RB2000井下救灾通讯系统操作员使用手册.doc

国家安全生产监督管理总局矿山应急救援装备-救援设备项目
1． 概述：
南非GST公司是世界上最大的煤矿无线电通信设备生产厂家之一，迄今已有近四十年的生产历史了。它生产各种煤矿通信设备，其中70年代生产的SC100井下移动通讯系统获得了南非煤矿协会颁发的优秀设计奖。该套设备曾引进我国并安装于大同矿务局，取得了良好的使用效果。1988年该公司又推出了新一代井下移动通讯系统SC1000，并且再次获得了南非煤矿协会颁发的优秀设计奖。该产品广泛应用于南非国内各金矿、煤矿等。1995年该公司又推出了世界上最先进的SC2000井下移动通讯系统，这套系统中采用了大量的成熟技术，使系统的可靠性大为提高。目前这套系统已安装于世界上二十多个国家和地区。
另外该公司还生产其他系列的煤矿产品，如远端监控系统、瓦斯检测仪、皮带控制及通信设备、机车控制和跟踪系统、救护通信系统、罐笼监测监控和通信设备、撤离导引系统、井下BP机系统等。
RB2000井下移动救灾通讯系统，是南非GST公司研制生产的SC2000矿山井下移动通讯系统系列中专门用于灾害事故情况下的救灾通讯系统。该系统是应用于煤矿井下的新一代感应式无线通信设备。该系统是直接变换的，采用单边带技术的无线电设备。其通话质量是通过在收/发机中采用压缩扩展器来得以提高，为了抑制噪音，系统中采用了极为先进的导频抑噪技术，这样可使手机在噪音较高的电磁环境中使用且通话效果十分清晰。这套系统最大的优点在于其能够延伸到工作面进行良好的通信。该系统使用的环形天线灵敏度很高，而且能够在每次通话前进行预调频，使通话质量更为理想。
该系统中所有部件均为本质安全型，能适应于井下各种复杂的情况，特别是具有极强的救灾能力，在大多数灾害情况下能够正常运行。其简易的模块式结构，使其可以有多种灵活的配置，能够较好的满足井下各种场合和生产单位对移动通信的要求。它还可以与地面程控交换机相连，以构成全矿井的通信系统。
该系统引进到我国已有近十年的历史，早被原煤矿部安全司选为各矿务局救护大队必备的装备之一。1996年在平顶山矿务局救护大队、抚顺矿务局救护大队率先使用，效果良好。1997年3月21号在平顶山矿务局救护中心召开了原煤炭部六大救护中心救灾通讯现场演示会，来自大同矿务局、淮南矿务局等九个矿务局及其它单位的代表近四十余人对南非救灾通讯系统进行了现场试验和理论讨论。该系统以其强大的救灾能力和灵敏、简单的工作方式获得了与会代表的一致好评，并有多家代表希望能够立即装备其救护大队。几年来，该系统先后应用于澄合、六枝、平顶山、抚顺、鹤岗、淮南、郑州、吕梁地区、北京、神华以及大同等矿务局，在实际的救灾实践中发挥了极大的作用，获得了使用单位的一致好评。
2．系统介绍
2.1硬件
该救援系统由一个基站，一个远程控制装置（RCU）和若干个便携式无线电手机组成。

当井下发生事故时，基站安装在使用便携式无线电手机地点的就近安全位置。
远程控制装置安装在地面的操作室中（如调度室），并通过一对专用电线与基站连接。
建立与地面的连接后，便携式无线电接收器便可开始移动工作。
基站配有一个BC2000D电池充电器，一个十路充电器则可同时为10个便携式无线电手机充电。

2.2 感应式无线电通讯原理
SC2000矿用无线电通讯系统通过电缆和管道的感应在低频（100kHz到1MHz；救援340kHz）段工作，因为这一频段信号损失较少，且较为简单、成本低廉，该系统在需要无线电通讯的矿井巷道中使用。
距离较短时，也可进行一些直接的地下通讯。主要是通过地下短距离通讯的方式运作。
通过基站的环形天线和手机的子弹带天线与管道和电缆结构的感应，无线电信号完成了在手机与基站之间的传递。、
相对其使用频率的波长来说，这些天线的尺寸较小，从而在一定程度上影响其效率。因此，如果在没有管道或电缆的地方，便携式手机之间的通讯距离应在50米以内（以地面为例）。
而在巷道中（小直径），其通讯范围为500到800米.
通讯范围的大小与以下情况有关：巷道的尺寸；管道、电缆、铁轨的铺设状况;电噪声大小；所有便携式无线手机与电缆/管道等的距离；和管道、电缆的相对方位；地层类型等等，在此不再一一详述。
以下条件具备时，可达到最大通讯范围：
● 子弹带天线（bandolier）与管道或电缆平行
● 靠近管道和电缆
● 天线平面对着管道或电缆
● 一个终端PCB，与外部连接
● 一个连接PCB
● 一个340HzSC2000(标准)PCB
在SC2000手册中可以找到PCB装配的介绍

