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1、煤矿信息化技术第1章 信息化建设概述煤矿信息化建设是一个多学科、多专业、复杂技术融合的综合应用领域，是一个庞大而复杂的系统工程。煤炭企业信息化建设相对电力和石油企业起步较晚，信息化建设过程缺乏统一的规划，已有系统的应用功能滞后，信息化对业务支持力度尚显薄弱。目前，应用系统的整体规划和建设是煤炭企业信息化建设的重点，且存在较多问题，具有较高难度。它不仅要面对设备、管理、人员，还要考虑复杂、恶劣的自然条件，这就决定了煤矿信息化建设必须包括生产、管理、市场、安全、地理等诸多信息系统。我国煤矿信息化存在的主要问题表现在：1、信息工作流程不规范。企业的工作流程大多是自然形成的，且同类企业之间的工作流程不
2、一致，存在许多计算机系统难以处理的地方，给信息系统的开发、维护及推广造成困难。2、信息开发过程不规范。由于缺乏相应的信息系统开发标准，使信息化建设处于随意地私搭乱建的状态。3、信息系统不规范。没有统一的信息分类及代码等标准来协调信息系统的建设，形成了兼容性不足的信息“孤岛”。4、信息化工作相对滞后。企业对于信息化理念认识不足，资金投入不足。5、信息管理结构不健全，信息技术人员严重不足。6、缺乏研发能力。很多引进技术需通过消化吸收和与企业管理融合，继而在充分理解和吸收信息知识的基础上进行创新。1.1 信息化建设历程与发展趋势煤炭工业信息化主要任务就是利用电子信息技术提升和再造煤炭企业，加快煤炭工
3、业的技术创新、管理创新和体制创新，提高生产力水平和经济效益，确保安全生产，提高企业的市场竞争力，整体优化升级传统的煤炭工业。煤炭工业信息化经历了“七五”起步、“八五”巩固、“九五”调整、“十五”发展、“十一五”整合的几个阶段。自2001年起，煤炭价格恢复性上涨，全行业基本扭转了亏损的局面，煤炭产销两旺。特别是进入2003年，煤炭价格一路攀升，煤炭行情呈供不应求之势。行业的发展也促进了行业信息化的大投入、大发展。煤炭行业信息化已同行业总体发展战略融为一体：其一是信息化已融入群体发展战略；其二应用现代电子信息技术提升煤炭综合生产力，实现高产高效安全生产模式；其三是信息化基础建设已具备一定规模。国有
4、大型重点煤炭企业在信息化方面处于领先地位，代表了我国煤矿信息化取得的成效。1、装备现代化：大量自动化、精密化、数字化的大型技术装备的应用，提高了生产的准确度、安全和效率。2、系统自动化：应用电子信息技术在煤矿生产的采、掘、机、运、通、安全监测、地面洗选等各作业方面建立了自动化子系统，且近年来综合自动化集成方面也有普遍应用，实现了生产过程自动化。3、管理信息化：除了大力发展自动化技术应用外，在管理信息方面，各企业实施了ERP、生产指挥调度系统、地测信息系统、企业门户网站、办公自动化等应用系统，其中ERP/MIS系统包括了物资、财务、人力、销售、工程、技术等主要业务方面，成为煤炭工业企业运转的信息
5、平台。面向国民经济建设主战场，围绕煤炭行业信息化的发展要求，将信息化技术与设计、生产、管理、安全相结合，整合资源，以信息技术支撑新兴的煤炭工业，深入广泛地开展煤炭行业信息化技术的推广应用，用高新技术改造煤炭的传统产业，提高煤炭企业的核心竞争力，提升煤炭行业的整体竞争力，是煤炭行业信息化长期而又艰巨的任务。1.2 信息化支持企业核心战略伴随煤炭企业大集团战略的发展，企业信息化建设也要在集团整体发展战略的指挥棒下，寻找与之相适应的发展策略和建设模式。煤炭企业核心战略主要表现在以下3个方面：1、产业发展以煤为主、相关延伸、多元发展。2、集团管控加强战略规划，实施人、资、财、物垂直管理。3、业务运营安
6、全生产为本，提高营销水平。核心战略的实现无法靠传统手段，企业必须借助信息技术来支持这种战略，运用信息技术来获得生产技术的进步、效率的提高、成本的降低以及对市场的快速反应。煤炭企业的信息化战略应该关注以下4个方面：1、以整合集团信息资源为基础，实现企业信息纵横交互。2、以建设应用系统为核心，全面支持企业集中控管和专业应用。3、以完善基础设施为重点，打造坚强的煤炭安全生产管理平台。4、以加强人才队伍建设为保障，提升信息化应用绩效。1.2.1 企业集团管控模式企业面对如此众多的业务和组织单元，如何建立起有效的管控模式，确保战略目标和经营计划的实现，是集团管理需要考虑的核心问题。管理模式功能和人员配置
