邦納DX70無線網絡系統－礦場上的電子眼

前言：

在我國的能源工業中，礦資源占我國一次能源生產和消費結構中的70％左右，預計到2050年還將占50％以上。因此，礦業在相當長的時期內仍將是我國的主要能源。而在中國的經濟中礦業主要指我國的煤礦產品。當前，我國經濟的快速增長，對煤炭工業發展提出了更高的要求。目前煤礦的開采中安全事故時有發生，因此在煤碳產業中，安全控制，安全生產成為產業鏈中重要的輔助環節，從而確保煤炭工業持續、穩定、健康發展。

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、透氣性低且地質構造復雜，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條件復雜和開采規模的擴大、開采集約化程度的提高，導致采動誘發的應力場、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，容易誘發煤與瓦斯突出和瓦斯的突然涌出現象，造成瓦斯事故。地質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。

傳感器在現代礦業上的應用：
為及時了解掌握礦山地下采礦活動，提高礦山企業的安全生產水平，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，自動化工業控制技術得到了廣泛的利用，利用現代化的通訊傳輸工具和檢測工具可以實時得到礦井內各種不同的數據。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，需要企業耗時耗力的解決布線及現場的環境等問題，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，上述所提到的問題迎刃而解。

邦納無線網絡系統成為礦場上的電子眼：

無線網絡的產品DX70系統結構圖

安裝于礦井超聲波傳感器和無線網絡的產品

由邦納的QT50U超聲波傳感器和DX70無線網絡的產品組成了井下采掘自動監控系統，通過液位傳感器（QT50U）檢測當前井底的水池液位，遠程將數據準備的傳給在井口無線傳感器節點，再由加裝DATA RADIO裝置的信號中繼，最終將數據傳送到中央控制室，控制室做判斷，決定是否需要啟動水泵往水池內抽水。這種煤礦礦井的移動泵站控制技術集數據實時動態顯示、傳感器技術、日常監督管理為一體，可以有效監控礦山井下采掘環境的變化。

不光是超聲波傳感器，邦納無線網絡系統在實際中的應用中，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場的環境等問題。無線網絡產品成為名符其實的電子眼。

圖1是邦納無線網絡系統DX70征對于煤碳礦場所實施的系統結構圖

（圖3）QT50U超聲波測量水位

（圖4）配有DX70節點的礦井

（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-內有Data Radio和無線傳感器網關
上圖是某一個中型的煤礦企業采用無線傳感器和超聲波傳感器組成的井下采掘自動監控系統的現場圖，圖3是安裝了QT50U超聲波的測量儀，圖4是在該井口裝有DX70節點的無線傳感器，圖5、圖6是煤礦礦井的移動泵站，圖7是裝有Data Radio和無線傳感器網關的位于附近山坡頂的控制箱。如圖1所示，井下采掘自動監控系統在超聲波傳感器和無線網絡產品的緊密結合中完美的實現了遠程數據采集和實時監控。通過數據的采集，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。
邦納無線網絡系統拓撲:
無線網絡系統網關作為主設備擔負著各個節點的輸入輸出間的映射關系和控制，同時與上位系統進行通訊，實現數據交換。節點負責現場數據的采集，并發送往網關。節點數量可靈活配置.

采用星型網絡拓撲技術， 如一個網關及15個節點，網關與各節點實行雙向通訊。


網關作為主設備擔負著各個節點的輸入輸出間的映射關系和控制，同時與上位系統進行通訊，實現數據交換。

支持的通訊協議有：
1. RS-485 Modbus RTU
2. Modbus TCP
3. Ethernet IP
節點負責現場數據的采集，并發送往網關。節點數量可靈活配置。

邦納無線網絡系統的技術參數：
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) 無線電跳頻擴頻以及Time Division Multiple Access (TDMA)時分多址控制架構的技術結合, 抗干擾強。
無線工業級I/O 系統, 4 路開關量I/O, 2路模擬量I/O, 連接信號丟失輸出
網關與節點為雙向數據傳輸, 包括數據傳輸的應答
堅固的外殼, 防護等級為IP67
即插即用
2.4 GHz 頻率
內建信號強度指示
內置或外置天線可選, 天線種類繁多
超遠距離3.2 Km
總結：
近年來，礦山企業特別是煤礦企業頻頻發生重特大安全事故，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。通過安裝自動監控的系統，及時發現事故苗頭，迅速采取有效措施，相信事故會大為減少。利用采礦自動監控系統，就會及時發現問題，實施有效監管理，提高安全防范。這一系統推廣應用后，通過自動化監控系統就能在地面上隨時、動態掌握井下采掘情況，實現對礦山地下開采活動的有效監督，從而促使礦山企業提高管理企業的科技水平。

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，按PN碼的隨機規律不斷改變，實現頻譜擴展。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，保持與發射端的跳變順序一致， 最終實現雙向通訊。 跳頻的優點是抗干擾性能強，相比其他單一頻率通訊方式（例如數傳電臺），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通訊。
2．Data Radio 是串口線的完美替代者,實現信號中繼，消除地形所帶來的對無線通信的影響。
3．DX70無線網絡系統接線圖