Giới thiệu hệ thống quan trắc khí KSP-2C do hãng C- 123docz.net

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

2.2.3 Giới thiệu hệ thống quan trắc khí KSP-2C do hãng Carboautomatyka-Ba Lan chế tạo

Ba lan là một nước có ngành công nghiệp điện tử phát triển, việc ứng dụng công nghệ giám sát vào quá trình sản xuất đã được sử dụng từ lâu trong các ngành

công nghiệp như là: sản xuất ôtô, nhà máy nhiệt điện... và đặc biệt là giám sát bầu không khí mỏ cũng như quan trắc quá trình sản xuất trong khai thác than hầm lò đã được ứng dụng từ những năm 80 của thế kỷ trước. Sơ đồ khối hệ thống quan trắc khí mỏ của Ba lan được mô tả trên hình 2.18.

Hình 2.18: Sơ đồ khối hệ thống giám sát khí mỏ loại KSP-2C

30 Chú thích:

1 - Tủ điều khiển trung tâm KSP-2C (hệ thống có thể kết nối tối đa 10 tủ qua mạng LAN).

2 - Bộ lưu điện 220 VAC -3kVA.

3 - Máy tính điều hành có kết nối với tủ quan mạng LAN.

4 - Hộp nối cáp có bảo vệ chống sét.

5 - Đầu đo khí CH4.

6 - Bộ phối hợp cắt điện an toàn tia lửa.

7 - Atomat liên động cắt điện.

8 - Đầu đo vận tốc gió.

9 - Đầu đo nhiệt độ.

10 - Đầu đo khí CO, CO2 O2, H2, NOx, %RH v.v…

11 - Hộp nối cáp có chống sét cho các loại đầu đo.

12 - Hộp nối cáp rẽ nhánh có bảo vệ chống sét.

13 - Hộp nối cáp trên trục chính có bảo vệ chống sét.

Hiện tại, ngoài việc sản xuất hệ thống giám sát khí mỏ phục vụ trong nước, Ba lan đã bán các hệ thống quan trắc cho một số khu vực khác nhau trên thế giới.

Năm 2007, hệ thống giám sát khí của Ba lan đầu tiên đã được đưa vào lắp đặt ở Việt Nam tại khu Yên Ngựa-Công ty than Thống Nhất, hệ thống có tên là: Hệ thống giám sát khí mỏ loại KSG-10 quản lý 10 kênh đo và có thể kết nối 10 tủ làm việc trong cùng một hệ thống.

Do nhu cầu của sản xuất, cũng như yêu cầu ngày càng cao trong công tác quản lý khí mỏ nhằm đảm bảo an toàn cho người lao động, nâng cao hiệu quả sản xuất, đến nay hệ thống KSG-10 với 10 kênh đo không còn phù hợp, do đó Ba lan đã phát triển hệ thống quan trắc mới có tên là KSP-2C với 40 kênh đo, và có thể kết nối 10 tủ làm việc trong cùng một hệ thống.

Cũng như các hệ thống khác, hệ thống KSP-2C gồm 2 phần chính: Phần trên mặt bằng và phần dưới lò. Các đầu đo, thiết bị dưới lò được kiểm soát bởi tủ điều khiển trung tâm KSP-2C đặt tại phòng giám sát trên mặt bằng. Tín hiệu từ thiết bị dưới lò gửi về tủ trung tâm thông qua tuyến cáp truyền dưới dạng tần số. Tủ điều khiển trung tâm cấp nguồn an toàn tia lửa cho các đầu đo dưới lò trên cùng một đường truyền tín hiệu.

Hệ thống được thiết kế làm việc 24/24h và 365 ngày trong năm, các đầu đo trong lò được cấp điện trực tiếp từ tủ KSP-2C thông qua tuyến cáp truyền, các kênh đo độc lập với nhau, tất cả các thiết bị của hệ thống được sản xuất để làm việc trong môi trường có khí và bụi nổ, các thiết bị kết nối với nhau thông qua cáp điện thoại loại chuyên dùng cho mỏ hầm lò.

Thông tin về các đại lượng giám sát trong lò được hiển thị và cảnh báo tại chỗ và truyền về tủ điều khiển trung tâm KSP-2C, do đó khi có bất kỳ một sự cố nào về khí, đường truyền, đầu đo, hệ thống sẽ phát hiện, điều khiển báo động và cắt điện các thiết bị trong khu vực để ngăn chặn nguy cơ cháy nổ khí.

