载波技术在我国煤炭行业的应用由来已久，主要用于采煤、运输、掘进、通风、排水及提升等动力机械设备的遥信监控、离机控制以及载波电话通信，在煤矿安全生产中发挥了重要作用。最早采用的是矿用动力载波控制（如MD-150型采煤机的控制），随后是借用电机车架线为信道的电机车载波通信和借用动力电缆为信道的动力线载波通信，但是由于其在通信距离、通信质量、抗干扰能力及稳定性和可靠性方面的问题一直难以解决而被长期忽视。电力线是煤矿井下分布最广的有线介质，开展基于电力线的通信技术研究具有很大的研究价值。近几年来，数字电力线载波技术在其它行业（尤其是电力行业）的突破性发展，使电力线载波技术在煤矿的应用重新焕发出生机。北京工业职业技术学院针对煤矿井下的低压电网，研究出了基于Lon Talk协议的电力线载波数据传输方案，并对其在矿井环境应用进行了分析和性能测试。
一、矿井载波通信主要问题分析
电力线载波技术就是以电力线为传输介质，借助电力线传输介质去“载运”所要传送的信息，以达到增强抗干扰能力，实现传输信道多路复用的目的。电力线载波通信具有网络分布广、无需重新布线等优点，在信息家电控制、智能楼宇控制及Internet接入等领域应用中受到人们极大的关注。但是，由于矿井通信的特殊环境有别于地面的工况要求，因此实现矿井电力线载波通信与其它通信方式既存在共性问题还具有不同之处。存在的共性问题在于电力线传输信道的噪声和衰减严重。电力线是一种复杂的传输介质，线上存在大量噪声，负载多且工作状态随时间变化，配置情况复杂，具有时变性、频率选择性等固有特点，使其在具体应用中仍然存在许多技术难题。不同之处主要有：
①与井下其它通信方式基本相同，矿井电力线载波通信在工作环境方面必须考虑防水、防尘、防爆及抗压抗损等要求。然而，矿井电力线载波通信的电力线路机械强度高、不易受外力破坏的特点，在抵御自然灾害方面却是其它通信传输媒介所无法比拟的。
②矿井电力线载波通信传输的信息主要是井下各种监测监控信号，例如一氧化碳、硫化氢、二氧化碳等有害气体的各类环境安全参数，带式输送机、水泵、主扇风机、局部通风机轴温、风机振动情况等矿井各生产环节的设备运行情况，以及水位、料位、各类电力装置的电流和电压值等一些重要生产工艺参数。
③尽管井巷狭长、岔道多、采区电网分支多，但是与地面电网路由结构相比较，矿井电力线载波通信的电力线路铺设相对简单，电网的路由结构也不复杂，对开展载波通信有利。
④井下存在许多大型电力机械和设备，动力干扰和负荷变动大，电气设备的开停会产生很强的干扰信号，但是这些设备的负载特性相对固定，而且由于井下作业的计划性，这些设备产生的干扰又具备一定程度的周期性和可预测性。首先矿井照明系统的中低压配电线路分布足够广泛，铺设也比较简单，可以满足监测监控的覆盖面；其次，这类线路上很少连接大型矿用电气设备，受到的噪声干扰也比较少，因此选择使用矿井照明系统的中低压配电线路进行矿井电力线载波通信较为理想。
二、电力线载波数据传输方案
①功能定位。矿井电力线载波通信技术的应用节省矿井布线资源，降低智能化成本，促进矿井网络化、智能化发展。从发展趋势分析，矿井电力线载波通信技术的研究及应用方向将更多在于解决“特殊领域的特殊应用问题”，主要用于各种参量信号的传送、分配、监测和控制等。它将更多的扮演“补缺”的角色，作为其它通信技术的补充而长期共存。基于井下电力线的信息传输技术在应用及技术创新上仍有较大的空间，可作为一种补充及备份性技术方案，实现对原有电力载波通信系统的升级改造，供煤炭工业集约型、精细化发展的解决方案，如井下通风、照明等系统的节能降耗、矿井各种设备工作程式的联动、优化和智能管理、井下供电系统自身的运行状况监管等。
② Lon Talk通信协议。目前，国际上比较有影响的电力线载波技术主要有美国X-10、CEBus（Consume Electronic bus)和Lon Works技术；日本Echonet技术；欧洲EHS（European Home System)及荷兰PLC-BUS技术等。Lon Works技术基于Lon Talk协议是电力线载波技术应用中的主角，尤其在智能楼宇控制等领域具有很强的技术优势，已成为ISO IEC对控制网络和楼宇管理规范的国际标准。Lon Talk协议提供对应于ISO/OSI参考模型中所有各层的服务，采用基于载波侦听多路访问/媒体访问控制（CSMA/MAC）技术，并针对控制应用进行协议优化而形成新型的通信模式，称为带预测的P-Persistent CSMA算法。显然，电力网络的拓扑结构及信道传输性能要求很适于采用Lon Talk协议。
③Lon Talk电力载波节点。他们参照Lon Works产品设计规范，结合矿井的应用需求分析，提出采用Lon Talk协议的电力线载波传输节点设计方案，充分考虑到井下传输信息的多样性，设置全功能信号接口，将载波传输节点设计成“通用”节点，具备标准模拟信号（5-20mA）和数字信号的输入输出功能。由于Lon Talk协议支持多种传输介质、支持各种规模的通信网络，还支持全分布式点到点通信方式，利用所设计的载波传输节点可以灵活组成总线型、环型、树型等多种网络拓扑，还可组成自由拓扑结构的载波通信网。
（李剑峰）
