行業(yè)背景
隨著現代社會工業(yè)化進程的不斷加快，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、運輸和存儲等各個方面的安全性以及國家有關方面的強制要求，雷管的火藥填裝量是有嚴格限制的，不允許隨意加大。因此人們轉而采用將多個雷管“并聯”的方式來加大其爆炸威力；這樣在生產，運輸和存儲等各個環(huán)節(jié)雷管都是單獨管理的，可以滿足安全性方面的要求，到了礦山現場，將這些雷管密集的安裝在礦山的不同位置，然后讓他們同時起爆，就可以起到一個“超大型雷管”的效果，但是這種技術帶來了一個新的挑戰(zhàn)，那就是雷管的同步點火問題。
傳統爆破方式的困境
我們都知道，雷管屬于一種烈性炸藥，其爆炸瞬間可以產生非常強烈的沖擊波，可以將方圓十幾米范圍之內的土層掀翻，如果附近的雷管因為點火時間不同步，那么先爆炸的炸藥就會將還沒有來得及點火的炸藥給炸飛了，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安裝的炸藥能夠不被周圍的炸藥給炸飛，只能讓它們同時點火，同時起爆，這樣其爆炸威力才有一種強烈“共振”的效果，因此人們發(fā)明了一種通過雙絞線并聯組網的技術，來控制其同步點火過程。
無線爆破技術概述
該技術自誕生以來經過多年的不斷優(yōu)化迭代，其同步精度目前已經可以做到一毫秒，在大量的工業(yè)現場都取得了良好的爆炸效果，其爆炸威力比同等當量的單個雷管效果好得多，安全性也很不錯，經濟效益也十分明顯。
這種組網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嚴重的問題，那就是現場混亂不堪，排查和驗證起來還十分的困難，一旦有的點位沒有接觸良好，可能導致部分炸點，甚至局部某一個片區(qū)完全脫網，這會導致該區(qū)域完全無法起爆，其整體爆炸效果大打折扣，嚴重情況下會使得爆破作業(yè)完全失敗，需要二次作業(yè)。
在大量的工程實踐中，人們發(fā)現很多的爆破失效都是因為負責組網的導線接觸不良所致，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)點都會因為脫離網絡而失去控制；近些年來無線技術的不斷發(fā)展引起了人們的重視，從理論上來講，無線技術可以擺脫導線連接方面的困擾，但是無線技術本身存在一些固有的缺陷：
- 信號傳輸可靠性問題
- 延時和同步精度問題
- 電池供電和功耗問題
在傳統的有線組網方案中，導線既是信號傳輸線，也是電源線；在無線方案中，電力供應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體技術的高速發(fā)展，支持電磁波喚醒技術的無線電通訊模塊已經可以做到微安級的功率消耗，完全可以依靠一節(jié) CR2032 的紐扣電池待機數年時間，因此問題（3）實際上已經可以解決了。
無線爆破的核心——休眠與喚醒
WiMinet經過多年的潛心研究，逐步發(fā)展出一整套完整的無線組網協議棧，內置了組網算法和TCP/UDP通訊協議，特別是構建于UDP數據包基礎之上的WOR（Wake On Radio）電磁波喚醒技術可以很好的解決雷管組網的高精度同步和信號傳輸可靠性問題。
如下圖所示，每一個雷管都配置一個小型的無線模塊，這些無線模塊由一塊 CR2032的紐扣電池驅動，在協議棧的控制下，射頻感應電路周期性的被周期性的喚醒，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。如果沒有發(fā)現電磁波喚醒信號則轉入休眠狀態(tài)，等待下一個喚醒周期在此醒來，該過程如同圖中黃色的脈沖線所示。
一旦檢測到電磁波喚醒信號，則比較喚醒報文的安全特征碼；如果特征碼不匹配，則重新進入休眠狀態(tài)；否則轉入安全接收過程，如圖中的綠色脈沖線所示。
考慮到每一個無線模塊上電激活的時間不同，因此每一個模塊內部的計數器都是不一樣的，并且其定時休眠喚醒的時間也不可能完全同步，因此在收到主站的同步點火起爆指令之后，無線模塊需要從任意接收時刻開始自動的推算喚醒報文的結束時間，然后執(zhí)行高精度的時鐘校準，在微秒計時器計時結束之后送出雷管點火指令，實現同步起爆。
無線爆破的淺層模式：
無線控制爆破的核心是休眠喚醒功能。其淺層過程如下：
礦山爆破執(zhí)行前，在預定地點安置完成炸點，這些炸點都具有獨立的無線信號接收裝置以及彼此獨立的無線喚醒機制。在單位時間內，均在休眠和喚醒之間切換。當爆破指令發(fā)出，每個炸點的接收裝置，在不同的時間節(jié)點接收到由無線發(fā)射機發(fā)出的無線起爆信號，待所有炸點均接收完成信號，便開始“炸前準備”。準備完成，進入爆炸階段，這一階段所有炸點均在相同的時間T時刻，同步爆炸。同步延遲可控制在0.5ms以內。
WiMinet研發(fā)的遠程無線控制爆破技術依托WM300A無線技術模塊的強大功能，實現了工業(yè)施工定點爆破中信號的無線傳輸、針對各個點位的高精度控制。
無線爆破的優(yōu)勢
無線控制爆破在安全性、使用便捷性、使用經濟性方面具有獨特優(yōu)勢，是傳統爆破無法比擬的。其優(yōu)勢主要體現在以下的方面：
（1）組網能力強，可一次完成大規(guī)模爆破，采用快速無線連接，網絡連接方便快捷，加快工程進度，為爆破施工節(jié)約時間及人力、物力；
（2）延期精度高，通過合理的爆破設計，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，減少對周邊生產設備及設施、房屋的破壞；
（4）減少礦石大塊率，減少鏟裝運輸成本，后期加工方便，節(jié)約耗電，提高綜合效率。
無線爆破的技術手段是工業(yè)無線應用的一個縮影，無線技術在工業(yè)的應用及其廣泛，無線遠程控制的開發(fā)是將來工業(yè)信息化的重要途徑。
WiMinet的優(yōu)勢項目是無線技術開發(fā)及應用，自始至終貫徹，安全、高效、可靠的企業(yè)理念和產品研發(fā)準則，力爭上游，精益求精。我們相信，在國內工業(yè)化發(fā)展勢頭強勁的大背景下，遠程無線控制技術及其應用必將大有可為。
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