7、财务控制模式战略控制模式运营控制模式财务/资产集团规划/SUB战略监控/投资管理收购、兼并公关财务/资产集团规划/SUB战略监控/投资管理收购、兼并公关人才培养法律审计集团营销现金管理人才培养法律审计集团营销R&D采购/物流销售网络人事管理监控实施与资源协调财务预算和控制集团战略的实施和控制子公司/分支机构运作的管理和控制业务运营经营单元战略业务单元/利润中心决策中心下属公司角色财务/资产集团规划/SUB战略监控/投资管理收购、兼并战略制定公关人才培养法律审计营销现金管理总部组织机构的管理价值模式价值指导模式升值提升模式价值倍增模式集权集权与分权相结合分权权限模式核心功能集团下属公司图1-1-
8、1 集团管控模式图集团管控模式如图1-1-1所示。对于煤矿企业集团来说，资产经营和计划管控是其集团管控的基本方面。作为资源型企业，对资源开采利用的有效规划与计划是其经营管理的核心。煤炭企业集团需要建立以计划管控为核心的集团经营管控体系，体现以计划为驱动，对人、财、物集团核心资源高效管理机制。1.2.2 企业整体信息化需求模型企业整体信息化是指：企业利用现代信息技术，通过信息资源的深入开发和广泛利用，不断提高生产、经营、管理、决策、服务的效率和水平，进而提高企业经济效益和企业竞争力的过程。也就是要实现企业生产过程的自动化、管理方式的网络化、决策支持的智能化和商务运营的电子化。1.2.2.1 包含
9、内容企业整体信息化包含3个方同的内容。1、产品设计和制造信息化，包括利用信息技术改造生产制造过程，用信息技术创新、改造传统产品和优化提高产品的设计开发能力；2、企业管理信息化，是用信息技术改造、优化企业的生产、管理、服务等流程，提高企业经济效益和竞争力；3、提供企业信息化的信息技术装备、产品和服务，要有一批先进、适用的信息技术装备、产品和服务商作为支撑，以帮助企业完成信息化的任务。1.2.2.2 基本任务一般来说，企业整体信息化的基本任务包括：1、企业基本管理和业务信息的集成化，包括跨公司、跨部门数据的充分共享；2、文件的电子化，利用计算机来代替传统的手工操作，提高工作效率与准确性；3、强化企
10、业内部控制，实现在线业务审批和监控，规避或降低内部营运风险；4、通过对业务数据的提取和分析，支持企业的绩效考核和决策功能；5、建立企业对外信息平台和交互渠道，通过企业间的在线合作，降低自身的经营成本，增强市场竞争力。1.2.2.3 信息化建模从信息化的要求出发，结合煤炭行业实际，对煤炭行业企业实行企业建模，确定管理的层次架构。管理层次架构在企业信息化建模领域被称之为企业集成模型。根据煤炭企业的管理实际和计算机集成制造（CIM）理念，将煤炭企业划分为决策层、计划层、执行层、控制层4个管理层级如图1-1-2所示。机会挑战计划指导规范约束市场环境战略目标路线方针宏观决策决策层计划层执行层控制层设 备
11、计划标准规范调度指令标准规范操作指令竞争力贡献信号信息绩效图1-1-2 煤炭企业管理层级划分决策层主要负责企业战略目标的制定、职能战略的决策；计划层主要负责业务域的职能规分与分析；执行层和控制层都属于具体的业务运作体系，其中执行层主要负责具体职能事务管理与操作；控制层是针对高度自动化系统代替人工进行业务操作和管理而提出。具体到各业务域，管理层级的划分情况可能会有所差异。例如，生产制造包含控制层（又称为设备控制层、设备操作层、操作层），市场营销最低为执行层，无对应的控制层概念。各管理层级对信息化有如下要求。决策层：提供使企业决策者把握企业运营全局的手段，能够将决策者的企业战略目标分解成各部门的日
12、常工作目标，具有与各级人员直接沟通的信息渠道。计划层：需要为煤矿企业本部各管理部门，尤其是工程、采购、制造和物流、财务、人力资源等部门的管理提供信息系统，在各业务域的管理职能域间的内部资源规划、计划、协调的基础上，实现管理职能域之间的协调，实现业务域之间的资源规划、计划和流程设定上的协同和衔接，促进煤炭企业整个公司层面的资源合理规划和利用，综合利用各种科学的经营规划方法和管理手段实现内部价值链、供需链的优化。执行层：根据计划层下达的资源规划、计划、流程规范和管理标准，为煤炭企业工程、采购等部门运作人员及公司层面生产调度指挥人员、各生产点和物流体系的管理者提供相应的高效运作和精细管理的信息支撑手
