Chương 2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC KHÍ MỎ ĐANG DÙNG
2.1. Khái quát chung về hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung
2.2.4 Giới thiệu hệ thống quan trắc khí mỏ do hãng KCME-Nhật Bản chế tạo
Hệ thống quan trắc khí mỏ tập trung tự động do hãng KCME Nhật Bản sản xuất đã được lắp đặt tại Công ty TNHH MTV than Mạo Khê-Vinacomin và đi vào hoạt động từ tháng 10 năm 2010. Cho đến nay, hệ thống đang hoạt động ổn định, đảm bảo yêu cầu trong công tác quản lý khí mỏ.
Hệ thống giám sát khí mỏ tập trung tự động THY là hệ thống đồng bộ từ máy tính điều khiển, bộ nhận dữ liệu, các bộ xử lý và truyền dữ liệu đặt trong lò (Transmitter) tới các đầu đo đặt ở các vị trí cần kiểm soát.
Hệ thống sử dụng tiêu chuẩn truyền thông RS-485, do vậy các đường truyền ra của các transmitter được đấu song song trên một đôi dây để truyền và nhận tín hiệu từ máy tính chủ. Hệ thống sử dụng nguyên tắc truyền thông trên sẽ rất nguy hiểm khi đôi dây truyền thông xuống lò đến các transmitter bị đứt vì bất cứ lý do gì, khi này sẽ mất truyền thông lên máy chủ và tại phòng giám sát trung tâm không theo dõi được nồng độ khí, gió v.v.. dưới lò cho tới khi sự cố đứt đường truyền được sử lý. Các thông tin về tình trạng khí, gió trong lò được hiển thị và cảnh báo nguy hiểm tại chỗ và truyền về Transmitter, từ đây thông tin được truyền về máy
51
tính chủ để xử lý và lưu trữ và đưa ra cảnh báo bằng âm thanh và ánh sáng. Sơ đồ khối hệ thống thể hiện trên hình 2.44.
Hình 2.44: Sơ đồ khối hệ thống THY-2000 tại Mạo Khê Chú thích:
Đầu đo khí mêtan MS-08-01.
Bộ truyền và sử lý tín hiệu Transmitter TM-08-01.
52 2.2.4.1 Hệ thống thiết bị trên mặt bằng.
Hệ thống trên mặt bằng của hệ thống THY-2000 mô tả trên hình 2.45.
Hình 2.45: Sơ đồ khối trên mặt bằng của hệ thống THY-2000 1. Máy tính chủ.
Sử dụng để cài đặt phần mềm điều khiển hệ thống, xử lý dữ liệu từ các Transmitter gửi tới và truyền ngược trở lại xuống lò.
2. Máy tính khách giám sát.
Chương trình máy con giám sát sử dụng như sau:
- Cài đặt khai báo các thông số cho từng đầu đo;
- Quan sát vị trí cụ thể của các đầu đo trên đường lò;
- Giám sát giá trị đo hiện tại của các đầu đo;
- Kiểm tra biểu đồ xu hướng nồng độ khí theo thời gian hiện tại và quá khứ.
53 3. Máy tính khách quan sát.
Máy tính khách quan sát được đặt ở văn phòng của Công ty, chỉ có thể quan sát mà không thể can thiệp được vào cấu hình hệ thống, các màn hình giao diện hoàn toàn tương đương với máy tích khách giám sát. Máy tính này kết nối với hệ thống máy tính chủ thông qua mạng LAN và modem router.
4. Thiết bị thu tín hiệu MP-6.
Lắp đặt tại phòng giám sát trung tâm dùng để nhận, xử lý thông tin gửi về từ các Transmitter, sau đó tín hiệu sẽ được gửi đến máy tính chủ. Một thiết bị MP-6 có thể kiểm soát đồng thời 10 Transmitter.
Thiết bị MP-6 có thể xem trên hình 2.46.
