礦山調度管理中無線通信系統的運用研究

劉賀揚

【摘要】 信息化、網絡化時代的到來，促進了無線通信技術在各個領域中的應用，礦山調度作為礦業生產的重要環節，其無線通信技術水平的研究備受人們的關注。本篇文章通過對無線通信技術的研究，闡述了無線通信技術在礦山調度中的應用原理。

【關鍵詞】 礦山調度 無線通信技術 實際應用

無線通信技術與計算機、定位、自動化等多種現代科技融合起來，不僅在很大程度上提升了礦山調度的效率，而且其低廉的造價能夠為企業節省很大的生產成本，由于無線通信技術在礦山調度中的應用時間還比較短，無論是理論還是實際操作都還停留在較為初級的階段。因此，加快對無線通信技術的研發，提升無線通信技術的運用水平，對礦山調度至關重要。

一、無線通信系統在礦山應用的現狀

自上個世紀50年代以來，我國就開始加強對礦山的開發工作，截止到現在，我國的礦山擁有量就已經達到了10萬多座，但是由于礦產屬于不可再生資源，在開發利用中應避免資源的浪費，目前，礦山開采和調度系統存在的漏洞，使很大部分的礦產在生產運輸過程中就已經消耗殆盡，如何能夠緩解礦山資源的枯竭、提升調度利用的高效性，是無線系統應用研究的主要方向[1]。

礦山調度管理不同于其它的生產環節，各方面信息的收集、整理、分析都是礦山調度管理正常進行的保證，單單依靠人腦去對如此繁雜的信息進行處理顯然是不可能的，無線通信技術的應運而生，在很大程度上突破了人腦的局限性，通過對礦山調度的每個環節進行相關參數的收集，使調度的管理有了數據性的支持，信息傳輸系統的便捷性，不僅提升了調度的效率，而且保證了調度的準確程度。

無線通信系統是無線定位、無線通信、數據庫等多種通信技術的綜合體，系統終端的管理人員可以對調度設備、調度人員的工作狀況有著明確的了解，全程的系統監控可以將故障的發生幾率控制在很小的范圍之內。另外，無線通信技術有著自動化建設、經營管理、數據監控多方面的優勢，推動著無線通信技術向著人工智能化的方向發展。

二、無線通信技術在調度管理中的應用

1、基于無線定位的調度管理

無線定位主要是以一種監控者的姿態展現在調度管理之中的，對于生產調度流程的每一個環節進行監控離不開無線定位技術。目前，應用在礦山調度管理中的無線定位技術主要包括以下幾種：

（1）RFID

該技術是一種自動識別的技術，通過信息的收發實現調度信息的收集，全程都不需要人為因素的介入，針對一些人力無法達到的惡劣環境，既可以實現對信息的收集，也保證了員工的生命安全。整個系統是由閱讀器、傳感器、中間環節以及系統終端組成，傳感器類似于標簽，只不過標簽是用芯片組成的，標簽上會自帶電子編碼，而且每一個電子編碼都有所不同，將不同編碼的標簽安裝在調度設備或者調度人員之上，信號的收發也就有了承載體。閱讀器既是信息發送的主體，也承擔著對標簽信息的識別，通過系統終端下達的指令，將信息發送出去，經過中間環節達到電子標簽之上，然后將標簽的編碼收回，以達到對標簽承載體的監控；最后，計算機終端是RFID的大腦，他對該系統的運行進行控制，及時發現系統中存在的問題，從而實現對系統的監控與管理。

（2）Zigbee

該技術是由參考點、待測點、協調器三個方面組成的，當待測點想要查看參考點的位置時，就可以將定位指令發送給普通參考點，普通參考點將自身的信息傳送給待測點，由待測點將相關的數據參數發送給協調器，協調器的應用主要是對參考點、待測點以及傳輸路由器進行數據的收集與管理，通過RS接口將最終的參數傳到終端管理的計算機之上[2]。Zigbee在調度中主要包括兩個環節，井上的總線以太網和井下的節點兩個系統組成，在調度之前將讀寫器放置在調度的重要環節之中，根據不同的礦業生產環境安置參考點，一般情況下要保證每300m左右就要有一個參考點，在某些環境特別惡劣的地方，可以保證在每50m左右安置一個；傳輸系統的安裝有無線和有線兩種方式，基于Zigbee定位的無線安裝適用于較為惡劣的環境，對于一些主干網采用有線安裝的方式會更加可靠。

（3）Wifi

Wifi技術在近年來得到了非常廣泛的應用，Wifi技術適應了無線局域網的運用，Wifi有著極為廣闊的使用環境，傳輸距離相較于其他通信技術來說更加寬廣，重要的是高效的傳播速度以及可靠的傳輸質量，使其在礦山調度管理中占據著重要的地位。Wifi是由井上與井下兩個環節組成，通過在井下安裝無線接入點，使井下的所有環節都納入到無線局域網之中，井上采用手機或者其他類無線通信技術終端收集井下的調度信息。