13、段。对生产制造和仓储物流等存在控制层业务域而言，执行层的信息应用功能要特别体现在对控制层业务（生产过程、仓储、物流）的调度指挥和优化指导上，兼有生产和管理的信息元素和业务特征。控制层：为下属矿井单位提供自动化的生产调度及指挥手段，为物流仓库提供调度与监控手段。提高生产效率和产品质量，降低成本，实现生产过程高度自动化和信息化。作为资源型和资产密集型企业，无论是成本战略还是资产资本战略，其以物资为龙头、人财物为核心的经营管控，始终是其经营管理的核心内容。在业务功能模型中，有关经营计划、物资采购、成本核算、设备管理、财务管理、人力资源等内容将是煤炭企业在集团核心业务信息化建设上关注的核心内容之一。1
14、.3 企业信息化目标1.3.1 总体目标根据行业特点、煤炭企业自身特点和战略发展需求，煤炭企业信息化总体目标可归纳为：采用先进的信息技术，构建功能强大、运行稳定的信息基础设施，开发支撑业务单元和资源有效协同动运作的信息应用系统，实现企业的价值链优化、管控一体化、资源集约经营，为提升企业资产经营能力提供科学决策支持，为实现企业的发展战略提供信息技术支持。在总体目标下，煤炭企业集团信息化建设愿景是“数字企业”，矿井建设愿景为“数字矿井”。“数字企业”其内涵是对企业信息资源进行总体规划和充分利用；其外延表现为其核心价值链业务执行自动化、管理信息化、决策智能化，全面提高企业运营效率、经营效益和核心竞争
15、能力。“数字企业”模型如图1-1-3所示。图1-1-3 “数字企业”模型图数字企业数字化管理自动化生产和物流智能决策“数字矿井”其内涵表现为对自动化技术和信息技术的充分利用，改变生产作业与生产管理，改善安全生产管理时效，提高生产效率、安全保障，促进高产高效矿井建设；其外延表现为生产过程自动化、综合自动化和生产执行系统建设，全面高矿井生产过程安全性、可视化、实时性、可靠性和生产力。“数字矿井”提出了煤矿矿井信息化建设的愿景。“数字矿井”模型如图1-1-4所示。集团/矿井管井信息系统、OA、信息门户Web GIS、过程监视画面、网络视频、生产报表、MES信息发布、MES设备管理(设备实时监控、设备
16、效能分析、设备状态检测及故障诊断)、生产安全管理、能源管理、生产调度、紧急救援、统计分析、一体化监控平台综合集控功能预案报警联动系统、地理信息系统、大屏幕显示系统、紧急电话处理系统、单元集控功能电力调度子系统、原煤子系统(采煤工作面自动化系统、井下原煤输送带运输系统、装卸载及主提升系统)、辅助运输子系统(井下轨道运输系统、副井提升系统、地面排风系统)、选煤外运子系统(选煤厂集控系统、储煤厂集控系统、快速装车系统)、通风及安全子系统(安全监控系统、通风机电控系统、瓦斯抽放系统、注氮系统、井下降温系统、井下排水系统)、辅助子系统(压风系统、锅炉房系统、日用消防水系统、矿井水处理系统、地面消防系统)
17、、人员安全检测子系统、管控服务器（SCADA/HMI Server）综合自动化数据通讯系统（工业骨干网络、系统接口设备）现场监测监控设备系统（井上、井下）图1-1-4 “数字矿井”模型图1.3.2 现实目标煤矿信息化的现实建设目标为：1、应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术和煤矿生产工艺技术，实现企业的经营、生产决策、安全生产管理和设备控制等信息的有机集成；2、通过应用软件，实现经营管理科学化，生产计划、生产安全调度、生产过程控制最优化；3、保证煤矿生产安全，提高产量和质量，提高企业经济效益和竞争能力；4、提高对客户多种要求的响应能力。现实建设目标最终表现为煤矿的高度信息化、