Hình 2.46: Thiết bị thu phát tín hiệu MP-6
Thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị thu phát tín hiệu MP-6 trong bảng 2.8. Bảng 2.8
Nguồn điện 127/220 VAC
Dòng điện tiêu thụ < 0.2 A
Phương thức truyền tin với Transmitter RS485 Kiểu truyền đạt dữ liệu Hỏi - Trả lời
Tốc độ truyền 1200 bps
Thời gian truyền tín hiệu <15 s
Tiêu chuẩn truyền thông với máy chủ RS-232C 8 bit
Kích thước 490 x 99 x 320 mm
Khối lượng 6kg
54 2.2.4.2 Các thiết bị trong lò.
1. Bộ truyền và xử lý tín hiệu (Transmitter) loại TM - 08 - 01 (hình 2.47).
Dùng để xử lý, điều khiển và truyền tín hiệu về phòng giám sát trung tâm.
Thông số kỹ thuật cơ bản của Transmitter loại TM-08-01 trong bảng 2.9.
Bảng 2.9
Model TM-08-01
Dạng bảo vệ nổ ExdiaI
Điện áp nguồn cung cấp (127 ~ 220) Vac ±10%.
Điện áp đầu ra An toàn tia lửa, 15 Vac; 60 mA
Dòng cung cấp ra An toàn tia lửa, Imax < 1 Adc
Công suất tiêu thụ Nhỏ hơn 15VA
Số cổng kết nối với đầu đo 04 cổng
Số lượng đầu vào của tín hiệu on - off 04 cổng Số lượng đầu ra của tín hiệu liên động cắt điện 04 cổng Chiều dài lớn nhất tuyến cáp truyền tín hiệu từ
Tranmitter về phòng giám sát trung tâm 8km
Phương thức truyền RS-485
Hiển thị cảnh báo Led màu đỏ
Ắc quy lưu điện 2800mAH Ni-Cd, 1.2V×16 cell
Thời gian lưu điện 2 giờ
Hình 2.47: Bộ xử lý và truyền tín hiệu (Transmitter) loại TM-08-01
55
Các chức năng chính của Transmitter như:
- Cung cấp nguồn cho các đầu đo, truyền đa năng, có cấu trúc phòng nổ dạng
“d” và an toàn tia lửa dạng “ia”;
- Là thiết bị xử lý và truyền tín hiệu trong lò của hệ thống quan trắc khí mỏ, tín hiệu từ mỗi đầu đo được thu nhận về Transmitter và tự động truyền tới bộ thu nhận dữ liệu trên mặt bằng loại MP-6.
- Tín hiệu chuyển tiếp được truyền bởi bộ truyền tín hiệu số;
- Tín hiệu cảnh báo từ đầu đo truyền tới, đèn cảnh báo sẽ sáng nhấp nháy;
- Gửi tín hiệu cắt điện tới các áttomát để cắt điện nguồn cung cấp trong vùng có nguy hiểm về khí.
Sơ đồ đấu nối các Transmitter với các đầu đo có thể xem trên hình 2.48.
Hình 2.48: Mô hình kết nối cho 1 kênh đo từ MP-6, TM-08-01 và MS-08-01
56
2. Đầu đo khí mê tan loại MS-08-01 (hình 2.49).
Hoạt động trên nguyên lý quang học, vì vậy thông số đo được của đầu đo không chính xác do ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường, các khí như: CO, CO2….Có các chức năng như sau:
- Hiển thị tại chỗ nồng độ khí mêtan;
- Có thể cài đặt điểm nồng độ cảnh báo khí tùy ý;
- Khi nồng độ khí vượt quá ngưỡng đặt trước, đèn đỏ báo động và còi sẽ hoạt động, đồng thời truyền tín hiệu cảnh báo tới bộ transmitter.
Đặc tính kỹ thuật cơ bản của đầu đo khí mêtan loại MS-08-01 nêu trong bảng 2.10.
