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美國邦納工程國際有限公司上海代表處
前言：
在我國的能源工業(yè)中，礦資源占我國一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中的70％左右，預計到2050年還將占50％以上。因此，礦業(yè)在相當長的時期內(nèi)仍將是我國的主要能源。而在中國的經(jīng)濟中礦業(yè)主要指我國的煤礦產(chǎn)品。當前，我國經(jīng)濟的快速增長，對煤炭工業(yè)發(fā)展提出了更高的要求。目前煤礦的開采中安全事故時有發(fā)生，因此在煤碳產(chǎn)業(yè)中，安全控制，安全生產(chǎn)成為產(chǎn)業(yè)鏈中重要的輔助環(huán)節(jié)，從而確保煤炭工業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。
煤礦開礦過程中存在的安全隱患：
我國煤層自然賦存條件復雜多變，影響煤礦安全生產(chǎn)的因素多，是造成事故的客觀因素。煤礦開采的煤層大多瓦斯含量大、透氣性低且 地質(zhì)構(gòu)造復雜，不易在開采前抽放瓦斯，但在采掘時，瓦斯放散量大，再加上開采煤層地質(zhì)條件復雜和開采規(guī)模的擴大、開采集約化程度的提高，導致采動誘發(fā)的應力場、煤巖體裂隙場及瓦斯流動場的變化更加復雜多變，在一定條件下，容易誘發(fā)煤與瓦斯突出和瓦斯的突然涌出現(xiàn)象，造成瓦斯事故。地質(zhì)的復雜可能帶來諸多問題上，特別是周圍地下水滲水帶來的問題，時刻危脅著開礦人員的安全。
傳感器在現(xiàn)代礦業(yè)上的應用：
為及時了解掌握礦山地下采礦活動，提高礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)水平，需要地面人員及時快速的得到礦井里的溫度、滲出的水位、有毒氣體等信息，自動化工業(yè)控制技術得到了廣泛的利用，利用現(xiàn)代化的通訊傳輸工具和檢測工具可以實時得到礦井內(nèi)各種不同的數(shù)據(jù)。例如利用超聲波傳感器測量水位，借助氣體傳感器檢測瓦斯含量，采用溫度傳感器檢測溫度等等，通過這些工具可以在煤礦開采實施中進行時效具必須的控制。由于礦場占地面積大，地形復雜，需要企業(yè)耗時耗力的解決布線及現(xiàn)場的環(huán)境等問題，這里向大家介紹是利用最新基于跳頻擴頻技術（FHSS）的邦納無線傳感器系統(tǒng)，上述所提到的問題迎刃而解。
邦納無線網(wǎng)絡系統(tǒng)成為礦場上的電子眼：
（圖1）無線網(wǎng)絡的產(chǎn)品DX70征對于煤碳礦場所實施的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
（圖2）安裝于礦井超聲波傳感器和無線網(wǎng)絡的產(chǎn)品
由邦納的QT50U超聲波傳感器和DX70無線網(wǎng)絡產(chǎn)品組成了井下采掘自動監(jiān)控系統(tǒng)，通過液位傳感器（QT50U）檢測當前井底的水池液位，遠程將數(shù)據(jù)準備的傳給在井口無線傳感器節(jié)點，再由加裝DATA RADIO裝置的信號中繼，最終將數(shù)據(jù)傳送到中央控制室，控制室做判斷，決定是否需要啟動水泵往水池內(nèi)抽水。這種煤礦礦井的移動泵站控制技術集數(shù)據(jù)實時動態(tài)顯示、傳感器技術、日常監(jiān)督管理為一體，可以有效監(jiān)控礦山井下采掘環(huán)境的變化。
不光是超聲波傳感器，邦納無線網(wǎng)絡系統(tǒng)在實際中的應用中，適用于各種已有的傳感器安裝，減少了布線距離增加的成本，解決了礦場布線障礙 (土堆, 山丘 河流…)及生產(chǎn)中斷或是在室外工作的限制，并且解決了需要耗時耗力的布線及現(xiàn)場的環(huán)境等問題。無線網(wǎng)絡產(chǎn)品成為名符其實的電子眼。
（圖3）QT50U超聲波測量水位
（圖4）配有DX70節(jié)點的礦井
（圖5）煤礦礦井的移動泵站控制
（圖6）煤礦礦井的移動泵站控制
（圖7）位于山坡頂上的控制箱—內(nèi)有Data Radio和無線傳感器網(wǎng)關
上圖是某一個中型的煤礦企業(yè)采用無線傳感器和超聲波傳感器組成的井下采掘自動監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場圖。如圖1所示，井下采掘自動監(jiān)控系統(tǒng)在超聲波傳感器和無線網(wǎng)絡產(chǎn)品的緊密結(jié)合中完美的實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控。通過數(shù)據(jù)的采集，計算機實時控制，抽水移動平臺可以自由移動到任何水位較低的水池。
邦納無線網(wǎng)絡系統(tǒng)拓撲:
無線網(wǎng)絡系統(tǒng)中網(wǎng)關作為主設備擔負著各個節(jié)點的輸入輸出間的映射關系和控制，同時與上位系統(tǒng)進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。節(jié)點負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，并發(fā)送往網(wǎng)關。節(jié)點數(shù)量可靈活配置.