连接PCB（BZ0688） 的功能包括以下两点：
● 连接远程控制装置音频、PTT和SC2000无线电接收器电话听筒；
● 连接SC2000无线电接收器RF输出和环形天线以及生命线。

2.2 RB2000充电器：
RB2000充电器可以以180mA的电流和7.4V的最大电压，为6V/12Ah的电池充电。
与PCB连接，充电器可在110Vac或200Vac状态下工作。（注：在打开充电器前不要接通主要的连接！）
指示灯可以显示电池充电状况。
● 红灯=正在充电
● 绿灯=电池充满

如果电池完全放电（<5.5 ）,充电时间需要3天。（注：最好不要以低于5V的电压为电池充电；否则很难再次充电）
2.3．环形天线
与基站配合使用的SC2070环形天线是由8米的双层同轴屏蔽电缆组成一个2*2米的环。
在使用频率范围内，该环是感应式的，且随着环状天线阻抗电容器和组合电路元件系统的变化而变化，系统通过一个小的氧化变压器将闭路输入变为50Ohm。该转换和连接电路
设置在防水外壳内。

该环靠着管道或电缆安装，在其底部有一个结点盒。该环安装（用塑料线卷或绳卷，不是电缆）在结点位置如果情况允许，尽量装在中心位置。
结点盒用绳索系在管道上，这样可以根据情况灵活升降。

用无线电和天线取得联系，应注意环的感应与其范围有关；天线应预先与结点盒连接。为达到最好的使用效果，可根据情况增加或减少环的范围。
打开基站的对讲按钮后，可以通过控制设在基站的RF无线电监听器信号灯来确定最适合的波长点。

2.4．生命线
生命线由一条阻抗约130Ohm的双芯软电缆组成。电缆的终端接在与便携式无线电接收器相连的生命线结合器上。
2.5．远程控制装置

3．设备介绍：

3.1 ．RB2000基站
RB2000救援基站为不锈钢外壳，由以下部件组成
● 一个防水箱体，内装无线电收发器
● 一个电话听筒
● 一个扬声器
● 一块本安电池（6V/12Ah）

有三对端子可与远程控制装置﹑生命线﹑和环形天线连接。这些端子安装在基站的正面，且有很好的保护，连接非常容易。
电池为铅酸型，在正常操作情况下，可为无线电手机持续供电一周以上。
3.2 ．BS2000充电器：
RB2000充电器可以以180mA的电流和7.4V的最大电压，为6V/12Ah的电池充电。
与PCB连接，充电器可在110Vac或200Vac状态下工作。（注意：在打开充电器前应断开主连接！）
发光二级管指示灯可以显示电池充电状况。
● 红灯=正在充电
● 绿灯=充电完成
为了调谐（高Q值）天线，必须记住环形天线的电感的大小取决于它所环成的面积；
通过使连结盒与顶端天线的距离为50cm来进行预调。为达到最好的使用效果，可根据情况增加或减少环的面积/电感大小。
按压基站中的手柄电话上的PTT按钮，通过观测基站上的RF（射频）电流指示灯的颜色可以确定最佳调谐点（环形天线中的最大射频电流）。