Bảng 2.10
Ký mã hiệu MS-08-01
Nguyên lý hoạt động Quang học
Phạm vi đo 0 ÷ 2%
Tín hiệu ra (4 ÷ 20) mA
Phạm vi nhiệt độ sử dụng (5 ÷ 40) oC
Cấu tạo phòng nổ Cấu tạo phòng nổ an toàn tia lửa ExiaI
Điện áp nguồn 15V
Dòng điện tiêu thụ < 60 mA
Nguồn điện sử dụng Nguồn điện an toàn tia lửa Kích thước lớn nhất 267 (W) x 196 (H) x 102 (D)mm
Trọng lượng Khoảng 4kg
Khoảng cách của đầu đo (với hộp điện nguồn)
Khi sử dụng cáp có thiết diện 2mm2 là 2km (điều kiện tốt nhất)
Đầu đo khí mêtan MS-08-01 sử dụng trong hệ thống được lắp đặt tại vị trí cần thiết để kiểm soát nồng độ khí mêtan cho mỏ hầm lò có khí và bụi nổ, chúng được cấp nguồn an toàn tia lửa từ bộ transmitter.
57
Hình 2.49: Đầu đo khí mê tan MS-08-01 3. Áttomát liên động cắt điện.
Khi có nồng độ khí vượt ngưỡng cắt điện, tín hiệu cắt điện từ bộ Transmitter sẽ gửi đến áttomát để cắt nguồn cung cấp điện cho các thiết bị điện hoạt động trong khu vực có nguy hiểm về khí. Các attomat sử dụng trong hệ thống tương tự như của hệ thống Ba lan đã giới thiệu trong hình 2.23.
2.2.4.3 Phần mềm hệ thống giám sát khí THY-2000.
THY-2000 là phần mềm được phát triển dựa theo thiết bị truyền nhận tín hiệu đa năng, trị số của các đầu đo, trạng thái các thiết bị trong lò được thu nhận thông qua các thiết bị truyền tải và được truyền tới máy tính chủ cho người vận hành quan sát. Ngoài ra, người vận hành có thể thiết lập cấu hình của hệ thống theo yêu cầu hiện tại và cắt điện các thiết bị trong lò bằng các thao tác điều khiển từ xa.
Phần mềm này sử dụng giao diện tiêu chuẩn Windows7. Cấu hình, các phương pháp thao tác được đơn giản hóa, dễ hiểu.
Hệ thống THY-2000 là hệ thống giám sát và điều khiển bằng máy tính gồm:
máy tính chủ và các máy tính khách được kết nối trong mạng LAN, phần mềm được cài đặt trong các máy tính và các thiết bị khác sẽ điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống.
Các chức năng của phần mềm trên máy tính.
- Trao đổi tín hiệu với các thiết bị trong lò, dữ liệu nhận được chuyển thành trị số đo và phát cảnh báo;
- Ghi các dữ liệu đo được và nhật ký cảnh báo vào cơ sở dữ liệu;
- Hiển thị trị số đo và các trạng thái hoạt động lên màn hình giám sát;
58
- Đưa ra lệnh cắt điện theo cấu hình cài đặt của người vận hành;
- Điều khiển thiết bị cảnh báo âm thanh, ánh sáng tại phòng giám sát;
- Sao chép tự động các dữ liệu hàng ngày vào ổ cứng ngoài.
Hình 2.50 mô phỏng cấu hình phần mềm điều khiển hệ thống.
Hình 2.50: Cầu hình phần mềm điều khiển hệ thống
Màn hình giám sát hiển thị chính của hệ thống.
Sau khi khởi động màn hình máy chủ sẽ hiển thị như hình 2.51.
Hình 2.51: Màn hình hiển thị chính
Chế độ hiển thị cắt điện.
Hiển thị toàn bộ các kênh đo đang làm việc và đã cắt điện các thiết bị trong lò do nồng độ khí đã vượt ngưỡng đặt trước được thể hiện trên hình 2.52.
59
Hình 2.52: Hiển thị kênh đo đã cắt điện
Chế độ sao chép dữ liệu.
Sao chép tự động hoặc sao chép bằng tay, hình 2.53 mô tả màn hình sao chép dữ liệu.