18、自动化、高效率、高安全和高效益。企业内外门户管理驾驶舱业务流程商业智能数据仓库业务视图报表中心业务活动监测协同办公系统集团决策层集团业务层数字矿山模型平台及应用矿井供电设计与计算系统矿井生产辅助设计系统地质测量管理系统基于GIS的矿山三维地理地质模型安全生产与机电设备管理煤质管理系统本质安全管理系统采购供应链管理系统煤炭生产综合管理系统信息化点检系统企业资产管理系统ERP企业资源计划系统项目管理系统人力资源管理系统财务管理系统其 他矿井供电设计与计算系统矿井生产辅助设计系统SOA架构MES层监测系统生产动态管理系统设备运行管理系统作业效率管理系统生产成本管理系统计划调度管理系统应急指挥人员管理
19、综合分析数据采集/实时数据集成控 制 层生产过程自动化系统矿井工业电视系统自动化调度系统压风机监控系统地面高位水池监控系统地面锅炉房监测系统选煤厂集中控制系统快速装车站监控系统矿井变电所监控系统矿井通风机监控系统井下排水监控系统辅助运输(提升)监控系统井下输送带运输监控系统地面污水处理厂监控系统工作面监控系统掘进输送带及掘进综采工作面监测系统辅助运输(提升)监控系统井下输送带运输监控系统工作面监控系统掘进输送带及掘进综采工作面监测系统矿井安全管理系统基础设施现场总线工业以太网基础设施主机/存储系统软件网络通信主机/存储网络图1-1-5 煤矿企业信息化总体架构图1.4 企业信息化总体架构根据煤炭
20、企业业务特点、管理模式、发展战略需要，信息化总体架构通常如图1-1-5所示。总体架构突出各业务管理层的规划，按照煤炭集团主业务管控架构模式，如上图所示，业务系统信息化主要分成：集团决策层、集团业务层、MES层、控制层。集团决策层：为管理者提供其决策所需的信息内容、信息组合分析，是企业级系统的最高层次应用，主要包括企业内外门户、协同办公系统、管理驾驶舱、商业智能/数据仓库、报表中心、业务流程、业务视图、业务活动监测等。集团业务层：面向集团的日常业务活动，实现业务目标控制和专项资源调配，主要包括数字矿山模型平台、安全生产与机电设备管理平台、ERP企业资源计划系统平台。MES层(生产执行系统层)：提
21、供对一线生产现场的实时监控和远程控制管理及生产安全执行协调管理，主要包括生产动态监测系统、设备运行管理系统、作业效率管理系统、生产成本管理系统、计划调度管理系统、应急指挥管理系统、人员管理、综合分析等模块。控制层：通过生产过程自动化系统和矿井安全管理系统两大平台对安全生产进行监控监测，对有关的各类子系统进行应用。1.5 信息化的组织保障体系针对企业信息化工程存在的众多问题，正确认识企业信息化的内涵与实质，提供信息化工程成功的组织保障体系，具有重要的现实指导意义。国内企业信息化工程组织保障体系的缺乏，主要在以下3个方面的原因：1、对企业信息化工程组织保障体系的重要性认识不足。以往普遍认为建设企业
22、信息化就是建设应用系统，对系统的规划、日常管理、风险控制缺乏配套细致的考虑。2、缺乏先进理论和实践的指导。与企业信息化工程组织保障体系相关的COBIT等标准引入国内较晚，信息化工程组织保障体系标准的相关人才缺乏，国内企业对相关理论的研究、吸收不足，对这些标准如何与国内企业特点相结合缺乏经验，企业想搞好管控工作，但不知从何做起。3、国内大多数企业只重视进行核心的业务系统建设，无暇顾及信息化工程组织保障体系能力的提升，缺乏必要的管理制度和检查细则。上述这3个方面的问题在企业中非常普遍。随着企业基础信息系统的建设完成，企业对系统的依赖性增强，强化企业信息化工程组织保障体系就必然成为企业信息化重点考虑
23、的内容。企业信息化工程是一项系统工程，组织保障体系是确保企业信息化正确、有效、成功实施的原则与方法。建设企业信息化组织保障体系应从以下几方面来考虑：1、企业信息化是一项复杂的系统工程，它的实施自始至终都需要企业最高管理层的支持。其中，有对企业流程再造需求的支持，有组织协调工作和普及培训工作的支持，甚至还会有突破旧习惯势力的抵制等方面的支持。2、企业信息化要有长期的、独立的组织机构来支持。该机构除主管网络建设以外，还要有一个有效的工作小组。该小组能把企业变革方案的实施和信息系统的建设结合起来，协调和指导企业管理部门的职能、人事等方面的建设、企业生产经营活动（采购生产、销售、服务等）、各环节数据标
