美国邦纳工程国际有限公司

前言：

    在我国的能源工业中，矿资源占我国一次能源生产和消费结构中的70％左右，预计到2050年还将占50％以上。因此，矿业在相当长的时期内仍将是我国的主要能源。而在中国的经济中矿业主要指我国的煤矿产品。当前，我国经济的快速增长，对煤炭工业发展提出了更高的要求。目前煤矿的开采中安全事故时有发生，因此在煤碳产业中，安全控制，安全生产成为产业链中重要的辅助环节，从而确保煤炭工业持续、稳定、健康发展。

煤矿开矿过程中存在的安全隐患：
 

我国煤层自然赋存条件复杂多变，影响煤矿安全生产的因素多，是造成事故的客观因素。煤矿开采的煤层大多瓦斯含量大、透气性低且地质构造复杂，不易在开采前抽放瓦斯，但在采掘时，瓦斯放散量大，再加上开采煤层地质条件复杂和开采规模的扩大、开采集约化程度的提高，导致采动诱发的应力场、煤岩体裂隙场及瓦斯流动场的变化更加复杂多变，在一定条件下，容易诱发煤与瓦斯突出和瓦斯的突然涌出现象，造成瓦斯事故。地质的复杂可能带来诸多问题上，特别是周围地下水渗水带来的问题，时刻危胁着开矿人员的安全。

传感器在现代矿业上的应用：

    为及时了解掌握矿山地下采矿活动，提高矿山企业的安全生产水平，需要地面人员及时快速的得到矿井里的温度、渗出的水位、有毒气体等信息，自动化工业控制技术得到了广泛的利用，利用现代化的通讯传输工具和检测工具可以实时得到矿井内各种不同的数据。例如利用超声波传感器测量水位，借助气体传感器检测瓦斯含量，采用温度传感器检测温度等等，通过这些工具可以在煤矿开采实施中进行时效具必须的控制。由于矿场占地面积大，地形复杂，需要企业耗时耗力的解决布线及现场的环境等问题，这里向大家介绍是利用最新基于跳频扩频技术（FHSS）的邦纳无线传感器系统，上述所提到的问题迎刃而解。

邦纳无线网络系统成为矿场上的电子眼：

（图1）无线网络的产品DX70系统结构图

（图2）安装于矿井超声波传感器和无线网络的产品

由邦纳的QT50U超声波传感器和DX70无线网络的产品组成了井下采掘自动监控系统，通过液位传感器（QT50U）检测当前井底的水池液位，远程将数据准备的传给在井口无线传感器节点，再由加装DATA RADIO装置的信号中继，最终将数据传送到中央控制室，控制室做判断，决定是否需要启动水泵往水池内抽水。这种煤矿矿井的移动泵站控制技术集数据实时动态显示、传感器技术、日常监督管理为一体，可以有效监控矿山井下采掘环境的变化。

    不光是超声波传感器，邦纳无线网络系统在实际中的应用中，适用于各种已有的传感器安装，减少了布线距离增加的成本，解决了矿场布线障碍 (土堆, 山丘 河流…)及生产中断或是在室外工作的限制，并且解决了需要耗时耗力的布线及现场的环境等问题。无线网络产品成为名符其实的电子眼。

    图1是邦纳无线网络系统DX70征对于煤碳矿场所实施的系统结构图

（图3）QT50U超声波测量水位

（图4）配有DX70节点的矿井

（图5）煤矿矿井的移动泵站控制 

（图6）煤矿矿井的移动泵站控制

（图7）位于山坡顶上的控制箱—内有Data Radio和无线传感器网关

上图是某一个中型的煤矿企业采用无线传感器和超声波传感器组成的井下采掘自动监控系统的现场图，图3是安装了QT50U超声波的测量仪，图4是在该井口装有DX70节点的无线传感器，图5、图6是煤矿矿井的移动泵站，图7是装有Data Radio和无线传感器网关的位于附近山坡顶的控制箱。如图1所示，井下采掘自动监控系统在超声波传感器和无线网络产品的紧密结合中完美的实现了远程数据采集和实时监控。通过数据的采集，计算机实时控制，抽水移动平台可以自由移动到任何水位较低的水池。

邦纳无线网络系统拓扑:

    无线网络系统网关作为主设备担负着各个节点的输入输出间的映射关系和控制，同时与上位系统进行通讯，实现数据交换。节点负责现场数据的采集，并发送往网关。节点数量可灵活配置.

图释：采用星型网络拓扑技术， 如一个网关及15个节点，网关与各节点实行双向通讯。

图释：网关作为主设备担负着各个节点的输入输出间的映射关系和控制，同时与上位系统进行通讯，实现数据交换。

支持的通讯协议有：

1.     RS-485 Modbus RTU

2.     Modbus TCP

3.     Ethernet IP

节点负责现场数据的采集，并发送往网关。节点数量可灵活配置。

邦纳无线网络系统的技术参数：

n       Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) 无线电跳频扩频以及Time Division Multiple Access (TDMA)时分多址控制架构的技术结合, 抗干扰强。

n        无线工业级I/O 系统, 4 路开关量I/O, 2路模拟量I/O, 连接信号丢失输出

n        网关与节点为双向数据传输, 包括数据传输的应答

n        坚固的外壳, 防护等级为IP67

n        即插即用

n        2.4 GHz 频率

n        内建信号强度指示

n        内置或外置天线可选, 天线种类繁多

n        超远距离3.2 Km

总结：

    近年来，矿山企业特别是煤矿企业频频发生重特大安全事故，造成大量人员伤亡，这已成为国家和企业的心中之痛。一个重要的原因是在防范事故上缺少高科技手段。通过安装自动监控的系统，及时发现事故苗头，迅速采取有效措施，相信事故会大为减少。利用采矿自动监控系统，就会及时发现问题，实施有效监管理，提高安全防范。这一系统推广应用后，通过自动化监控系统就能在地面上随时、动态掌握井下采掘情况，实现对矿山地下开采活动的有效监督，从而促使矿山企业提高管理企业的科技水平。

附：

        1．FHSS-无线电跳频扩频技术: 载波频率受一个伪随机码的控制，在其有效工作带宽范围内，按PN码的随机规律不断改变，实现频谱扩展。同时在接收端，接收机的频率合成器受相同的伪随机码控制，并通过同步措施，保持与发射端的跳变顺序一致， 最终实现双向通讯。 跳频的优点是抗干扰性能强，相比其他单一频率通讯方式（例如数传电台），一旦在某个时间点上通讯受到外界噪声干扰，便可以主动跳变到其他频道上继续通讯。

        2．Data Radio 是串口线的完美替代者,实现信号中继，消除地形所带来的对无线通信的影响。

        3．DX70无线网络系统接线图