Hình 2.53: Màn hình sao chép dữ liệu
Thiết lập cấu hình của hệ thống và các kênh đo.
Nhân viên vận hành cần khai báo cấu hình của hệ thống gồm:
Khai báo bản đồ đường lò trong mỏ như trong hình 2.54.
Hình 2.54: Màn hình khai báo bản đồ đường lò
60
Tiếp theo phải khai báo các đầu đo giám sát tín hiệu analog (CH4) đang sử dụng trong hệ thống theo hướng dẫn của phần mềm. Sau đó, khai báo các kênh đo giám sát tín hiệu digital (quạt gió chính, truyến băng tải, trạm bơm nước chính, trạm điện trug tâm, trạm khí nén trung tâm v.v…) đang sử dụng trong hệ thống theo hướng dẫn của phần mềm như hình 2.55.
Hình 2.55: Màn hình khai báo các đầu đo giám sát tín hiệu analog, digital Sau khi các cấu hình đã được xác nhận, sẽ được chuyển sang máy chủ và hệ thống vận hành bình thường theo cấu hình mới.
Phần mềm hệ thống hoạt động ổn định tin cậy trong quá trình theo dõi vận hành. Đến nay, không có xuất hiện lỗi do phần mềm gây ra, phần mềm vận hành thuận tiện, dễ dàng. Với phần mềm và hệ thống mạng máy tính đang sử dụng, hệ thống có thể kết nối internet để giám sát từ xa.
Kiểm soát hệ thống thông tin trên máy chủ.
Kênh đo analog: Dùng để giám sát các đại lượng biến thiên liên tục trong môi trường khí mỏ như: đầu đo khí, gió, nhiệt độ v.v... Thông tin theo dõi trên máy chủ với thanh trạng thái như hình 2.56.
61
Hình 2.56: Thanh trạng thái của kênh đo analog Trên thanh cho chúng ta các thông tin sau:
- Cột đầu tiên chỉ trạng thái của kênh đo đang "on" (dấu ) hay "off";
- Cột thứ 2 chỉ vị trí của kênh đo tại Transmitter nào số bao nhiêu và kênh thứ bao nhiêu của transmitter đó;
- Cột thứ 3 chỉ tên của vị trí đặt đầu đo;
- Cột thứ 4 chỉ kiểu giám sát loại CH4, CO, O2, T0, %RH, Vgió ..vv;
- Cột thứ 5 chỉ trạng thái bình thường hay cảnh báo;
- Cột số 6 chỉ giá trị và trạng thái của tín hiệu đang giám sát;
- Cột số 7 chỉ trạng thái đang kiểm tra hay trạng thái nghỉ;
- Cột số 8 chỉ trạng thái hiển thị cắt điện;
- Cột số 9 chỉ thị cho phép cắt điện bằng tay của kênh đo tại phòng giám sát trung tâm theo lệnh của người vận hành.
Kênh đo digital: Dùng để giám sát trạng thái hoạt động của các thiết bị như:
trạm quạt gió, trạm bơm, trạm điện, băng tải v.v… có các đại lượng theo dõi dạng
"on" - "off" thông tin theo dõi trên máy chủ với thanh trạng thái như hình 2.57.
Trên thanh của kênh đo digitall cho thấy những thông tin:
- Cột đầu tiên chỉ trạng thái của kênh đo đang "on" (dấu ) hay "off";
62
- Cột thứ 2 chỉ vị trí của kênh đo tại Transmitter nào, số bao nhiêu và kênh thứ bao nhiêu của transmitter đó;
- Cột thứ 3 vị trí đặt đầu đo;
- Cột thứ 4 chỉ trạng thái đang giám sát "quay" hay "dừng";
- Cột thứ 5 chỉ trạng thái bình thường hay cảnh báo;
- Cột số 6 chỉ trạng thái của kênh đo đang giám sát;
- Cột số 7 chỉ trạng thái đang kiểm tra hay trạng thái nghỉ.