24、准化、企业工作流程标准化建设和信息系统建设。3、在信息化项目中，人才匾乏，特别是项目负责人、技术负责人的匮乏是最大的难题。项目负责人应由懂技术、重规范、思路清晰、项目经历丰富、沟通能力强、事业心和责任心突出的人员担任，在项目中其角色承担着目标把控、协调沟通、团队建设、节点控制、实现经济目标等任务，这一切都建立在对合同的充分理解和认识的基础上。技术负责人则更强调沟通能力和技术背景，在项目中承担着技术把关、问题协调、技术指导、团队协同、落实规范等任务。此外，为人、处事、性格等因素也是项目负责人、技术负责人不可或缺的选人条件。因此，要注重人才的培养和使用。4、根据企业的实际情况，制定相应的管理制度，
25、并进行严格的监督检查，贯彻实施。重点是保障已经实施的项目发挥其应有的作用，保障各种系统能够正常、稳定和安全的运行，在系统出现各种故障的情况下，能够尽快恢复系统正常工作。在实现信息化的基础上，工矿企业可根据自身实际情况，将井上、井下固定生产岗位转换为巡检岗位，实现无人值守，减岗提效，充分发挥信息化工程的作用。1.6 信息化风险分析信息化建设工程是一项高风险的系统工程，风险影响因素相对较多，只有在信息化建设之初充分认识和规避相应的风险，才能保证信息化建设的有效实施。企业信息化建设的风险，按照风险来源分为两大类型：企业外部风险和企业内部风险。按照风险存在的阶段可以分为三大过程风险：规划风险、实施风险
26、和改进风险。1.6.1 外部风险分析企业信息化建设的外部风险包括政治风险、经济风险、社会风险、法律法规风险以及不可抗拒风险等。具体表现在：国家政局的稳定性，经济发展是否稳步增长，煤炭的价格是否大起大落等。外部风险受国家宏观经济环境和国际市场的影响，基本属于不可控因素。目前，国家政局稳定，经济持续增长，外部风险相对较小，企业应重点关注和规避内部风险。1.6.2 内部风险分析在企业信息化建设中，应该重点关注和规避的内部风险包括以下6大风险：1、企业信息化建设的目标不明确，期望值过高。当前，企业内部存在对信息化工程理解的误区，即认为信息化工程就是把现在的管理过程全部用计算机来实现，计算机可以解决一切
27、问题，所有的手工操作都应该用软件来实现。这种误解一方面会把所有的问题、资料、数据都在信息化系统里设置，造成系统实施困难；另一方面，会由于期望值的落差造成实施的阻力。对策建议： 首先，应该加强企业内对信息化工程的宣传教育活动，提高对信息化工程重要性的认识。 其次，信息化要分清主要矛盾和次要矛盾，总体规划，逐步实施。信息化工程是一个循序渐进的过程，不是简单地对工具的替换；信息化要解决企业的问题，为企业创造价值，但不是要包罗万象，解决企业的所有问题。 要确定合理的目标，逐步实施，逐步见效。2、项目管理失控，计划拖期，成本超支。有数据表明，绝大多数项目管理都存在不同程度的计划拖期问题。对企业信息化工程
28、这样庞大而复杂的项目而言，进行科学的项目管理，预防计划拖期和成本超支问题是一个很值得重视的问题。计划严重拖期会导致企业逐渐失去信心，接踵而来的问题会使项目搁浅，进而导致项目失败。造成计划拖期的原因有：信息资源规划是一个循序渐进的过程，如果一味地追求做大做全，既分不清重点，又浪费了时间，是得不偿失的；项目没有总体规划，缺乏对实施难度的总体把握，项目计划期脱离实际，项目管理失控，抵御风险能力差，部分问题搁浅导致整个项目的严重拖期等。对策建议： 按照总体规划分步实施的指导思想，循序渐进地展开整个实施工作。 建立有力的组织保证体系。 采用项目监理机制，引人第三方项目监理公司进行项目监理。 建立相应的规
29、章制度及激励机制。3、选择软件供应商及其软件产品所带来的风险。实施信息化项目，软件供应商对项目的成败至关重要。企业与软件商之间需要建立长期的合作伙伴关系。软件供应商如果半途破产倒闭或者缺乏信誉、实力不足、版本不能升级等，都将直接导致项目的半途夭折。对策建议：重视选择有实力的系统集成商和应用软件开发商。建议企业在考察软件供应商并签订合同时，要确认项目实施的具体负责人及主要参加人员的资质、项目经验和技术水平，避免出现合作公司宣传一套，实施时又是另一套的局面。同时，建议企业只面对信息化系统总负责商一家，要求其一揽子负责到底，避免在工程实施过程中出现问题时，责任界定不清。4、基础数据管理不到位，导致系
