限制，超过一定的距离后，需要增加中继器对信号逐级放大。 抗干扰性能差、音质差。模拟音频受电子元器件自身特性的影响（每个元器件都有热噪声），每处理一次都会失真一次（波形发生畸变），产生一次噪声积累，处理的次数越多，噪声积累越大，信噪比（S/N）越低。同时模拟音频信号易受环境干扰，特别是电磁的干扰。途径线路周边的大功率电器设备都会对语音信号造成干扰，直接影响通话效果。模拟音频信号传输受
4、线间变压器带宽、喇叭尺寸、电缆线径等因素影响，频响范围在200Hz12KHz，失真度10，无法实现立体声传输。而经过几级放大后的远距离广播，语音音质会明显下降。 节目容量小，不能寻址控制。无法满足同时广播和分区广播，无法实现点对点寻址广播。例如地面人员想对某个区域或某几个区域寻呼、讲话，定压广播无法做到，只能所有扩音设备同时广播，无法实现对单点或随意分组进行广播。 故障率高。即便某一点出现线路短路故障，将会造成整个广播系统的瘫痪，这是传统广播技术的致命缺点。（2）利用以太网技术进行数字广播方式，如目前较为流行的视频会议、远程教育、电话会议以及IP电话等，其采用的都是数字广播技术。它是利用网络技
5、术、以网络为传输平台来实现的数字音频传递，是目前乃至今后三网合一或多网合一的一个重要组成部分。可以利用已经形成的网络作为传输平台，任意扩展。因此数字广播技术已经成为事实上的先进广播的行业标准。数字广播顾名思义就是将广播信号数字化（A/D转换），它是按照一定算法，将模拟音频信号经过采集、量化、编码、压缩后的数字音频文件（如MP3）或存储在存储器上的数字音频文件，通过网络，按照传输协议以数据包的形式将音频文件传输到网络广播接收端，然后经过网络广播终端进行D/A转换后还原成音频信号，经放大后驱动喇叭工作的。每个网络广播终端都是一台具有音频编解码和网络通信功能的嵌入式计算机，并且都有自己的独立IP地址
6、，像局域网内PC组网一样，按照TCP/IP协议进行通信。 数字广播采用高质量音频压缩格式，而且采用纯数字的传输方式，在制作、处理、传输过程中不会产生噪音累积，引起信噪比下降而导致信号劣化；而且错误率相当低甚至是可以避免的，因此可以多次复制和传输，不论怎么编辑、处理都不会产生额外的噪声： 信号无损、音质好，数字广播从音源的制作到传输全部实现了数字化、网络化，系统信噪比高，不会在处理、传输等环节产生噪声，从而可以获得比较好的音质，也可以进行立体声传输。可完全利用部分矿山企业已建成的井下工业以太网进行语音信号的传递。只要网络下行带宽得到128K，就可以十分流畅的传输一路立体声音频信号。 扩充性强，系
7、统理论最大终端无限制，远距离传输没有限制。在将来的扩容中，无需购买主机设备，只要有网络接口，就可以安装网络广播终端，更无须对线路进行改造，也不需要专门布线，不管是光纤、超五类线、数字微波还是无线网桥，只要网络连通就可以传输数字音频广播。 可以实现智能广播，以太网本身就是一套双向网络，在以太网上通过软件可轻而易举地实现智能广播的定时、寻址、分组等功能。在网络速度允许的情况下，可实现多路广播。因为音频文件是以数据包的方式在网络中传输，所以很容易实现多路广播，把不同的数据包发送给不同的终端就可以了。 广播方式多种多样，由于网络广播终端为网络设备，具备灵活的IP地址设置，因此地面主机可以通过编程来控制
8、设备的IP，以达到控制扩音喇叭广播的效果：（1）定点广播：可对任意终端进行定点广播（2）独立广播：可独立地对某一终端进行广播而不干扰其它终端。（3）每区可独立广播：可同时对几个区域进行广播。（4）全体广播：可对所有终端进行广播（5）紧急广播：拿起麦克风即可广播。 （6）宣传广播：可播放背景音乐、领导讲话、语音宣传等。（7）紧急呼叫：用户可按键直接呼叫操作台，进行通话对讲。（8）录音：系统可将调度员对终端用户的讲话形成录音文件进行存储，以便查询。KXT23系统中用于机房、调度室的设备，能在下列条件下正常工作：（1）环境温度：-3040；（2）相对湿度：最大相对湿度95%（+25%）；（3）海拔高
9、度：不超过2000m；除有关标准另有规定外，系统中用于煤矿井下的设备能在下列条件下正常工作：（1）环境温度：-1040；（2）平均相对湿度：不大于95%（+25）；（3）有爆炸性气体混合物，但无显著振动和冲击、无破坏绝缘的腐蚀性气体。第2章 技术优势及系统特点2.1、技术优势（1）天地（常州）自动化股份有限公司（中煤科工集团常州自动化研究院）是专业从事煤矿自动化和通信技术、产品的开发单位，是煤炭工业煤矿安全仪器仪表装备的定点生产单位。（2）KXT23系列矿用IP网络广播系统无论是硬件还是软件均为我公司按照煤矿的特点自主研发，且系统主要设备均为本安设备，适合井下任何环境下使用。2.2、系统特点2