Hình 2.57: Thanh trạng thái của kênh đo digital
Như vậy, với các thông tin của kênh analog, digital được hiển thị trên máy chủ, người vận hành sẽ nắm bắt được tình trạng cụ thể của nồng độ khí, gió v.v…cũng như trạng thái hoạt động của các thiết bị trong lò, giúp cho quá trình điều độ sản xuất được hợp lý và an toàn.
Chương trình máy khách giám sát.
Màn hình giao diện toàn bộ đường lò mỏ (Hình 2.58), hiển thị các thông tin về đường lò, vị trí lắp đặt đầu đo, vị trí lắp đặt bộ transmitter v.v…
63
Hình 2.58: Màn hình giao diện hệ thống tại máy tính khách
Kiểm soát hệ thống thông tin trên máy tính khách quan sát.
Biểu tượng chỉ trạng thái kênh đo: Trên màn hình máy khách giám sát sẽ hiển thị sơ đồ đường lò, vị trí đặt, thông số và trạng thái của đầu đo trên kênh đo đang hoạt động. Xem hình 2.59.
Hình 2.59: Thông tin kênh đo trên bản đồ đường lò
64 Trên kênh đo cho thấy những thông tin:
- Ô số 1 chỉ trạng thái cắt điện khi nồng độ khí vượt ngưỡng đặt trước;
- Ô số 2 chỉ trạng thái hiện tại của kênh đo;
- Ô số 3 chỉ đại lượng giám sát (ví dụ CH4, CO, Vgió..vv);
- Ô số 4 chỉ giá trị hiện tại đang giám sát (ví dụ 0,67 %CH4).
Biểu đồ xu hướng của các kênh đo đang giám sát: Khi kích chuột vào biểu tượng của kênh đo trên bản đồ đường lò, biểu đồ xu hướng của kênh đo đó sẽ tự động xuất hiện ở bên phải phía trên màn hình. Trong ô này có thể hiển thị biểu đồ xu hướng của kênh đo. Biểu đồ xu hướng xem trên hình 2.60.
Hình 2.60: Biểu đồ xu hướng kênh đo
Từ các biểu đồ này kết hợp với quy trình công nghệ khai thác có thể đánh giá tình trạng của khí mê tan trong lò khi bắn mìn, hư hỏng đường ống gió, mất điện, hệ thống thông gió có vấn đề, tất cả những diễn biến đều được ghi lại có thể xem trong 3 dạng biểu đồ.
Hiện trạng xử lý tình huống.
Sau thời gian đưa vào sử dụng, các hệ thống giám sát khí tự động tập trung do hãng KCME- Nhật Bản chế tạo được lắp đặt tại Công ty than Mạo Khê đã nhiều lần phát hiện và ghi lại số liệu về nồng độ khí tăng cao. Các nhân viên vận hành đã
65
kịp thời thông tin, báo cáo lãnh đạo và có biện pháp xử lý đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất.
Bảng 2.11: Thống kê số lần hệ thống phát hiện nồng độ khí vượt ngưỡng nguy hiểm theo quy định.
STT Tên đơn vị Số lần vượt ngưỡng 1,3% CH4
Nồng độ khí lớn nhất 1 Công ty than Mạo Khê > 300 >10% CH4
Nhận xét
Sau vụ cháy nổ khí Mêtan tại Công ty than Mạo Khê năm 2009 làm chết 19 công nhân, Công ty đã được Nhật Bản đầu tư không hoàn lại một hệ thống giám sát khí mêtan tự động vào năm 2003, đến năm 2010 tiếp tục được mở rộng lắp đặt thêm một hệ thống giám sát mới cũng do Nhật Bản chế tạo. Do đó, mặc dù Công ty than Mạo Khê là mỏ có khí mêtan được sếp loại siêu hạng, nhưng nhờ có hệ thống giám sát khí đã giúp cho đơn vị làm chủ được tình hình và không để xảy ra hiện tượng cháy, nổ khí mêtan.