3.4生命线
生命线由一条阻抗约130Ohm的双芯软电缆组成。电缆的终端接在与便携式无线电手机相连的生命线适配器上。
电缆长度一般不超过1千米。
3.5远程控制装置（RCU3000）
3.5.1功能
在救援系统进行配置时，远程控制装置应通过专线与RB2000救援基站连接并安装在控制室内。这条专线可以是多芯电缆应通过一个内置隔离栅与外部装置相连。这也意味着应该RCU背面外壳的端子上接一个低阻地线。
3.5.2.安装
按如下过程安装RCU：
◆ 通过4mm2线连接低阻地线；
◆ 连通RB2000救灾基站；
◆ 主机接220V电压
◆ 将主机后的开关调至ON
◆ 将面板上的旋钮旋至ON
此时RCU就可以开始工作了。
注意事项；在按住呼叫键或PTT键时，ON/OFF开关上的LED为绿，说明线路正常。
在接收信号的时候（或等待接收时），LED为红色，说明这条线上的状况不明。
开关右侧的LED为绿色说明电池（内置）已充好电。
3.5.3.操作
按以下程序操作RCU：
◆ 按住手柄电话上的PTT键呼叫基站，直接通过麦克风交谈；
◆ 调整音量控制电位计调整合适的音量大小；
◆ 在前面板底部的呼叫键用来引起井下救护人员的注意。
电源- 远端控制装置（RCU）工作电压为110Vac或220Vac（调整PCB板上的跨接线）。它内置一个6V的密封铅酸电池作为备用电源。
连接- 远端控制装置通过一对双芯电线（电话线）与基站连接。电话线的一端与RCU后面的两个端子连接，另一端和救援基站前面板上的两个端子连接。这种连接的距离可达10公里。
多达十个RCU都可以同时并行地连接在同一个基站上。
通话-按下电话听筒内侧的 按钮 （PTT），可打开语言信号传递到无线电手机的通路，并同时通过电话听筒上的麦克风讲话。
按压PTT按钮时，RCU将一个10V的直流电压送到音频线上，以触发基站工作。
音量-RCU具有内置自动增益控制装置，可将所有接收到的音频信号提升到同一电平。可使用音量旋钮调节合适的声音大小。
铃声- 按下RCU底部的按钮，可发出告警音，用来引起无线电手机使用者的注意。
3.5.4 技术规格
主电压： 220V+/-10%(内置跳线)
110V+/-10%(内置跳线)
主保险： 250mA 熔断（220V）
500 mA熔断 (110V)
内置电池： 6V1.2Ah密封铅酸电池
充电电流： 200 mA (关机)
160 mA（开机）
电池工作时间：24小时（充满状态）
使用时直流输出：4 mA电流时，最大电压 +/-5V（按下PTT或呼叫状态）
使用时交流输出：一般2Vpp
灵敏度： 一般小于200mVpp
最大线路环阻：1000Ohms
输出线保护：内置隔离栅
指示器：
线路电阻LED：绿色：线路正常
橙色：线路开路
红色：线路短路
电源LED： 绿色：主电源连接，电池正常
橙色：电池正常，主电源切断
红色：电池电量低
温度范围： 0℃至40℃
3.5.5 电缆规格
电缆每千米电阻如下（铜缆）：
电缆面积（mm2）
电阻（Ohm）
2.5
13.8
1.5
23
1.23
28
1.0
34.4
0.75
46
0.5
69
0.43
80

在RCU3000线路监控正常操作时，最大电阻值为1000Ohms.

设备配置
4.1基站
基站通常设在安全的有新鲜空气的地方，尽量靠近将要使用便携式无线电手机的地方。
基站布置如下：
● 打开电池盒，装好电池
● 按下“call”按钮；将会听到发出声音
● 打开放置电话听筒的盒子，并按下听筒上的PTT旋钮
● 通过麦克风讲话时会听到声音发出，松开PTT按钮时会听到（消息终止）短促的清脆的短音
4.2环形天线
环形天线安装图表所示与管道与电缆连接。建立连接后，按下基站手柄电话的PTT按钮监视无线手机上的调谐指示器。
提升环形天线的中心点（在连接盒上），直到调谐指示灯完全变红，用绳索将天线在该位置固定。
4.3生命线
生命线通常由双芯电缆组成，它的一个作用是使救护队员在充满烟雾的巷道中能顺利返回到基站。
生命线的一端与基站前面板的端子相连，从而加强基站与救护队员之间两端的通讯。
生命线的另一端连接在与便携式无线电手机天线（bandolier）相连的生命线适配器的生命系统仍可正常工作。
4.4远程控制装置
远程控制装置在地面控制室中使用，但它不是本质安全型的。
该装置使用110V或220V电压（可通过PCB设置内部电压）。
通过远程音频电缆连接在RB2000基站上。该电缆应该是无源的。
4.5 BC2000充电器
BC2000铅酸电池充电器不是本质安全型的，应在地面使用。
该装置使用110V或220V电压（可通过PCB设置内部电压）。将电池正确放入充电器中。电池（在完全放电情况下）充满电需3天时间。
4.6系统测试
天线与生命线建立连接，并通过音频延伸至地面与远程控制装置相连，此时，线路正常工作。
用一个便携式无线电手机，与基站之间进行通讯。通过远程控制装置与便携式无线电手机进行联系。
为了测试便携式无线电手机是否能正常运作，可将该手机远离（天线、生命线、管道、电缆等）地下铺设结构，与基站进行通讯。手机应可以同样接受到来自其他手机的信号。
4.7为什么选用单频？
一个设备操作简易和高冗余度对于矿山救灾的环境来说的是非常重要的。但是这个规侧却不使用于使用中继器的情形：因为如果中继器出现故障，将导致整个系统无法使用，减少中继器增加可靠性。
而一个单频系统：
易于配置和操作；
高冗余水平（一个手机相当于一个中继器）；
能使距离基站800米处救护队员中继来自1.6千米处的救护队员的信息（相当于RB2000基站与1600米的SC2000 手机直线）