2.2.3.1 Hệ thống thiết bị trên mặt bằng.

Mô hình chung hệ thống quan trắc khí mỏ KSP-2C đặt tại phòng giám sát trung tâm được mô tả trên hình 2.19.

Hình 2.19: Mô hình thiết bị chính tại phòng giám sát trung tâm KSP-2C

Switc

PC Solarris

PC Master Printer

Modem M

PC Client

Đầu đo trong lò Lmax 5km

UPS Online Lưới quốc gia Modem S

32 1. Tủ KSP-2C

Tủ điều khiển trung tâm KSP-2C là bộ phận chính của hệ thống giám sát khí mỏ, hệ thống hoạt động theo nguyên lý truyền tín hiệu đo sau khi chuyển đổi sang dạng tần số.

Thực hiện đo đạc với các thông số sau:

- Nồng độ Mêtan trong không khí, % (CH4)

- Nồng độ Oxitcacbon trong không khí, ppm (CO) - Nồng độ Oxy trong không khí, % (O2)

- Nồng độ Hydrogen, ppm (H2) - Hạ áp đường lò, hPa.

- Tốc độ gió trong đường lò, m/s - Nhiệt độ không khí trong lò 0C - Khác v.v…

Tủ có khả năng kết nối với các thiết bị thực hiện đo đạc thông số khác, với điều kiện những thiết bị này có khả năng truyền tín hiệu tần số đã được mã hoá đồng bộ với tủ điều khiển ở trung tâm KSP-2C.

Thông qua hệ thống này khi cần thiết ta có thể chuyển tín hiệu báo động cắt điện của một kênh đo nào đó từ tủ điều khiển trung tâm KSP-2C đến bất kỳ kênh đo nào khác trong hệ thống.

Tủ điều khiển KSP-2C có 3 ngưỡng báo động riêng biệt:

- Báo động cảnh giới AO.

- Báo động nguy hiểm AG.

- Báo động sự gia tăng nồng độ khí APS.

Các tín hiệu báo động cả âm thanh, ánh sáng và gửi tín hiệu cắt điện đến cơ cấu chấp hành để cắt điện thiết bị điện nằm trong vùng nguy hiểm cần cắt điện.

Việc kết nối với máy tính có thể thực hiện qua 02 cổng mạng LAN và 02 cổng tiêu chuẩn RS232, do vậy rất thuận tiện cho việc kết nối và thực hiện các yêu cầu khác của hệ thống.

Tủ điều khiển trung tâm KSP-2C xem hình 2.20.

Hình 2.20: Tủ điều khiển trung tâm KSP-2C

* Các thông số kỹ thuật.

- Nguồn cấp: 220V÷240V/50Hz

- Công suất tiêu thụ: Tối đa 280VA khi kết nối với 40 kênh đo - Số lượng các kênh đo độc lập: 40

- Điện trở cho phép tối đa của cáp kênh đo: 750Ω - Thời gian kết nối trên một kênh đo: 1.5s

- Thời gian cho một chu kỳ tự động: 8s

Điều kiện môi trường để các thiết bị của hệ thống hoạt động tốt và ổn định cụ thể như sau:

- Nhiệt độ không khí: 10÷300C

34 - Độ ẩm không khí: (40÷90)%

- Không bị va đập và rung 2. Các thiết bị phụ trợ

Các thiết bị phụ trợ gồm có:

- Thiết bị lưu điện loại C-3KS có các thông số cơ bản như sau:

Điện áp 220 VAC.

Công suất 3 kVA.

Ắc quy 96 Vdc -100 Ah.

- Hộp nối cáp có thiết bị bảo vệ chống sét.

- Máy tính điều hành PC với hệ điềuh hành Windows XP có bản quyền.

Các thiết bị khác để tạo thành mạng LAN.

2.2.3.2 Hệ thống thiết bị trong lò.

1. Một số loại đầu đo khí .

Các đầu đo sử dụng trong hệ thống được lắp đặt để kiểm soát khí, gió cho mỏ hầm lò có khí và bụi nổ, gửi tín hiệu cắt điện đến các aptomat liên động cắt điện khi nồng độ khí vượt ngưỡng báo động. Đầu đo có thể làm việc độc lập hoặc đồng bộ cùng với tủ điều khiển trung tâm KSP-2C.

Căn cứ vào Quy chuẩn Việt Nam: QCVN01: 2011/BCT ban hành năm 2011, căn cứ vào quy trình công nghệ khai thác, điều kiện địa chất, vào tình trạng khí, gió của từng đơn vị cụ thể, tại vị trí hợp lý đảm bảo yêu cầu quản lý khí mỏ, người có chức năng và lãnh đạo đơn vị sẽ bố trí lắp đặt loại đầu đo và số lượng đầu đo một cách thích hợp.