30、统无法正常运行。基础数据指的是一段时间内固定不变的静态数据，如编码数据、定额数据、员工数据、设备数据等，这些数据对系统的成败至关重要。管理决策建立在及时而准确的数据信息基础之上，才能给企业创造效益；而如果建立在错误的信息之上，将会给企业带来损失或灾难。因此必须重视基础数据的管理工作。对策建议：重视基础数据工作，明确责任，规范管理。5、企业后期投人不足，系统后期运行、维护困难。信息化建设是一项长期建设工程，不是一次投资可以解决的问题。企业信息化建设既需要进行软硬件建设投资，也需要进行人才培训投资。企业信息化是一项全新的工作，系统的运行对不同层次的员工提出了不同的要求。目前在企业信息化建设的过程中
31、经常存在的问题是：企业认为软件安装好以后就没有什么问题了，没有必要配备专门的管理人员，也没有必要对相应的人员进行专业的培训。这种误解会造成由于缺乏正常的维护，系统可能突然瘫痪，导致企业生产无法正常进行，大量数据丢失，甚至给企业造成无法估量的经济损失。对策建议：重视人员培训。6、片面追求技术先进性的风险企业信息化是利用信息技术改造传统产业的过程，而信息技术本身在发生着日新月异的变化，因此，企业在实施信息化工程的过程中很容易的错误是片面追求技术的先进性，给信息化工程带来无法预见的技术风险。对策建议：信息化建设要讲求前蟾性、实用性和开放性。第2章 信息传输技术煤炭生产环境的复杂性、特殊性导致煤矿事故
32、多发，尤其是重大、特大事故时有发 生。传统的煤矿井下通信系统主要是固定电话，局部采用泄露通信，实现井下简单的移动通信。由于煤矿井下移动工作人员多，信息沟通往往需要较长时间，地面的指令不能及时传达到井下，井下的情况也不能及时反应到地面。通信的不便，给安全和生产管理带来了巨大隐患。由于井下作业人员情况不明、通信网络不畅、手段单一，会造成领导层信息不通、指挥不灵、数据不准，不利于及时抢险救灾，导致事故损失扩大。因此，建立完善的煤矿信息传输系统，对煤矿安全生产、抢险救灾具有重要意义。我国的矿用通信信息传输技术大体经历了3个发展阶段：第一阶段是有线模拟电话调度系统、低速有线主站呼叫分站的专用安全监测系统
33、以及扩音电话、打点通信等基本通信、信息传输技术与系统；第二阶段是有线数字程控电话调度系统、矿井局部无线通信、现场总线控制等多种现代通信信息传输技术与系统；第三阶段是基于高速宽带综合业务骨干网络传输平台，有线调度通信与无线接入相结合的全矿井、全覆盖的高速通信信息传输技术与系统。煤矿通信信息传输系统主要包括：生产调度电话、无线移动通信、扩音电话、救灾通信、现场总线系统和高速宽带综合业务传输骨干网络等。从目前煤矿通信信息传输系统的运行来看，各种技术均有应用，整个系统存在着重复建设、管理混乱、信息互通不畅、维护难度大等问题。从技术的发展趋势来看，各个子系统必将统一于IP化技术，运行在TCP/IP协议基
34、础之上，以高速宽带网络为业务传输骨干，成为一个真正意义上的“煤矿综合通信信息传输系统”。因此，高速宽带网络的品质和地位将更加重要。2.1 调度通信及网络化调度电话2.1.1 数字程控调度通信系统调度通信系统是煤矿安全生产最基本、最有效的通信手段，具有不可替代的作用。调度通信系统要求具有强插、强拆、群呼、组呼、电话会议、录音监听等功能，并且对系统稳定性要求极高，要求具有系统热备份、带电插拔等功能，还需配有不间断电源，以保证在停电状态下不中断通话。目前，煤矿调度通信系统已从模拟调度系统向数字程控调度系统发展。新一代数字程控调度系统不仅具有数字程控调度机的调度功能，还具有强大的数字程控交换机的管理与
35、办公功能，可实现调度用户与行政用户两网合一，既能适应数字通信环境，又能适应任何模拟通信环境。同时，我们可以利用先进的光纤传输技术及VOIP网络技术进行智能组网。数字程控调度系统还应具备的其他功能包括办公管理、计费管理、话务管理、调度用户操作等功能。数字程控调度通信系统一般由系统主机、系统调度部分、数字录音部分、计费管理系统、用户终端和维护终端组成，其中调度主机、调度台及维护终端是系统的基本组成部分，如图1-2-1所示。图1-2-1 数字程控调度通信系统墓本组成1、系统主机调度主机可以实现所有呼叫功能、交换功能、调度功能及组网功能，同时可根据用户需求采用不同的配置。调度主机可实现调度用户和行政用
