WiMi-net如何實(shí)現(xiàn)高精度無線同步控制爆破

行業(yè)背景

隨著現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，人們對于礦山開采的規(guī)模和速度要求越來越高。為了快速推進(jìn)礦山的開采作業(yè)，人們對于炸藥威力的要求越來越高。

考慮到生產(chǎn)、運(yùn)輸和存儲(chǔ)等各個(gè)方面的安全性以及國家有關(guān)方面的強(qiáng)制要求，雷管的火藥填裝量是有嚴(yán)格限制的，不允許隨意加大。因此人們轉(zhuǎn)而采用將多個(gè)雷管“并聯(lián)”的方式來加大其爆炸威力;這樣在生產(chǎn)，運(yùn)輸和存儲(chǔ)等各個(gè)環(huán)節(jié)雷管都是單獨(dú)管理的，可以滿足安全性方面的要求，到了礦山現(xiàn)場，將這些雷管密集的安裝在礦山的不同位置，然后讓他們同時(shí)起爆，就可以起到一個(gè)“超大型雷管”的效果，但是這種技術(shù)帶來了一個(gè)新的挑戰(zhàn)，那就是雷管的同步點(diǎn)火問題。

傳統(tǒng)有線同步爆破控制技術(shù)的困境

我們都知道雷管屬于一種烈性炸藥，其爆炸瞬間產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的沖擊波，可將方圓十幾米范圍之內(nèi)的土層掀翻，如果附近的雷管因?yàn)辄c(diǎn)火時(shí)間不同步，那么先爆炸的炸藥就會(huì)將還沒有來得及點(diǎn)火的炸藥給炸飛了，這些被炸飛的雷管就白白的被損壞掉，失去了任何爆炸的能力，因此為了確保這些分點(diǎn)安裝的炸藥能夠不被周圍的炸藥給炸飛，只能讓它們同時(shí)點(diǎn)火，同時(shí)起爆，這樣其爆炸威力才有一種強(qiáng)烈“共振”的效果，因此人們發(fā)明了一種通過雙絞線并聯(lián)組網(wǎng)的有線技術(shù)，來控制其同步點(diǎn)火過程。

雙絞線并聯(lián)組網(wǎng)的有線技術(shù)自誕生以來經(jīng)過多年的不斷優(yōu)化迭代，其同步精度目前已經(jīng)可以做到一毫秒，在大量的工業(yè)現(xiàn)場都取得了良好的爆炸效果，其爆炸威力比同等當(dāng)量的單個(gè)雷管效果好得多，安全性也很不錯(cuò)，經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯。但是同樣存在著如下的問題：

一、有線爆破的線路凌亂 這種雙絞線并聯(lián)組網(wǎng)方式在施工過程中需要大量的引線將所有的雷管連接起來，這種連接方式可以是星型，也可以是樹形，也可以是菊花鏈狀，十分靈活;但是這也帶來了一個(gè)嚴(yán)重的問題，那就是現(xiàn)場混亂不堪，

二、有線爆破故障排查難 一旦有的點(diǎn)位沒有接觸良好，有線的連接，會(huì)加大故障排查和驗(yàn)證的難度。

三、有線爆破故障波及面廣 一旦有一個(gè)非末端的點(diǎn)位沒有接觸良好，可能導(dǎo)致部分炸點(diǎn)，甚至局部某一個(gè)片區(qū)完全脫網(wǎng)，這會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域完全無法起爆，其整體爆炸效果大打折扣，嚴(yán)重情況下會(huì)使得爆破作業(yè)完全失敗，需要二次作業(yè)。

WiMi-net如何實(shí)現(xiàn)高精度無線同步控制爆破?

在大量的工程實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)很多的爆破失效都是因?yàn)樨?fù)責(zé)組網(wǎng)的導(dǎo)線接觸不良所致，糟糕的是，一旦某根干線接觸不良，所有掛接在該干線下的分支節(jié)點(diǎn)都會(huì)因?yàn)槊撾x網(wǎng)絡(luò)而失去控制;近些年來無線技術(shù)的不斷發(fā)展引起了人們的重視，無線控制爆破在安全性、便捷性、經(jīng)濟(jì)性方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，是傳統(tǒng)爆破無法比擬的。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下的方面：

(1)組網(wǎng)能力強(qiáng)，可一次完成大規(guī)模爆破，采用快速無線連接，網(wǎng)絡(luò)連接方便快捷，加快工程進(jìn)度，為爆破施工節(jié)約時(shí)間及人力、物力;

(2)延期精度高，通過合理的爆破設(shè)計(jì)，可減少5%～15%炸藥使用量，提高炸藥使用效率，降低爆破成本;

(3)能有效降低振動(dòng)，減少對周邊生產(chǎn)設(shè)備及設(shè)施、房屋的破壞;

(4)施工成本低 減少礦石大塊率，減少鏟裝運(yùn)輸成本，后期加工方便，節(jié)約耗電，提高綜合效率。

從理論上來講，無線技術(shù)可以擺脫導(dǎo)線連接方面的困擾，但是無線技術(shù)需要解決，電池供電和功耗、無線通信的穩(wěn)定和可靠性、無線通信的延時(shí)和同步精度這三個(gè)問題。