Ngoài việc đo lường và gửi tín hiệu lồng độ khí, gió đo được tại vị trí đo về tủ điều khiển trung tâm KSP-2C trên mặt bằng để nhân viên vận hành lắm bắt được, đầu đo còn phát tín hiệu cảnh báo bằng âm thanh và ánh sáng để cảnh báo đến những người làm việc xung quanh lắm bắt được khi nồng độ khí tại vị trí lắp đặt vượt ngưỡng báo động đặt trước.

Một số loại đầu đo khí, gió được mô tả trên hình 2.21, thông số kỹ thuật các đầu đo lắp đặt trong hệ thống KSP-2C nêu trong bảng 2.6.

35 Bảng 2.6

Chỉ tiêu

Loại đầu đo, thông số Đầu đo khí mêtan Đầu đo khí

CO Đầu đo tốc độ gió Đầu đo hạ áp

Model SC-CH4 SC-CO MPP CPRC-1

Nguồn cung cấp

Ắc quy bên trong, tủ điều khiển KSP-2C, nguồn

độc lập

Ắc quy bên trong, tủ điều

khiển KSP- 2C, nguồn độc lập

Ắc quy bên trong, tủ điều khiển KSP- 2C, nguồn độc lập

Từ tủ điều khiển trung tâm KSP- 2C, nguồn độc lập

Nguyên tắc hoạt động

Đốt xúc tác dải (0÷5)%CH4

Truyền nhiệt dải (5÷100)% CH4

Điện hóa Cánh quạt Áp suất

Phương

thức đo Liên tục Liên tục Liên tục Liên tục

Tín hiệu ra

Tần số:

(5÷12)kHz.

Điện áp:

(0,4÷2,0)Vdc.

Dạng số: FSK.

Tần số:

(5÷12)kHz.

Điện áp:

(0,4÷2,0)Vdc.

Dạng số:

FSK.

Tần số:

(8-12)kHz, Dòng điện: (4÷20)mA,

Điện áp:

(0,4÷2,0)Vdc, Dạng số: RS485

(5 ÷ 12)kHz

Dải đo (0÷100)% CH4

(0÷200)ppm, (0÷1000)ppm

±(0,2  20) m/s,

±(0,2÷5)m/s (0 ÷ 10) kPa Hiển thị Dạng số %CH4

Dạng số ppp

CO Không Dạng số kPa

Ngưỡng đặt báo động

Hai ngưỡng AO và AG. Âm thanh, ánh sáng

Hai ngưỡng AO và AG Âm thanh, ánh sáng

Không Không

Điều kiện làm việc

Nhiệt độ:

(0÷40) 0C; Độ ẩm

<95%RH không ngưng tụ hơi

nước

Nhiệt độ:

(0÷40)0C; Độ ẩm <95%RH không ngưng tụ hơi nước

Nhiệt độ: 050oC;

Độ ẩm: đến 95%RH không ngưng tụ hơi nước

Nhiệt độ: 0  50oC; Độ ẩm:

đến 95%RH Dạng

bảo vệ nổ

I M1 Ex ia I, II 2G Ex ia II T4

I M1 Ex ia I, II 2G Ex ia II

EexiaI GX-146/95 I M1 Ex ia I, II 2G Ex ia II T4

36 Kích

thước 169x9x55 mm 169x90x55

mm 342x180x196mm 100x800x50mm Trọng

lượng 1kg 1kg 5,5 kg 0.5kg

Sản xuất Ba Lan Ba Lan Ba Lan Ba Lan

Đầu đo khí mê tan loại SC-CH4 Đầu đo khí Oxitcacbon loại SC-CO

Đầu đo vận tốc gió loại MPP

Đầu đo hạ áp mạng gió loại CPRC-1 Hình 2.21: Một số loại đầu đo khí lắp đặt trong hệ thống KSP-2C 2. Atomat liên động cắt điện

Tại khu vực khai thác, các lò chuẩn bị trong than khi khí Mêtan vượt ngưỡng báo động, hệ thống cảnh báo khí Mêtan sẽ tự động gửi tín hiệu cắt điện nguồn cung cấp hạ áp cho các thiết bị điện hoạt động trong khu vực có khí mà thiết bị cảnh báo kiểm soát, trừ hệ thống quạt gió không bị cắt điện.