10、.2.1 功能先进可对每个网络终端独立设置和控制，可单独、分区、组合广播，可任意组成区域广播，播出不同的广播内容，网络终端设备可储存预制广播内容，定时自动播出。2.2.2 音质好、响度高音频广播设备具有消除自激和静噪设计，特别适用于煤矿井下的口语广播和背景音乐播放。数字广播的采样频率为44.1KHz、16Bit 的高质量音频压缩格式，而且采用纯数字的传输方式，在制作、处理、传输过程中不会产生噪音累积，终端频响范围为100Hz-10kHz，功放不失真输出功率为5W，响度不低于100dB。 2.2.3 接口多样具有目前煤矿井下通用扩音装置的接口。具有音频接口，可连接DVD、收音机、电视机等音源。2
11、.2.4 响应快速在终端任何工作状态下（放音、广播、待机），用户按“调度键”即可与调度员通话，支持多用户同时和调度员通话。用户通过“选择”操作即可和其他终端用户通话。在平时该系统也是调度电话、无线通信、井下扩音电话等其他通信设备的补充，对日常生产可发挥积极作用。2.2.5 使用范围广井下设备为矿用本安型设备，而非隔爆兼本安型设备，可用于煤矿爆炸性气体环境，特别是工作面、顺槽等危险区域。第3章 设计原则KXT23型矿用IP网络广播系统方案设计遵循以下原则：3.1、先进性、成熟性使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得整个系统既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。3.2、可靠性、安全性
12、系统在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都选用了高质量的材料，并采用了先进的防火墙技术，以确保安装的扩音终端、接口与布线系统，能适应煤矿井下高温、高湿、瓦斯等严格的工作环境，实现了系统稳定。3.3、易操作性以易于使用的图形人机界面功能，为信息共享与交流、信息资源查询与检索等提供了有效的工具。3.4、实时性终端和接口接收的信息和音频服务器显示快速反映，充分满足实时性的需求。3.5、完整性提供与各种外界系统通信的功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。3.6、可查询性让使用者能随时查询信息。3.7、互联性和扩展性充分考虑将来需求的空间，所提供的系统平台与技术充分配合未来功能及扩充项目的需
13、求，以避免将来重复的投资。标准化、结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定了系统开放性、可扩展性、可维护性、可靠性和经济性的基础。3.8、经济性在一定的资金资源下，尽可能有效地利用资金，以适当的投入，建立一个尽可能高水平的、完善的监测系统。所有设备的选型配置和采购订货，坚持性能价格比最优的原则，同时兼顾供货商的资信度和维修服务能力。第4章 设计标准GB3836.12000 爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求GB3836.22000 爆炸性气体环境用电气设备 第2部分：隔爆型“d”GB3836.32000 爆炸性气体环境用电气设备 第3部分：增安型“e”GB3836.42000 爆炸性气
14、体环境用电气设备 第4部分：本质安全型“i”GB/T98132000 微型计算机通用规范GB/T2887-2000 电子计算机场地通用规范AQ6201-2006 煤矿安全监控系统通用技术要求MT20990 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求MT21090 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法MT/T286-1992 煤矿通信、自动化产品型号编制方法和管理办法MT/T7721998 煤矿监控系统主要性能测试方法MT/T8991999 煤矿用信息传输装置通用技术条件MT/T 1004 煤矿安全生产监控系统通用技术要求MT/T 1008-2006 煤矿安全生产监控系统软件通用技
15、术要求第5章 系统组成KXT23型矿用IP网络广播系统由网络广播控制主机（音频服务器）、KXT23.1型矿用IP网络广播终端、电源和光缆等组成。5.1、IP网络广播控制主机（音频服务器）IP网络广播控制主机(音频服务器)是KXT23矿用IP网络广播系统的控制中心，完成终端管理、音频管理等管理功能，为各网络终端、接口等提供数据交接服务，为各网络终端提供定时播放和实时广播控制服务。根据音频服务器的调度，对即将传输到各广播终端的音频流数据进行非压缩数字音频数据处理，保证音频服务器以CD 质量的高比特率与终端进行数据同步，实时处理节目信号。IP网络广播控制主机(音频服务器)实现功能： 全数字化的公共广