故障查找
如果该系统或系统的任何一部分不能正常工作时，应首先检查电池，电池的终端电压应该为7V左右。
如果电池正常，检查系统是否有任何物理损害，并保证所有连接端子连接正常。
如果远程控制装置与基站通讯正常，但无法与便携式无线电接手机进行通讯，检查音频线电路是否断路或短路。另外，检查远程控制装置到基站PTT的电压（从RCU到PTT需要10V的电压）。

建议配备表
6.1 基站
每两个基站，应配备：
● 1个6V/12Ah本安电池
● 1个电话听筒
6.2 SC2000
每10个便携式无线电手机，应配备：
● 2个扬声器
● 2个内置麦克风
● 2套麦克风组件
● 2套bandolier（子弹带）组件
6.3 SC2000电池
每20个便携式无线电手机，应配备
● 4个电池
● 12个电池触点
6.4 充电器
每2个充电器，应配备：
● 1个保险丝
● 4个电池盒

技术规格
7．1 RB2000基站

7．1．1（主要）电气参数：
- 频率： 340kHz
- 频率稳定度：+/-10ppm
- 调制： SSB(LSB)
- 电源： 5.6V到7.4V(6V本安电池)
- LED指示灯： 橙色=可用供电
绿色=信号加强
红色=输出电压
- 远程控制接口：输出：1.5Vpp(通常)
输入：200mVpp(最小)
- 音频处理： 压缩扩展器
- 干扰边带抑制：不小于20dB
- 载波抑制： 不小于30 dB

7．1．2发射机：
- 输出电压： 640mWpep(最大)，通常250mW
- 灵敏度（电话听筒）：150mV
- IMD(互调失真度)：不小于30dB
- 呼叫音频率： 1800Hz
- 最大电源电流：350mA

7.1.3接收机：
- 信噪比 1uV输入时，不小于10db
- 灵敏度： 1uV输入时，产生不小于300mW的音频信号
- AGC（自动控制增益）：输入变化为1uV到1mV时，
- 音频变化不小于10dB
-选择性： 300Hz到2800Hz
-音频输出： 1mV输入时，400mW(最大)，通常200mW
-电源电流： 40mA(无信号)
200mA（有音频输出）
7.1.4机械参数：
-RB2000基站重量（不含电池）：7.58Kg
-电池重量 2.0 Kg
-BC2000充电器重量： 1. 66 Kg
7.1.5环境参数：
-储存温度： -20℃到+60℃
-工作温度： 0℃到＞40℃
-相对湿度： ＜96%
-大气压： 80到110Kpa
-保护： IP54(主外壳) / IP66（电子器件）
-振动试验： 10-＞150Hz在5G下
7.1.6天线输出：
提供两种输出：
● SC2070环形天线使用同轴电缆输出；
● 生命线上的端子；该输出通过一个能产生130Ohm阻抗的电阻器与同轴电缆输出相连。
7.2 BC2000充电器
-输入电压：110V/220V
-输出电压：7.4V+/-0.05V
-输出电流: 400mA+/-40mA
-保护： 输出变极性

