Pobierz prezentację - epsilon-x

Ko
pa
ln
ia
Do
ww świ
w. adc
KD za
BE lna
x. "B
eu A
RB
AR
A"
Koncepcja bezprzewodowego systemu
metanometrycznego
Program strategiczny pt. Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach
Zadanie nr 8 pt. „Opracowanie systemu gazometrycznego powodującego
natychmiastowe wyłączenie energii zasilającej maszyny i urządzenia w
przypadku nagłego wypływu metanu ze zrobów do wyrobisk eksploatacyjnych”
Stanisław Trzcionka
1
Ko
pa
Zagrożenie metanowe
ln
ia
W latach 2002 do
miejsce 24 wypadki
Do
ww świ miały
2011 w podziemiach kopalń
w. adc
KD metanu
za
związane z pojawieniem się
BE lna
w wyrobiskach.
x. "B
eu A
RB
AR
W wypadkach tych zginęły 62 osoby a 75 odniosło ciężkie
obrażenia ciała.
W kopalniach metanowych pracują stacjonarne systemy
obsługujące od kilkudziesięciu do kilkuset czujników,
nadzorowane przez specjalne służby.
Dlaczego tak często dochodzi do wypadków związanych
z metanem?
2
A"
Ko
pa
Rozkłady metanu w zrobach
ln
ia
Dodla ściany
Teoretyczny rozkład strefy wysokometanowej w zrobach
ww świ
podłużnej przewietrzanej w układzie „U po caliźnie”
w. adc
KD za
BE lna
x. "B
eu A
R
BA
RA
"
Teoretyczny rozkład strefy wysokometanowej w zrobach dla ściany przewietrzanej
w układzie na „Z z odprowadzaniem powietrza zużytego po caliźnie”
3
Ko
pa
Zabezpieczenie przed wybuchem
ln
ia
•
Do
wi
ww śsię
W kopalniach silnie metanowych pojawienie
w. adc
w wyrobisku stężeń metanu mieszczących sięKD zal
BE na
w przedziale wybuchowości jest prawdopodobne.x.e "B
u A
• W procesie urabiania węgla, gdzie stosowane są
urządzenia elektryczne i nieelektryczne dużej mocy,
całkowita eliminacja źródeł energii umożliwiających
inicjacje wybuchu metanu jest niemożliwa.
RB
AR
A"
Koncepcja ochrony przed zagrożeniem wybuchem metanu
skupia się na ograniczeniu lub eliminacji jednoczesnego
wystąpienia inicjału i stężeń wybuchowych. Urządzeniami
zabezpieczającymi przed taką koincydencją są stacjonarne
systemy metanometryczne
4
Ko
Zapisy metanometrii stacjonarnej podczas
wybuchu
pa
ln
metanu
ia
Do
ww świ
w. adc
KD za
BE lna
x. "B
eu A
RB
AR
A"
5
Ko
Zapisy metanometrii automatycznej podczas
wybuchu
pa
ln
metanu
ia
Do
ww świ
w. adc
KD za
BE lna
x. "B
eu A
RB
AR
A"
6
Ko
pa
ln
ia
Do
ww świ
w. adc
KD za
BE lna
x. "B
eu A
RB
AR
A"
7
Ko metanometrii
Ograniczenia funkcjonalne systemów
pa
ln
stacjonarnej
ia
Do
ww świ
w. adc
KD za
BE lna
x. "B
eu A
metanu w wyrobisku.
RB
AR
Szybkość reakcji na pojawienie się
Składowe czasu reakcji:
A"
 czas transportu gazu do miejsca zabudowy czujnika,
 czas wnikania gazu do komory pomiarowej czujnika oraz
inercja elementów detekcyjnych (t90),
 czas pomiędzy kolejnymi odpytaniami czujnika przez
system (repetycja pomiarów),
 czas reakcji układów wykonawczych.