（4）UWB

UWB無線通信技術是以超寬帶的網絡為載體的，采用的是脈沖的方式，不同于以往的通信信號，這類技術最早應用的是軍事領域，隨著技術的不斷發展，制造成本也在不斷降低，使其能夠在更多的領域之中發揮作用，例如地質勘探、汽車制造等，這種超寬帶的通信技術對硬件和軟件有著很高的要求，高額的應用成本也是UWB沒有在礦山調度中得到廣泛應用的主要原因。與RFID技術有些類似，也是通過定位標簽實現對數據信息的采集的，不過脈沖傳輸的高效性，并不是RFID所能相比的。

2、基于WLAN與GIS技術的調度管理

（1）WLAN

WLAN無線通信技術是以無線電和紅外線技術為傳播媒介，對數據信息進行收集、處理與監控的，WLAN的安裝方便快捷，只要礦井調度的環節有局域網信號就可以實現對調度的控制，當安裝設計出現問題時，也可以靈活的進行調整，不需要對礦井進行重新布線，節約了調度的成本。基于WLAN技術的礦山調度設備繼承了技術自身可擴展的優勢，在技術更新換代的速度很快的時代，企業也僅僅需要少量的投資就可以實現對調度系統的更新。

（2）GIS

GIS不同于傳統的計算類的信息處理系統，空間類的信息管理方式是其最突出的特點，定量、定位、定性三個方面的分析使信息處理更加的準確。GIS是一種極具動態性的技術，但是，空間性的管理模式缺乏相應的技術支持，所以人為操作就顯得比較重要。

在進行礦山調度時，可以向系統終端的管理人員提供員工以及設備的分布情況，根據調度需要可以快速的查找到人員和設備的位置，跟蹤系統的研發，可以將調度的環節納入到終端的監控之下，有助于指揮人員對現場的情況的決策和調度。

三、礦山調度系統的架構

1、調度定位

定位技術的選擇要根據礦井環境以及企業的經濟情況，無論何種技術的選擇，都離不開傳感器、中間設備以及系統終端三種設備的安裝，需要注意的是，在安裝前應對環境的情況有所了解，在一些惡劣的環境下安裝要注意安全措施的保護。

調度的總體設計應保證調度的性能的高效，并且操作起來比較方便，根據近年來無線技術在礦井調度上的使用不難看出，調度的設計主要集中在定位、生產查詢、系統管理以及日志記錄四個方面，其中，系統管理是調度系統的主要組成部分，用于礦產生產與調度的員工、設備、接入點以及監控反饋等環節都置于系統管理的控制之下；WIFI應用于整個調度系統的定位以及對員工的監控和集中管理，GIS對位置的感覺比較靈敏，應用到調度中心能夠實現對某些重點區域的查看；生產控制系統是調度系統核心，是調度的主要操控者，不僅僅包括現場員工和設備的指揮調度，而且還包括對生產計劃的制定和管理；最后，通過對生產每個環節進行記錄，能夠很好的發現調度系統中存在的問題，包括調度時間、責任人、員工出勤、開采量等等，一旦發生生產事故，也有助于搜救工作的展開和責任人的確定。

2、井下通信系統

基于TCP協議的IP電話適用于礦井下的語音通訊，用戶通過在電話中輸入號碼實現與無線連接，無線網關會對號碼的來源進行確定，來源地明確時即可接入。

由于前端無線通信的架構涉及到很多設備，因此，在進行設備的安裝時要遵循設備的安裝規范，切忌馬馬虎虎、大手大腳的行為，設備運行故障往往會影響通信系統的整體運行。為了保證通信的可靠性，需要在通信的中間環節之中加入UPS，一方面能夠降低突發情況對系統整體運行的影響，例如突然斷電；另一方面也可以消除設備運行過程中的噪音問題，UPS采用集中式的布線方法，對布線的技術要求比較低，在傳送質量上也有所提高[3]。

3、無線網絡的搭建

目前，應用在礦井調度上的無線通信技術選擇主要集中在第一代和第三代之上，從管理、安全、功能、成本上不難看出，第三代無線通信要遠遠超過第一代，再加上第三代無線通信技術具有高度的擴展性，即便是趕上信息技術更新較快的階段，也能夠保證技術跟上時代。

搭建井下的無線網絡應遵循以下三個原則，首先是無線接入點的位置選擇應遵循全面性的原則，爭取保證接入點能夠覆蓋礦井的所有位置，接入點之間的距離最低應保證在300米左右，之所以對距離要求較高，除了節約經濟成本之外，主要是防止接入點之間的信號會出現互相干擾的情況。其次，接入點對分配頻率有著明確的要求，具體的頻段大致在2.4GHZ左右，無線局域網受信道的影響，如果接入點在接入信道時有重疊，信號就會受到干擾，因此，在相鄰的接入點之間要保證其信道不重疊。最后，接入點的設計要面向整個用戶，表現在礦井的調度上就是礦井的大小，當礦井面積較大時，接入點的使用量就會相對比較多，這就要求接入點的容量能夠滿足調度的要求，就WIFI而言，相鄰的接入點保持在300米即可。

四、結束語

通信技術在礦山調度管理中的應用，促進了礦山勘采企業向著網絡化的方向轉型，但是，諸多技術上的缺陷以及投資成本的增加，都限制了企業的選擇。為此，加快通信技術的研發，對礦山調度管理具有重要的意義。