7.3环形天线
-天线面积： 4㎡(最大)
-输入阻抗： 50Ohm

7．4远程控制装置RCU2000

-电源电压：220V+/-10%(内部跳接)
- 110V+/-10%(内部跳接)
- 电源保险：250mA 熔断（220V）
- 500 mA 熔断（110V）
- 内置电池： 6V1.2Ah密封铅酸电池
- 充电电流： 200 mA（关机）
- 160 mA（开机）
- 电池工作时间：24小时（充满状态）
- 使用时直流输出：4 mA电流时，最大电压+/-5V(按下PTT或呼叫状态)
- 使用时交流输出：一般2Vpp
- 灵敏度： 一般小于200 mVpp
- 最大线路环阻：1000Ohms
- 输出线保护： 内置隔离栅
- 指示器：
- 线路电阻LED： 绿色:线路正常
- 橙色：线路开路
- 红色：线路短路
- 电源LED： 绿色：主电源连接，电池正常
- 橙色：电池正常，主电源切断
- 红色：电池电量低
- 温度范围： 0℃至40℃

8. 附件

8.1电缆参数
当在I.S.（本安）系统中使用电缆时，应注意考虑以下参数：
电缆种类
C/meter
(pF)
L环/m
(uH)
Zo
(Ohm)
R环/m
(mOhm)
L/r
（uH/Ohm）

8芯线（0.5mm2）
103
0.65
79
75.2
8.6

橙线（1mm2）
112
0.55
70
37.8
14.6

黄线（0.75mm2）
152
0.59
62
50.2
11.8
黄线(1.5mm2)
183
0.58
56
25
23.2

绿线（0.75mm2）
131
0.62
69
50.2
12.4
绿线（2.5mm2）
124
0.48
62
15
32

双芯头灯
187
0.77
64
54.9
14.0

以I.S.设备为基础的电缆，这些设备如PSU（电源）、对讲机、传感器和遥测计等，在它们的I.S.标签上的应标有所允许的最大的：C（电容）、L（电感）和L/r（品质因数）
C 是在2米的（终端开路）电缆上测量的出的；
L 是在2米的（短路）电缆上测量得出的
r 是标准SABS（南非国家标准局）值；
Zo 是根据公式计算得出的Zo=(L/C)1/2。

8.2缩写
ABS 丁二烯-苯乙烯
AGC 自动增益控制
AH 安培-小时
ALC 自动电平控制
AM 条幅
ATP 接受测试过程
B.I.T.E. 建立测试设备
C 电容
OC 摄氏度
CSS 运输通讯系统
CLK 计时器
CS 集成电路（片）选择
CMOS 金属氧化物半导体
Cv 可变电容
D 二极管
dB 分贝
dBm 在特性阻抗为50，功率为1mW时的分贝植
DC 直流电压
DTMF 双音多频
ECU 扩大控制装置
EEPROM 可擦除电子程序只读存储器
Emf 电动机
FO 载频
FSK 频率变换调制
GST 格林泰克系统技术
Hz 赫兹
IBA 独立无线电许可
IC 集成电路
I2Cbus 内置IC母线
I/O 输入/输出
IMD 中频调制失真
IP 进入保护
Irf RF电流
IRO 中断请求
I.S. 本质安全
ISB 独立边带
ISO 国际标准化组织
IST 感应式罐笼通讯系统
Kg 千克
KHz 千赫兹
Km 千米
L 电感
L/C 负载电池
LCD 液晶显示
LED 发光二极管1
LF 低频1
LK 连接
LPF 低通滤波器
LS 扬声器1
LSB 下边带
LWA 长线天线
m 米
mA 毫安
MF 中频
mH 毫亨
Mic 麦克风
mm 毫米
ms 毫秒
MTBF 平均故障间隔时间
mV 毫伏
mVpp 毫伏(峰值到峰值)
mW 毫瓦
MW 中波
N/u 不使用
O/L 延展
opt 可选
PA 功率放大器
PC 计算机
PCB 印刷电路板
Pd 发送到输入终端
Pep 峰包络功率
pF 皮法
ppmm 百万分之
PSU 电源设备
PTT 对讲按钮
PVC 聚氯乙烯
PWM 脉宽调制
Q 品质因数
R 电阻
RAM 随机存储器
RCU 远程控制装置
RF 射频频率
RI 断电器
Rs 串联电阻
RSSI 相对信号强度指示器
Rv 可变电阻
RX 接收
RXD 接收数据
SMD 表面贴装元件
SMS 罐笼监视系统
SSB 单边带
SSTV 慢速扫描电视
TX 发射
TXD 发送数据
TP 测试点
U/L 置于下面
USB 上边带
UWSB 干扰边带
UV 微伏
V 伏特
Vin 输入电压
Vout 输出电压

Vpp 伏特
Vrms 均方根电压
VSWR 电压驻波比
W 瓦特
X/Z X/Z 方向
X-head 交叉点

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