8
Ko metanometrii
Ograniczenia funkcjonalne systemów
pa
ln
stacjonarnej
ia
Do
ww świ
Mechanicznie najsłabszym elementem toru pomiarowego
w. adc
za
jest linia zasilająco transmisyjna. Ogranicza onaKDmobilność
BE lna
czujników wiążąc je ze stałą instalacją. Jej zerwaniex.e "B
u AR
podczas wybuchu uniemożliwia śledzenie zmian
BA
R
koncentracji metanu w początkowej fazie akcji pożarowej. A"
Konkluzja
Jako uzupełnienie do eksploatowanych obecnie systemów
metanometrycznych należy wprowadzić systemy
zapewniające bezprzewodową transmisję danych
pomiędzy czujnikami zabezpieczającymi wyrobisko
a centralą lokalną, pełniąca rolę koncentratora danych
i stacji transmitującej je na powierzchnię, przy użyciu
tradycyjnych metod (przewody elektryczne lub światłowód).
9
Ko
pa
Zakres tematyczny projektu
ln
ia
1.
Do
św
Określenie najbardziej prawdopodobnychwmiejsc
ww iad
.K cz
dynamicznych wypływów metanu do wyrobiska,
DB aln
Ex a "
w różnych wariantach wentylacji:
.e BA
u
R
BA
− pomiary „in situ”,
RA
− symulacje komputerowe wspomagane modelowaniem. "
2. Opracowanie wymagań konstrukcyjnych,
metrologicznych i funkcjonalnych systemu:
− struktura systemu,
− określenie docelowych wartości istotnych parametrów
metrologicznych na poziomie możliwym do osiągnięcia
przy akceptowalnych kosztach,
− wybór optymalnego pasma transmisji radiowej
w warunkach wyrobisk podziemnych,
10
Ko
pa
Zakres tematyczny projektu
ln
ia
3.
−
−
Do
ww świ
Wykonanie prototypu systemu i przeprowadzenie
prób
a
w. dc
KD za
ruchowych:
BE lna
x. "B
wykonanie badań do certyfikacji WE,
eu A
RB
wykonanie badań bezpieczeństwa funkcjonalnego dla AR
poziomu SIL-2.
− sprawdzenie zasięgu i niezawodności transmisji
radiowej w warunkach silnego zapylenia.
4. Opracowanie propozycji zmian w przepisach górniczych
umożliwiających skuteczne włączenie opracowanego
systemu w strukturę istniejących zabezpieczeń
metanometrycznych.
11
A"
Ko
Struktura systemu metanometrycznego
pa
ln
z radiową transmisją danych
ia
Do
ww świ
w. adc
KD za
BE lna
x. "B
eu A
RB
AR
A"
Główne problemy techniczne:
 autonomia zasilania czujników i centrali CSR-1,
 zasięg i niezawodność transmisji radiowej
12
Czujnik
Ko
pa
ln
ia
Do
ww świ
w. adc
KD za
BE lna
x. "B
eu A
Zasada konwersji:
 katalityczny + termokonduktometryczny,
 absorpcja w podczerwieni IR (szerokopasmowy lub
LED),
Zasilanie:
 wewnętrzna bateria akumulatorów 3.7 V,
 autonomia min 7 dni.
Dwukierunkowa transmisja radiowa:
 WiFi w paśmie 2.4 GHz (IEEE 802.11),
 800 MHz w układzie mesh.
Oznakowanie I M1 Ex ia I
RB
AR
A"
13
Ko
pa
Centrala lokalna CSR-1
ln
ia
Do
ww świ
Pojemność – 8 czujników z możliwością rozbudowy
do 16
a
w d
(repetycja odpytywania 0.5 s). .KD czal
BE na
"B
Zasilanie – zewnętrzny zasilacz iskrobezpieczny 15x.V
eu DC,
AR
BA
z podtrzymaniem bateryjnym min 7 dni.
R
A"
Komunikacja z centralą powierzchniową poprzez linię
telemetryczną:
 protokół centrali CST40,
 RS 422/ 485 z innymi centralami.
Elementy sygnalizacyjne, manipulacyjne i złącza:
 wyświetlacz LCD (wyniki i komunikaty),
 Przycisk do przewijania ekranów,
 Dwa złącz UW i zasilająco transmisyjne.
14
Ko
pa
Struktura funkcjonalna kanału pomiarowego
ln
ia
Do
ww świ
w. adc
KD za
BE lna
x. "B
eu A
RB
AR
A"
15
Ko
pa
Bezpieczeństwo funkcjonalne
ln
ia
Do
ww świ
w. adc
2, KDB zaln
Ex a "
.e BA
u
Funkcje bezpieczeństwa:
 wyłączanie energii elektrycznej – SIL-C
 wizualizacja danych – SIL-C 1,
RB
AR
 alarmowanie ostrzegawcze – SIL-C 1.
