Архитектура системы позиционирования и связи для шахт «Кондор»

Современные требования к определению местоположения персонала и техники в шахтах [1,2] ведут к созданию цифровых систем позиционирования следующего поколения. Развёртывание в шахте цифровой инфраструктуры, необходимой для работы такой системы, позволяет также решить целый ряд других задач.

В число таких задач входят, в первую очередь, автоматический сбор данных с приборов контроля и обеспечение шахтёров многоканальной мобильной связью.

Разработка и создание современной цифровой системы позиционирования и связи требует поиска согласованных архитектурных и технологических решений.

В данной статье рассматривается отечественная система позиционирования «Кондор», как пример удачного решения поставленной задачи. Система обеспечивает точность позиционирования персонала и техники до 5 м.

Система поддерживает как обще шахтные каналы мобильной связи, когда аудио общение абонентов возможно на всей территории, охваченной системой «Кондор», так и локальные и групповые каналы мобильной связи, когда аудио общение абонентов ведётся в пределах одного участка или группы участков.

В системе реализована передача аварийных и индивидуальных команд и текстовых сообщений, непрерывный приём данных с персональных газоанализаторов, кнопки SOS и кнопки квитирования сообщений.

Структура система «Кондор» имеет четыре уровня. На каждом уровне действуют свои правила арбитража, в совокупности обеспечивающие надёжное и эффективное функционирование системы в целом.

Первый уровень

Первый уровень системы «Кондор» образуют компактные носимые устройства.

Радиометка ExTAG-L имеет встраиваемое и корпусное исполнение, может интегрироваться с технологическим оборудованием, участвует в измерении расстояний до базовых станций, обеспечивает обмен технологической информацией и приём оповещений.

В данный момент метка встроена в головной светильник ЛУЧ-4 фирмы «АЭРОТЕСТ». Кроме определения дистанций, она обеспечивает:

• передачу диспетчеру показаний газоанализаторов c периодом 5 сек;
• передачу диспетчеру сигнала SOS и квитирования сообщений;
• приём и отображение на встроенном дисплее текстовых сообщений;
• приём и индикация аварийных сообщений и индивидуальных вызовов.

Радиостанция ExART предназначена для многоканального полудуплексного голосового обмена, имеет дисплей и органы управления. В радиостанцию встроен модуль определения местоположения, аналогичный ExTAG. Радиостанция может работать в трёх режимах.

• Сотовый режим. Обеспечивается полноценная связь в пределах шахты.
• Режим mesh-сети. Обеспечивается надёжная радиосвязь в сложных технологических условиях, когда прокладка цифровой магистрали невозможна либо нежелательна (лава).
• Режим цифрового радио. В данном режиме устройство работает в качестве обычной цифровой полудуплексной радиостанции. Режим предназначен для работы в аварийных условиях.

Радиостанция обеспечивает первоначальный арбитраж доступа к аудиоканалам в сотовом режиме и режиме mesh-сети. Если на данном канале уже ведётся разговор, то выход радиостанции в режим передачи блокируется.

Если на данном канале начинается передача диспетчерского сообщения, то радиостанция из режима передачи принудительно переходит в режим приёма.

Второй уровень

Второй уровень системы образуют базовые Сстанции ExTRACK системы локального позиционирования (определения местоположения по технологии TOF с точностью до 5 м) и одновременно точки доступа беспроводной системы голосовой связи.

В качестве точки доступа устройство обеспечивает цифровую полудуплексную голосовую связь с носимыми устройствами ExART по радиоканалу в субгигагерцовом диапазоне и обмен цифровыми голосовыми потоками с сервером верхнего уровня.

При движении абонента базовые станции обеспечивают безударную передачу абонента, ведущего передачу или приём от одной базовой станции к другой.

Базовая станция обеспечивает вторичный арбитраж доступа радиостанций к аудиоканалам.

Третий уровень

На третьем уровне системы используется шлюз концентратор, построенный на базе микроконтроллера в специальном взрывобезопасном исполнении, функционирующим под ОС Linux. Шлюз обеспечивает работу нескольких цифровых магистралей (RS485), по которым ведет опрос базовых станций.

Шлюз осуществляет арбитраж следующего уровня. Обмен аудиоданными с сервером ведётся по сетевому протоколу UDP. В случае отсутствия связи с сервером, шлюз обеспечивает связь в аварийном режиме.

Четвёртый уровень

На верхнем, четвёртом уровне системы, расположен сервер и АРМ-ы. АРМ-ы могут располагаться как в пределах LAN, так и быть удалены на значительное расстояние. Система «Кондор» поддерживает работу мобильных АРМ на устройствах под ОС Android.

Сервер системы «Кондор» обеспечивает сбор и архивирование информации о местоположении низовых устройств и их технологические параметры. Сервер системы «Кондор» обеспечивает сбор, ретрансляцию и архивирование аудио потоков. Сервер осуществляет арбитраж аудиоданных.

АРМ диспетчера предназначен для контроля перемещений и аудио обмена персонала. Диспетчер может подключаться к любому аудиоканалу шахты. Обращение диспетчера имеет абсолютный приоритет в любом аудиоканале.

Диспетчер может послать короткое текстовое сообщение или команду аварии всему персоналу шахты одновременно или индивидуально. Диспетчер может контролировать в реальном времени показания газоанализаторов каждого шахтёра, нажатие кнопки SOS на персональных головных светильниках шахтёров.

Заключение

Работа над проектом шахтного позиционирования и связи «Кондор» потребовала значительных усилий от всех вовлеченных специалистов. В рамках проекта проводились многочисленные полевые испытания, как отдельных компонентов, так и системы в целом, что позволило выявить и устранить ряд ограничений современных систем измерения расстояний и цифровых каналов связи.

В настоящее время готовится поставка системы на шахты России.

Используемые материалы:

1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твёрдых полезных ископаемых».
2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах».
   

ООО «Компания ДЭП»
тел.: +7 (495) 995-00-12
E-mail: mail@dep.ru
Сайт www.dep.ru