在傳統(tǒng)的有線組網(wǎng)方案中，導(dǎo)線既是信號傳輸線，也是電源線;在無線方案中，電力供應(yīng)就成為首先需要解決的問題。近些年由于90納米以下的低功耗半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，支持電磁波喚醒技術(shù)的無線電通訊模塊已經(jīng)可以做到微安級的功率消耗，完全可以依靠一節(jié) CR2032 的紐扣電池待機(jī)數(shù)年時(shí)間，因此WiMi-net采用 90納米以下的低功耗半導(dǎo)體芯片，高性能低功耗的射頻芯片，與之相匹配的WiMi-net無線通信協(xié)議軟件，電池供電和功耗問題就完全可以解決了。

WiMinet經(jīng)過多年的潛心研究，已經(jīng)發(fā)展出一整套完整的WiMi-net無線組網(wǎng)通信協(xié)議棧，WiMi-net無線通信協(xié)議棧內(nèi)置組網(wǎng)算法和TCP/UDP通訊協(xié)議，特別是構(gòu)建于UDP數(shù)據(jù)包基礎(chǔ)之上的WOR(Wake On Radio)電磁波喚醒技術(shù)可高效解決雷管組網(wǎng)的高精度同步和無線傳輸穩(wěn)定可靠性問題。

那么WIMi-net是如何實(shí)現(xiàn)高精度無線同步起爆的?

礦山爆破執(zhí)行前，在預(yù)定地點(diǎn)安置完成炸點(diǎn)，這些炸點(diǎn)都具有獨(dú)立的無線信號接收裝置以及彼此獨(dú)立的無線喚醒機(jī)制。在單位時(shí)間內(nèi)，均在休眠和喚醒之間切換。

如圖所示，每一個(gè)雷管都配置一個(gè)無線模塊，每個(gè)無線模塊都由一塊 CR2032的紐扣電池供電，在WiMi-net無線通信協(xié)議棧的控制下，炸點(diǎn)射頻感應(yīng)電路被周期性的喚醒，在喚醒的過程中不斷的搜索空中是否有喚醒的無線電信號。圖片中黃色脈沖表示炸點(diǎn)的無線模塊處于休眠階段，綠色的脈沖表示炸點(diǎn)的無線模塊處于喚醒階段。

如果沒有發(fā)現(xiàn)電磁波喚醒信號則炸點(diǎn)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，等待下一個(gè)喚醒周期再次醒來，該過程如同圖中黃色的脈沖線所示。

一旦炸點(diǎn)檢測到發(fā)射機(jī)的電磁波喚醒信號，就會(huì)開始比較喚醒報(bào)文的安全特征碼;如果特征碼匹配，則該炸點(diǎn)進(jìn)入安全接收過程，如圖中的綠色脈沖線所示。如果特征碼不匹配，則該炸點(diǎn)重新進(jìn)入休眠狀態(tài)。

當(dāng)爆破指令發(fā)出，每個(gè)炸點(diǎn)的接收裝置，在不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)接收到由無線發(fā)射機(jī)發(fā)出的無線起爆控制信號，待所有炸點(diǎn)均接收完成信號(如圖中綠色區(qū)域)，便開始“炸前準(zhǔn)備”。準(zhǔn)備完成，進(jìn)入爆炸階段，這一階段所有炸點(diǎn)均在相同的時(shí)間T時(shí)刻，同步爆炸。同步延遲可控制在0.5ms以內(nèi)。

考慮到每一個(gè)無線模塊上電激活的時(shí)間不同，因此每一個(gè)無線模塊內(nèi)部的計(jì)數(shù)器都是不一樣的，并且其定時(shí)休眠喚醒的時(shí)間也不可能完全同步，因此在收到發(fā)射機(jī)的同步點(diǎn)火起爆指令之后，無線模塊需要從任意接收時(shí)刻開始自動(dòng)的推算喚醒報(bào)文的結(jié)束時(shí)間，然后執(zhí)行高精度的時(shí)鐘校準(zhǔn)，在微秒計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束之后送出雷管點(diǎn)火指令，實(shí)現(xiàn)同步起爆。

無線爆破的通信技術(shù)是工業(yè)無線應(yīng)用的一個(gè)縮影，無線通信技術(shù)在工業(yè)的應(yīng)用及其廣泛，無線遠(yuǎn)程控制的開發(fā)是將來工業(yè)信息化的重要途徑。WiMinet的優(yōu)勢項(xiàng)目是無線通信技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用，自始至終貫徹，安全、高效、可靠的企業(yè)理念和產(chǎn)品研發(fā)準(zhǔn)則，力爭上游，精益求精。我們相信，在國內(nèi)工業(yè)化發(fā)展勢頭強(qiáng)勁的大背景下，遠(yuǎn)程無線通信控制技術(shù)及其應(yīng)用必將大有可為。

審核編輯：湯梓紅