36、户两网合一，以充分利用资源。调度主机配置如下：(1) CPU(主控板)。主要由微处理器、控制单元、交换网络、打印口、串行通信接口等组成，是整机的中心控制部件。(2) DID/DTMF(音频直拨板)。由信号音及双音频接口等组成，能产生各种信号音，有语音信箱和音乐电路。(3) TRK(环路中继板)。由环路中继接口电路、PCM编解码电路和控制电路等组成，环路中继板互相通用。(4) EXT(环路用户板)。由提机挂机检测电路、振铃电路、PCM编解码电路和控制电路等组成，规格统一并能互相替换。(5) MOT(母板)。系统所有电路板之间的内部连接及与配线架的外部连接均由母板完成，母板是板与板的总线接口。(6
37、) POWER(电源机箱)。由一次电源和二次电源组成。一次电源将交流220V转换成直流48 V，二次电源将直流48 V转换成5V直流电源和AC75V交流电源，供铃流模块使用。 另外根据配置要求，还可选配PCM中继板、EM中继板、载波中继板、DC/DC板与网管模块板。2、系统调度部分调度员可以通过调度台观察所有调度用户的实时状态，进行调度操作。调度台通过设置按键与被叫号码相对应，使调度台呼叫做到一键到位。调度台分为触摸屏操作台和键操台2种，键操作台根据用户需求可分64键、128键、256键、512键等多种可选。调度台一般需要具有中文来电显示、用户按键指示等功能。3、数字录音系统数字录音系统可对整
38、个数字调度机系统的任何调度总机或分机进行录音、回放、刻录备份、统计、查询、打印等。4、矿用本质安全抗噪声用户分机其主要功能包括拨分机及外线、呼叫调度台、自查本机号码和时间以及电话会议等。5、维护终端用户可以通过本地LAN（局域网）进行终端维护、话费查询等各种操作，也可以通过Internet，进行远程维护与话费查询，还可通过E1时隙、有线和无线Modem进行远程网管。维护终端具有实时故障自动诊断和故障定位功能，要求公共设备定位到板，用户和中继板定位到具体电路；具有告警信息报告功能，存储于系统中。通过维护终端可显示并在线设置或修改系统所有数据（包括系统数据、用户数据、中继数据以及其他必要的参数），
39、可在线升级CPU主程序，具有话务统计、呼叫记录功能。6、配套产品配套产品包括安全耦合器、矿用隔爆兼本安型综合接入网关。矿用隔爆兼本安型综合接入网关是一种适用于矿井专网建设的智能化通信设备。该设备采用插卡式结构，配置灵活，主要为用户提供语音、数据、视颇等多业务的全面接人、交叉复用和传送等服务，是煤矿提供多用户业务接入和复用的完整解决方案。2.1.2 网络调度通信系统在信息化高速发展的时代，全球几乎所有企业的运作都越来越依赖于信息网络，包括电话网络、Internet网络等。随着Internet网络带宽的增加，电信网络的IP化，企业对各种增值应用需求的增加，出现了各种网络调度通信系统，将全套的语音、
40、数据、互联网服务和丰富的增值业务应用整合到单个系统中，以模块化的形式提供厂矿企业所需的各种功能，满足不同用户的需求。网络调度通信系统融合了IP通信、多种数据业务和丰富的增值业务，既支持模拟电话接人，也支持IP电话接入，及IAD网关设备的接人。它具有体积小、灵活性强、可靠性高、功能完善、维护方便等优点。2.1.2.1 网络IP电话的基本标准网络IP电话有H.323协议和SIP协议2种基本标准。1、H.323协议H.323标准提供了基于IP网络（包括Internet）的声音、视频和数据传送的基本标准，它是一个框架协议，与之相关的有传输、控制及视频压缩等标准。H.323定义了网络传输系统中的4种基本
41、的构成单元：终端(Terminal )、网关(Gateway )、网闸( Gatekeeper）和多点控制单元(MCU，Multipoint Control Unit)。终端：终端指IP网络上的客户终端，终端必须支持声音传送，可选择支持视频和数据传送。同时，H.323定义了能传送的声音标准（G.711，G.723和G.729等）及其互操作的实现。H.323终端支持通信控制协议H.245和呼叫控制协议Q.931，还包含和Gatekeeper进行通信的RAS (Registration/Admission/Status）协议模块，并支持RTP/RTCP，以进行声音和视频的打包传送。网关：网关主要提