A"
Zachowanie systemu w warunkach uszkodzenia
niebezpiecznego:
 uruchomienie automatyczne lub przez dyspozytora
działań w celu osiągnięcia stanu bezpiecznego,
 Sygnalizacja informująca dyspozytora o konieczności
zwiększenia częstotliwości pomiarów przyrządami
ręcznymi w zagrożonym rejonie.
16
Ko
pa
Bezpieczeństwo funkcjonalne – funkcja
„wyłącz”
ln
ia
Do
ww świ
Czujnik.
w. adc
KD za
SILC 2: Czujnik powinien spełniać wymagania mających zastosowanie
BE lna
norm metrologicznych a onserwację należy wykonywać zgodnie
x. "z
eu BA
instrukcjami wytwórcy.
RB
AR
Kalibracja każdego kanału pomiarowego metanu powinna być
wykonywana raz w tygodniu i każdorazowo po pracach związanych
z uszczelnianiem zrobów.
A"
Centrala CSR-1
SILC 2. Środki użyte do detekcji uszkodzenia transmisji danych
powinny zawierać takie dane jak numerowanie następcze telegramów,
komunikat „time out”, identyfikację nadawcy i zabezpieczenie kodu
Minimalny czas odpowiedzi, w wyniku detekcji uszkodzeń, nie powinien
przekraczać 4 s. W przeciwnym razie odpowiednie moduły, a jeżeli jest
to konieczne cały system, powinien wykonać funkcję „wyłącz”.
17
Ko
pa
Bezpieczeństwo funkcjonalne – funkcja
„wyłącz”
ln
ia
Do
ww świ
Komputer centrali
w. adc
KD za
 przetwarzanie sygnału
BE lna
SILC 2: W przypadku przetwarzania danych w jednostce sterującej
x. "B
eu A
RB
należy tak dobrać formaty danych i precyzję z jaką obliczane są
A
wartości, by żadne błędy wynikające z przetwarzania nie były większe RA
"
niż 0,05 % v/v metanu. Podczas przetwarzania komputer powinien
kontrolować automatycznie wybrane wejście, wyjście i, tam gdzie jest
to wskazane, wewnętrzny zakres danych oraz obsługiwać
przekroczenia zakresu.
 Obliczanie wartości mierzonej.
SILC 2: Podczas pomiarów maksymalny czas pomiędzy kolejnymi
pomiarami wartości mierzonej nie może przekraczać 2 s.
 Stan specjalny
Stan specjalny musi być stanem bezpiecznym procesu oraz systemu
SRECS.
18
Ko
pa
Bezpieczeństwo funkcjonalne – funkcja
„wyłącz”
ln
ia
Do
 Oszacowanie wartości sygnału
ww świ
w. adc
SILC 2: Po stwierdzeniu przekroczenia wartości progowejKpowinna
DB zaln
zostać wykonana akcja (ostrzeganie lub funkcja „wyłącz”). Funkcja
Ex a "
B
wyłącz może być wykonana również w oparciu o zdefiniowaną.eu AR
uprzednio matrycę wyłączeń. Matryca powinna obejmować czujniki BAR
A"
znajdujące się w tej samej grupie pomiarowej.
 Wyjście decyzyjne
SILC 2: Sygnały (defektów lub alarmów) należące do pojedynczego
punktu pomiarowego powinny uruchamiać związane z nim wyjście
decyzyjne.
Sygnały należące do kilku punktów pomiarowych mogą być powiązane
w jeden sygnał lub uruchamiać wyjście decyzyjne wszystkich
związanych z nimi punktów pomiarowych, które są powiązane w
matrycy wyłączeń. Wyjścia decyzyjne i stan połączenia z elementem
wykonawczym powinny być regularnie sprawdzane lub monitorowane
w sposób ciągły.
19
Ko
pa
ln
ia
Do
ww świ
w. adc
KD za
BE lna
x. "B
eu A
RB
AR
A"
Dziękuję za uwagę
20