16、播主控机，基于TCP/IP 协议的网络上运行； 近乎完美的CD音频效果； 终端、接口组成网络广播系统，终端可实现网络化背景音乐定时播放、分区广播、对讲等功能； 完善的实时监听功能，可监听终端的现场环境； 系统可将调度员对终端用户的讲话形成录音文件进行存储，以便查询。5.2、KXT23.1矿用本安型IP网络广播终端 防爆型式：矿用本质安全型，标记为“ExibI”。 主要技术指标：（1）额定工作电压：直流 18V (由KDW16A-18供电)；（2）工作电流：不大于800mA；（3）响度100dB (A计权) (1kHz)；（4）失真度10(1kHz)；（5）接口：三个以太网电口、两个以太网光口。
17、 主要功能：（1）定时播放广播；（2）扩音对讲；（3）监听 。5.3、KXT23.2矿用本安型IP网络广播接口 防爆型式：矿用本质安全型，标记为“ExibI”。 主要技术指标：（1）额定工作电压：直流 18V (由KDW16A-18供电)；（2）工作电流：不大于500mA；（3）接口：三个以太网电口、两个以太网光口； 一个与KXT22.1、KXT22.2连接的4芯电缆接口。 主要功能：可与KXT22.1、KXT22.2扩音装置联机通话。5.4、KXT22.2矿用通信信号装置分机 防爆型式：矿用本质安全型，标记为“ExibI”。 主要技术指标：（1）额定工作电压：直流 18V (由KDW16A-
18、18供电)；（2）工作电流：不大于800mA；（3）电池组：Ni-Cr7.2V/700mAh(内串限流电阻)。 主要功能：KXT22.2矿用通信信号装置分机接入扩音系统能实现分机之间呼叫、打点及对讲通信、并通过KXT22.3矿用本安型通信信号装置中继器实现系统扩音对讲通信。5.5、KXT22.3矿用通信信号装置中继器 防爆型式：矿用本质安全型，标记为“ExibI”。 主要技术指标： （1）额定工作电压：直流 18V (由KDW16A-18供电)；（2）工作电流：不大于800mA；（3）电池组：Ni-Cr7.2V/700mAh(内串限流电阻)。 主要功能：KXT22.3矿用本安型通信信号装置中继
19、器接入扩音系统能实现KXT22.2矿用通信信号装置分机与分机之间呼叫、打点及对讲 通信、并通过KXT23.2矿用本安型IP网络广播接口实现与IP网络广播终端扩音对讲通信。5.6、本安兼隔爆电源KDW16A为井下终端和接口供电，其后备电池可保证在交流电停电情况下，数据监测站可连续工作2小时以上。技术参数： 输入：AC127V、220V、380V或660V； 输出：DC18V8%； 备用电源功能。（1）转换时间：0S；（2）电池容量：12V 4.0Ah，2节。5.7、矿用本安型光网络终端KJJ61A实现以太网电口、光口之间的交换。技术参数： 电源输入：DC18V； 两路以太网电口、四路光口。第6章
20、 系统主要功能6.1、曲目编辑下载功能能在音频服务器上对单个或全部KXT23.1广播终端进行播放曲目（包括音乐、温馨祝福、上下班铃声等）、播放时间、播放顺序、播放音量等的编辑下载。6.2、自动播放功能系统可按照音频服务器预先设置在KXT23.1广播终端中的播放列表，自动播放或停止播放存储在终端存储卡上的曲目等。6.3、实时播放功能系统可通过网络将需要立即播放的音频文件下载到KXT23.1广播终端播放。6.4、终端和调度讲话功能用户可在KXT23.1广播终端任何状态按下 “调度”键，和调度员对讲。6.5、终端和其他终端讲话功能用户可通过KXT23.1广播终端上的“选择”键，选择和其他终端用户讲话
21、或全体扩音。6.6、紧急广播功能调度员可在任何状态下对单个、分区、全体用户紧急广播。无论KXT23.1广播终端处于背景音乐播放、和其他终端讲话、收听其他终端讲话等状态，都能听到调度讲话，充分体现调度优先。6.7、监听功能调度员可监听KXT23.1广播终端周围的声音。6.8、录音功能系统可将调度员对KXT23.1广播终端用户的讲话形成录音文件，以便查询。6.9、巡检功能（故障自动检测功能）系统定时向终端和接口发送命令，一方面为终端和接口对时，另一方面能及时了解KXT23.1广播终端的通信状态等。一旦光缆中断或出现故障，系统能立即显示。6.11、在线实时放音功能系统可以对部分终端或者全部终端进行实
22、时播放WAV录音文件以及MP3歌曲文件。6.12、CAD矢量地图功能在广播系统管理软件上增加矿井地图界面,可以在矿井图上放置终端,编辑终端位置,可以在地图上进行分组，可以直接在地图上进行选择要进行讲话、广播、监听的终端等。CAD矢量地图功能，可以用鼠标对地图进行放大、缩小、平移。矢量图形模式与编辑模式、大图标模式可以相互切换功能。6.13、联网功能使用任意一部电话（包括WIFI手机）就可以进行对井下任意一台终端、多台终端或者全部终端进行语音广播。第7章 主要技术指标7.1、系统容量系统中终端和接口总数量只要带宽允许无限制。7.2、最大传输距离 光纤传输距离：20km； 网线传输距离：100m； 接口5芯电缆传输距离：2km（共3台KXT22.1，电缆直径不小于1mm2）。7.3、系统参数 以太网光传输：协议：TCP/IP，速率：10/100M； 系统误码率：10-6； 响度100dB/m(A计权) (1kHz)。
