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美國(guó)邦納工程國(guó)際有限公司上海代表處
前言：
在我國(guó)的能源工業(yè)中，礦資源占我國(guó)一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的70％左右，預(yù)計(jì)到2050年還將占50％以上。因此，礦業(yè)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍將是我國(guó)的主要能源。而在中國(guó)的經(jīng)濟(jì)中礦業(yè)主要指我國(guó)的煤礦產(chǎn)品。當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，對(duì)煤炭工業(yè)發(fā)展提出了更高的要求。目前煤礦的開(kāi)采中安全事故時(shí)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(kāi)礦過(guò)程中存在的安全隱患：
我國(guó)煤層自然賦存條件復(fù)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(kāi)采的煤層大多瓦斯含量大、透氣性低且 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，不易在開(kāi)采前抽放瓦斯，但在采掘時(shí)，瓦斯放散量大，再加上開(kāi)采煤層地質(zhì)條件復(fù)雜和開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大、開(kāi)采集約化程度的提高，導(dǎo)致采動(dòng)誘發(fā)的應(yīng)力場(chǎng)、煤巖體裂隙場(chǎng)及瓦斯流動(dòng)場(chǎng)的變化更加復(fù)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(fù)雜可能帶來(lái)諸多問(wèn)題上，特別是周?chē)叵滤疂B水帶來(lái)的問(wèn)題，時(shí)刻危脅著開(kāi)礦人員的安全。
傳感器在現(xiàn)代礦業(yè)上的應(yīng)用：
為及時(shí)了解掌握礦山地下采礦活動(dòng)，提高礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)水平，需要地面人員及時(shí)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(dòng)化工業(yè)控制技術(shù)得到了廣泛的利用，利用現(xiàn)代化的通訊傳輸工具和檢測(cè)工具可以實(shí)時(shí)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(cè)量水位，借助氣體傳感器檢測(cè)瓦斯含量，采用溫度傳感器檢測(cè)溫度等等，通過(guò)這些工具可以在煤礦開(kāi)采實(shí)施中進(jìn)行時(shí)效具必須的控制。由于礦場(chǎng)占地面積大，地形復(fù)雜，需要企業(yè)耗時(shí)耗力的解決布線(xiàn)及現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境等問(wèn)題，這里向大家介紹是利用最新基于跳頻擴(kuò)頻技術(shù)（FHSS）的邦納無(wú)線(xiàn)傳感器系統(tǒng)，上述所提到的問(wèn)題迎刃而解。
邦納無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成為礦場(chǎng)上的電子眼：
（圖1）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品DX70征對(duì)于煤碳礦場(chǎng)所實(shí)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品
由邦納的QT50U超聲波傳感器和DX70無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品組成了井下采掘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)液位傳感器（QT50U）檢測(cè)當(dāng)前井底的水池液位，遠(yuǎn)程將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的傳給在井口無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，再由加裝DATA RADIO裝置的信號(hào)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(dòng)水泵往水池內(nèi)抽水。這種煤礦礦井的移動(dòng)泵站控制技術(shù)集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示、傳感器技術(shù)、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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用中，適用于各種已有的傳感器安裝，減少了布線(xiàn)距離增加的成本，解決了礦場(chǎng)布線(xiàn)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(shí)耗力的布線(xiàn)及現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境等問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品成為名符其實(shí)的電子眼。
（圖3）QT50U超聲波測(cè)量水位
（圖4）配有DX70節(jié)點(diǎn)的礦井
（圖5）煤礦礦井的移動(dòng)泵站控制
（圖6）煤礦礦井的移動(dòng)泵站控制
（圖7）位于山坡頂上的控制箱—內(nèi)有Data Radio和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)關(guān)
上圖是某一個(gè)中型的煤礦企業(yè)采用無(wú)線(xiàn)傳感器和超聲波傳感器組成的井下采掘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)圖。如圖1所示，井下采掘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在超聲波傳感器和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的緊密結(jié)合中完美的實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)數(shù)據(jù)的采集，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，抽水移動(dòng)平臺(tái)可以自由移動(dòng)到任何水位較低的水池。
邦納無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)?/B>:
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)作為主設(shè)備擔(dān)負(fù)著各個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入輸出間的映射關(guān)系和控制，同時(shí)與上位系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，并發(fā)送往網(wǎng)關(guān)。節(jié)點(diǎn)數(shù)量可靈活配置.
圖釋?zhuān)翰捎眯切途W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)， 如一個(gè)網(wǎng)關(guān)及多個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)與各節(jié)點(diǎn)實(shí)行雙向通訊。
圖釋?zhuān)壕W(wǎng)關(guān)作為主設(shè)備擔(dān)負(fù)著各個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入輸出間的映射關(guān)系和控制，同時(shí)與上位系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)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(diǎn)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，并發(fā)送往網(wǎng)關(guān)。節(jié)點(diǎn)數(shù)量可靈活配置。
邦納無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)：
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) 無(wú)線(xiàn)電跳頻擴(kuò)頻以及Time Division Multiple Access (TDMA)時(shí)分多址控制架構(gòu)的技術(shù)結(jié)合, 抗干擾強(qiáng)。
無(wú)線(xiàn)工業(yè)級(jí)I/O 系統(tǒng), 4 路開(kāi)關(guān)量I/O, 2路模擬量I/O, 連接信號(hào)丟失輸出
網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)為雙向數(shù)據(jù)傳輸, 包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)答
堅(jiān)固的外殼, 防護(hù)等級(jí)為IP67
即插即用
2.4 GHz 頻率
內(nèi)建信號(hào)強(qiáng)度指示
內(nèi)置或外置天線(xiàn)可選, 天線(xiàn)種類(lèi)繁多
超遠(yuǎn)距離3.2 Km
總結(jié)：
近年來(lái)，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(guó)家和企業(yè)的心中之痛。一個(gè)重要的原因是在防范事故上缺少高科技手段。通過(guò)安裝自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗頭，迅速采取有效措施，相信事故會(huì)大為減少。利用采礦自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，就會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，實(shí)施有效監(jiān)管理，提高安全防范。這一系統(tǒng)推廣應(yīng)用后，通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)就能在地面上隨時(shí)、動(dòng)態(tài)掌握井下采掘情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地下開(kāi)采活動(dòng)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(wú)線(xiàn)電跳頻擴(kuò)頻技術(shù): 載波頻率受一個(gè)偽隨機(jī)碼的控制，在其有效工作帶寬范圍內(nèi)，按PN碼的隨機(jī)規(guī)律不斷改變，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展。同時(shí)在接收端，接收機(jī)的頻率合成器受相同的偽隨機(jī)碼控制，并通過(guò)同步措施，保持與發(fā)射端的跳變順序一致， 最終實(shí)現(xiàn)雙向通訊。 跳頻的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能強(qiáng)，相比其他單一頻率通訊方式（例如數(shù)傳電臺(tái)），一旦在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上通訊受到外界噪聲干擾，便可以主動(dòng)跳變到其他頻道上繼續(xù)通訊。
2．Data Radio 是串口線(xiàn)的完美替代者,實(shí)現(xiàn)信號(hào)中繼，消除地形所帶來(lái)的對(duì)無(wú)線(xiàn)通信的影響。、
媒體連絡(luò)方式：
單位名稱(chēng)：美國(guó)邦納工程國(guó)際有限公司
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