圖釋：采用星型網(wǎng)絡拓撲技術， 如一個網(wǎng)關及多個節(jié)點，網(wǎng)關與各節(jié)點實行雙向通訊。
圖釋：網(wǎng)關作為主設備擔負著各個節(jié)點的輸入輸出間的映射關系和控制，同時與上位系統(tǒng)進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
支持的通訊協(xié)議有：
1. RS-485 Modbus RTU
2. Modbus TCP
3. Ethernet IP
節(jié)點負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，并發(fā)送往網(wǎng)關。節(jié)點數(shù)量可靈活配置。
邦納無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的技術參數(shù)：
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) 無線電跳頻擴頻以及Time Division Multiple Access (TDMA)時分多址控制架構(gòu)的技術結(jié)合, 抗干擾強。
無線工業(yè)級I/O 系統(tǒng), 4 路開關量I/O, 2路模擬量I/O, 連接信號丟失輸出
網(wǎng)關與節(jié)點為雙向數(shù)據(jù)傳輸, 包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?/DIV>
堅固的外殼, 防護等級為IP67
即插即用
2.4 GHz 頻率
內(nèi)建信號強度指示
內(nèi)置或外置天線可選, 天線種類繁多
超遠距離3.2 Km
總結(jié)：
近年來，礦山企業(yè)特別是煤礦企業(yè)頻頻發(fā)生重特大安全事故，造成大量人員傷亡，這已成為國家和企業(yè)的心中之痛。一個重要的原因是在防范事故上缺少高科技手段。通過安裝自動監(jiān)控的系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)事故苗頭，迅速采取有效措施，相信事故會大為減少。利用采礦自動監(jiān)控系統(tǒng)，就會及時發(fā)現(xiàn)問題，實施有效監(jiān)管理，提高安全防范。這一系統(tǒng)推廣應用后，通過自動化監(jiān)控系統(tǒng)就能在地面上隨時、動態(tài)掌握井下采掘情況，實現(xiàn)對礦山地下開采活動的有效監(jiān)督，從而促使礦山企業(yè)提高管理企業(yè)的科技水平。
附：
1．FHSS-無線電跳頻擴頻技術: 載波頻率受一個偽隨機碼的控制，在其有效工作帶寬范圍內(nèi)，按PN碼的隨機規(guī)律不斷改變，實現(xiàn)頻譜擴展。同時在接收端，接收機的頻率合成器受相同的偽隨機碼控制，并通過同步措施，保持與發(fā)射端的跳變順序一致， 最終實現(xiàn)雙向通訊。 跳頻的優(yōu)點是抗干擾性能強，相比其他單一頻率通訊方式（例如數(shù)傳電臺），一旦在某個時間點上通訊受到外界噪聲干擾，便可以主動跳變到其他頻道上繼續(xù)通訊。
2．Data Radio 是串口線的完美替代者,實現(xiàn)信號中繼，消除地形所帶來的對無線通信的影響。、
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