42、供H.323会议终端与其余的ITU-T系列终端（如ISDN H.320终端）间的互联接口。主要包括传输格式的转换（如H.225.0到H.221）、通信控制过程的转换（如H.245到H.242），完成音视频格式的转换和呼叫建立。因此，建立异种网络间的通话（如PSTN到Internet）需要网关，其他情况下网关可以省略。网闸：网闸主要提供地址翻译、访问控制、带宽控制和区域管理等功能。2、SIP协议SIP是 IETF制订的多媒体通信系统框架协议之一，是用于建立、改变或者结束多媒体会话的应用层协议。SIP协议基于文本编码，独立于UDP/TCP底层传输协议，与RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS等
43、协议配合实现Voice、Video、Conference、Data、Chat等各种业务流程。SIP协议采用Client/Server模型。SIP组网中的SIP Server 由用户代理（User Agent）、代理服务器（Proxy Serve）以及Location Server、Registrar、Redirect Server等组成。H.323沿用的是传统的电话信令模式，比较成熟。H.323符合通信领域传统的设计思想，便于进行集中、层次控制，采用H.323协议便于与传统的电话网相连。SIP协议借鉴了Internet其他的标准和协议的设计思想，在风格上遵循Internet一贯坚持的简练、开放
44、、兼容和可扩展等原则。2.1.2.2 功能要求煤矿综合自动化系统中语音用户量不大，在能实现一般调度电话的各种功能的基础上，还需要满足以下特殊要求：(1) 能将扩音电话纳入网络电话统一管理与交换。(2) 实现移动通信与调度电话互拨。(3) 支持全面的传统语音和IP语音网络连接。(4) VOIP支持IP语音压缩，实现传统电路语音和IP语音之间的转换和互通。(5) 支持IP中继，可与外部IP语音网络互联或通过广域IP网将多个分支点组成一个统一系统，实现远程无缝通信。(6) IP分机支持基于H.232和SIP的IP电话软硬终端和各类IAD，在一个网络上传递语音和数据，易于电话迁移、增加和变更。(7)
45、高质量的IP语音支持语音优先标记(TOS)、动态抖动缓冲区(Jitter Buffer)、语音侦测(VAD)及舒适背景噪声生成(CNG)，Diffserv等语音质量保障技术，确保IP语音通话质量。(8) 采用工业以太环网的网络传输结构，解决传输集成的问题。目前，IP电话还处于应用的初期，可以实现与调度电话的互通。当煤矿IP电话网络管理软件改进与丰富后，IP电话将完全可以取代现有的调度交换机，实现调度电话IP化。2.1.2.3 IP电话对传输网络的要求IP语音相对于普通数据业务存在以下差异：(1) VOIP应用对网络延迟性要求极高。当不同语音帧的延迟时间存在差异时，会导致实时服务发生问题。例如，
46、VOIP应用中的延迟差异会降低语音质量，在线路上会产生爆裂声/嘶啦声，长的延迟也会降低以太网的服务质量。(2) VOIP应用对网络传输品质要求也特别高。语音业务属于实时业务，在实时应用中，大量的帧丢失会迅速降低服务质量。因为在实时应用中没有重发，如果不对帧丢失加以控制，这些服务很快就会变得无法使用。(3) VOIP不允许数据帧有过多的抖动。数据包抖动是另一个关键的VOIP以太网指标，因为过多的抖动会导致VOIP或视频流等实时应用出现重大故障。在VOIP应用中，过多抖动会导致中断；在视频应用中，会导致图像起伏不定和像素失真。(4) VOIP需要以太网有足够的质量保障机制。以太网的原理是一个“尽力而为”和“贪婪型”网络。所谓“贪婪型”网络，是指网络中传输的所有应用都尽可能地占用最大资源，如果网络中承载着语音、视频、数据等混合业务，那么别的业务数据会与语音数据争抢带宽，从而可能造成对VOIP应用的干扰。IEEE组织针对以太网在这方面的不足发布了IEEE802.1p (QUS)标准，用于服务质量控制。IEEE802. l p允许将时间敏感的数据提至队列的头部以减少延时和抖动，从而保证这些应用的正常运行。综上所述，VOIP对传输网络的要求非常高，承载VOIP的网络必须保证高带宽、高可靠性、低延迟、无抖动、极少丢帧甚至不丢帧，并且还必须具备