无线WIFI技术在矿井井下通讯的应用

随着WiFi技术的不断突破,802.11n的新技术已经可以满足井下三网合一的需求;此外,还可利用井下原有的工业环网,更加节省实施成本。随着WiFi技术的不断突破,802.11n的新技术已经可以满足井下三网合一的需求;此外,还可利用井下原有的工业环网,更加节省实施成本。

改革开放30多年来,中国矿井市场从小到大、从总量快速扩张到结构明显升级,逐步形成了有中国特色的多样化、多层次的矿井市场。但是安全问题始终是矿井开挖过程中一个必须面对的问题,近年来,矿井事故多次发生,对国家和人民的生命财产安全都造成了极大的危害。为认真贯彻落实《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》(国发〔2010〕23号)精神,进一步提高金属非金属地下矿山安全生产保障能力,国家安全监管总局组织制定了《金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”安装使用和监督检查暂行规定》。

矿山安全避险六大系统包括:监测监控系统、井下人员定位系统、井下紧急避险系统、矿井压风自救系统、矿井供水施救系统和矿井通信联络系统。按照时间表, 2013年6月底前,所有煤矿必须完成六大系统的建设。由于坑道距离长、结构复杂,而且坑道内的作业人员和设备流动性大、且通讯不便,因此具有灵活性、实时性和高带宽的无线通讯技术,已经越来越多的应用于井下通讯。尽管小灵通系统成熟、性价比高,但随着政策的导入,该技术的后续发展不容乐观。而随着WiFi技术的不断突破,802.11n的新技术已经可以满足井下三网合一的需求;此外,还可利用井下原有的工业环网,更加节省实施成本。

如何构建一个基于WiFi系统的矿井通信联络系统?

Moxa针对矿井井下的WiFi通讯网络,提供了如下解决方案:

在这个解决方案里,我们推荐您在主巷道内每隔300-500米放置一台AWK-3121或AWK-4121单射频无线AP/Bridge/Client,所有的AWK-4121通过网口接入井下以太网络,便于将移动数据客户端,例如WiFi手机、人员定位标签、井下挖掘机等的数据,通过网络传输至控制室。而在分支坑道内,我们建议您采用AWK-5222双射频无线AP/Bridge/Client。因为分支巷道通常空间狭小,且无光纤布线,因此为了确保数据传输的稳定可靠,冗余的双频设计、Wireless Bridge的无线网络自愈功能,是分支巷道的理想选择。

功能一:Turbo Roaming

Turbo Roaming是Moxa推出的一款专利技术,它支持无线客户端在AP间实现高速漫游切换,非常适合井下移动设备(例卡规车、挖煤机等)的无线通讯应用。Turbo Roaming提供两种漫游切换的解决方案:

方案1,Client based Roaming(客户端漫游切换)。若您在移动设备上采用支持Turbo Roaming功能的Moxa无线客户端,可确保在350ms内实现快速的漫游切换;方案2,Controller based Roaming(控制器漫游切换)。Moxa的WAC无线接入控制器为AWK系列提供低于50ms的快速漫游切换功能。这种先进的快速漫游能力提供高速安全的数据切换,同时在极其苛刻的环境中提供强大的安全支持。

总而言之,经过测试,Turbo Roaming可在120km/h的时速下,通过WAC控制200台无线AP,在支持WPA2安全协议系统中,实现低于50ms的快速漫游切换,并实现15-20Mbps 的稳定数据吞吐率。

功能二:Wireless Bridge

无线Mesh网络(无线网状网络)也称为“多跳(multi-hop)”网络,它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。无线Mesh网络中,任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器,网络中的每个节点都可以发送和接收信号,都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这样使得网络不仅具有高度的自愈能力,也更容易对无线网络进行扩展。但当采用传统的WDS传输协议,会使得无线Mesh网络的数据吞吐量大幅下降,会影响数据通讯的效率。

Moxa推出了全新的Wireless Bridge功能。当某台无线AP无法工作时,它就近的两台设备会自动建立连接,确保数据通讯,实现可靠的无线自愈功能。此外,采用双射频AP,可将其中一个RF设置为Master和AP,另一个RF设置为Slave,这种工作模式可以确保在提供无线Bridge桥接功能的同时, 还能为下面需连接的无线终端提供覆盖。最关键的是,Wireless Bridge可以确保在多跳连接后仍能维持稳定的无线带宽, 大约在10~15Mbps,无论在何种情况下,仍能稳定传输视频和音频数据。Moxa双射频无线AP特别适用于分支巷道,不仅可以减少设备的使用量,系统无需布线即可实现灵活的无线网络扩展。

功能三:独特的产品设计:本安设计

因为井下巷道的环境非常特殊,是一个富含有爆炸性混合物的环境。所以为了确保井下产品的可靠运行,用户会采用具有本安认证的机箱外壳,内置各种设备,包括电源、无线AP、保护设备等,从而整体具备了本安认证,并提供相关保护。但是,从实际购置和运行的角度来来看,用户不仅需要采购多个厂商的不同设备,既增加了成本,又增加了潜在的故障点,不利于今后的维修和故障排除,可靠性也较低。

正因如此,Moxa AWK-3121为更好满足井下无线的信号覆盖,并提升整个系统的可靠性,特别为本安保护进行了重新的设计,将上述诸多功能植入AWK-3121中,集成在一块PCB板上,这样确保在AWK-3121外形体积不变的情况下,还提升了电源、传输距离和通讯的整体可靠性;对用户而言,只采用一款产品,也使得系统的维护变得更容易。这样独特的产品设计,是Moxa无线系列产品专为特殊应用而提供的额外服务。Moxa也希望可以和用户一起探讨无线技术在各行业的不同应用需求,根据用户的要求进行软硬件的客制化设计,从而真正意义上为各个应用提供更专业等级的工业无线AP产品。

无线WiFi通讯技术在矿井井下应用中得到了极大的发展。作为工业通讯的领导者,Moxa推出的工业级无线解决方案不仅具有非常强大的无线通讯专利技术,还可以让您的系统快速升级至工业领先的无线解决方案。此外,Moxa无线产品具有强固耐用的IP68防护等级外壳,防水、油和各种腐蚀性破坏。另外,产品还支持各种工业认证标准,例如UL/cUL, C1D2防爆认证、ULC1D2/ATEC等认证。在产品设计上,AWK系列支持冗余电源输入和PoE,支持-40~75℃宽温,支持10km长距离数据传输和多种安装方式。Moxa无线解决方案,将是极端环境下WiFi通讯的理想选择。

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