Sơ đồ khối nguyên lý cắt điện các khu vực thể hiện trên hình 2.22

Hình 2.22: Sơ đồ khối nguyên lý cắt điện các khu vực

Đầu đo có mạch cắt là dạng an toàn tia lửa vì vậy các atomat liên động cắt điện phải là loại có các mạch cắt tự động từ xa an toàn tia lửa, hoặc sử dụng các loại atomat bình thường phải có bộ phối hợp cắt điện an toàn tia lửa.

Một kiểu attomat được sử dụng trong hệ thống giám sát khí mỏ có thể xem trên hình 2.23.

Hình 2.23: Atomat liên động cắt điện loại KBJ-350 2.2.3.3 Giới thiệu về phần mềm giám sát khí mỏ (mêtan8k6).

Phần mềm giám sát khí mỏ cho cả hệ thống được cài đặt trên máy tính điều hành, có thể kiểm soát được 10 tủ KSP-2C, từ máy tính điều hành thực hiện việc cài đặt cấu hình của tất cả hệ thống (không cần can thiệp vào tủ KSP-2C).

Phần mềm giám sát khí mỏ có khả năng xử lý các tín hiệu analog và digital từ các kênh đo trong lò với các thông số đo như: hàm lượng khí CH4, CO, CO2, O2, tốc độ gió, nhiệt độ không khí v.v... và các thông số on-off của các thiết bị lắp đặt trong lò. Hệ thống có thể tiếp nhận tín hiệu từ các đầu đo các đại lượng khác nếu

Cáp liên động cắt điện từ đầu đo tới

Tuyến cáp (0,4~0,69)kV tới

Bộ phối hợp cắt điện an toàn tia lửa

Atomat cắt điện

Tới các thiết bị được cắt

như cấu trúc của nó cho phép truyền tải tín hiệu mã hóa dạng tần số đồng bộ với tủ KSP-2C. Phân mềm hệ thống có thể thực hiện chức năng cơ bản như sau:

+ Cài đặt cấu hình kênh đo;

+ Lưu trữ, hiển thị các số liệu giám sát được;

+ Gửi tín hiệu điều khiển cắt điện đến cơ cấu chấp hành;

+ Hệ thống có thể gửi tín hiệu báo động từ một kênh đo này tới bất kỳ một kênh đo khác trong hệ thống;

+ Nhiều chức năng khác hỗ trợ công tác kiểm soát khí mỏ.

Ngoài ra, máy tính công nghiệp được lắp đặt trong tủ KSP-2C cũng được cài phần mềm, về cơ bản cũng giống như phần mềm metan8k6 được cài trên máy tính điều hành, vì vậy nhân viên có thể cài đặt các cấu hình cũng như can thiệp vào hệ thống trực tiếp trên các tủ điều khiển không phải qua máy tính điều hành (đây là ưu điểm của hệ thống khi hệ thống mạng máy tính bị hư hỏng).

Màn hình giao diện chính của phần mềm xem trên hình 2.24.

Hình 2.24: Màn hình dao diện chính của phần mềm

Trên màn hình chính hiển thị đầy đủ các thông số về trạng thái, cấu hình kênh đo, thông số cài đặt... Đối với mỗi kênh đo sẽ hiển thị các thông số cụ thể như hình 2.25.

Hình 2.25: Các thông số cho kênh đo trên màn hình

Bên cạnh đó ta còn xem được biểu đồ xu hướng của nồng độ khí được hiển thị theo 02 dạng được thể hiện ở hình 2.26 và hình 2.27.

Hình 2.26: Dạng biểu đồ số 1

Hình 2.27: Dạng biểu đồ số 2

Biểu đồ vẽ nồng độ khí được giám sát

Biểu đồ vẽ nồng độ khí CH4

Lệnh cắt điện đã được truyền đi Nồng độ khí đo được

Hiển thị tốc độ gió

Hiển nồng độ khí CO

Hiển nồng độ khí CH4 Giá trị đặt báo

động AG Giá trị đặt báo

động AO Giá trị đặt báo

động APS

Số thứ tự kênh đo

Lúc này trên màn hình hiển thị của máy tính giám sát sẽ hiển thị giá trị nồng độ khí và lệnh cắt điện đã được truyền đi được thể hiện như hình 2.25.

Từ màn hình chính của phần mềm, sử dụng chuột để cài đặt tất cả các ứng dụng của phần mềm, như: loại đầu đo, giá trị báo động mức AO, AG, APS, vị trí lắp đặt, liên kênh cắt điện.... và nhiều chức năng khác của phần mềm.

1. Thanh menu và biểu tượng thao tác.

Thanh menu chính dạng text như hình 2.28 dưới đây dùng để truy cập vào phần mềm của hệ thống, khi sử dụng kích chuột vào các tên menu cần thiết, thanh menu đổ xuống và có thể chọn theo yêu cầu, màn hình yêu cầu hiện ra và người vận hành có thể lựa chọn.

Hình 2.28: Thanh menu chính dạng text

Bên dưới của thanh menu chính là thanh các biểu tượng sử dụng để truy cập nhanh như hình 2.29.

Hình 2.29: Thanh biểu tượng truy cập nhanh

Do sự thuận tiện của thanh biểu tượng mà trong thực tế vận hành, nhân viên vận hành thường sử dụng các biểu tượng này.

2. Biểu tượng sử dụng khi in báo cáo.

Để xem các bản báo cáo trước khi in và in các báo cáo, nhân viên vận hành kích chuột vào biểu tượng như hình sau , sau đó giao diện của bản in sẽ được hiện ra như hình 2.30.

Hình 2.30: Màn hình kiểm tra dư liệu trước khi in 3. Biểu tượng để chọn các báo cáo.

Biểu tượng được sử dụng để xem báo cáo kết quả của hệ thống hoặc kênh đo theo thời gian đặt trước khi kích chuột vào biểu tượng sẽ hiện ra để lựa chọn ngày, giờ báo cáo được thể hiện ở hình 2.31.

Hình 2.31: Màn hình lựa chọn ngày giờ báo cáo 4. Biểu tượng cài đặt cấu hình.

Biểu tượng sử dụng để thao tác ”on –off”, cài đặt các cấu hình, cũng như giải chú thích những sự kiện đã xảy ra tại kênh đo.

Kích chuột vào kênh đo đã được lắp đặt đầu đo, sau đó kích vào biểu tượng nút bấm để ”on – off” kênh đo, tiếp tục kích chuột vào biểu tượng mũi tên màn hình giao diện sẽ hiện ra cho người vận hành cài đặt các cấu hình kênh đo bao gồm: Loại

đầu đo, chế độ giám sát, giá trị báo động và cắt điện, gửi tín hiệu cắt điện tới các kênh khác và các thuộc tính khác, từ đây nhân viên vận hành có thể đặt các thông số cần thiết (12 thông số) cho các kênh đo thể hiện trên hình 2.32.

Hình 2.32: Màn hình giao diện để cài đặt các cấu hình của kênh đo

Trong quá trình vận hành khi có sự kiện mà hệ thống giám sát được (ví dụ vượt ngưỡng báo động) nhân viên vận hành phải kiểm tra xác minh và chú giải vào hệ thống khi đó kích vào biểu tượng ”dấu hỏi” màn hình giao diện như trên hình 2.33 sẽ hiện ra để người vận hành chú giải vào máy tính, các chú giải này được lưu giữ như các dữ kiệu đo.

Hình 2.33: Màn hình giao diện để chú giải các sự kiện xảy ra của kênh đo

43 5. Màn hình thể hiện cảnh báo.

Khi kích chuột vào biểu tượng trên màn hình máy tính sẽ suất hiện màn hình báo động như hình 2.34.

Hình 2.34: Màn hình cảnh báo của hệ thống

Trên màn hình này tất cả các cảnh báo đã xảy ra (tại thời điểm quan sát hiện tại của nhân viên vận hành đã hết các cảnh báo này) các ô màu đỏ, đỏ vàng, màu tím và màu xanh Blue tùy theo cảnh báo đã xảy ra sẽ sáng và nhấp nháy, những thông báo này bắt buộc nhân viên vận hành phải xác nhận đã biết có các cảnh báo đã xảy ra và các cảnh báo chỉ thôi sáng và nhấp nháy khi người vận hành kích chuột vào biệu tượng , các ô sáng và nhấp nháy lại xuất hiện khi có cảnh báo xảy ra ở bất kỳ một kênh đo nào.

6. Kiểm tra gửi tín hiệu cắt điện.

Khi muốn kiểm tra tín hiệu báo động cảnh báo (AO) và báo động cắt điện (AG) từ một kênh được gửi tới những kênh nào trong hệ thống, người vận hành kích chuột vào một trong các biểu tượng khi đó màn hình chỉ rõ đường gửi tín hiệu cắt điện từ một kênh tới các kênh đo khác như hình 2.35.