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
2.2.1 Giới thiệu hệ thống quan trắc khí mỏ do Hoa Kỳ sản xuất
Hoa kỳ là đất nước có nền khoa học kỹ thuật, ngành khai thác than hầm lò phát triển, có nhiều loại hệ thống quan trắc khí mỏ được sản xuất và sử dụng tại Hoa Kỳ, sau đây giới thiệu hệ thống đặc trưng do hãng AMR sản xuất (Hình 2.2).
Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống giám sát khí mỏ do Hoa Kỳ sản xuất Hệ thống giám sát tập trung do hãng AMR Hoa Kỳ sản xuất được sử dụng nhiều ở Hoa Kỳ và các nước khác, đây là hệ thống đa năng với nhiều đối tượng giám sát như: cảm biến khí mê tan, CO...
18 2.2.1.1 Đặc điểm của hệ thống.
Đặc điểm chung của hệ thống giám sát:
- Quản lý các đối tượng trong hệ thống theo dạng địa chỉ trực tiếp từ máy tính điều khiển trung tâm đặt trên mặt bằng;
- Các đầu đo giám sát dưới hầm lò, thiết bị trong hệ thống được đấu trực tiếp tới đường truyền thông tin RS-485;
- Trên đường truyền có các bộ lặp tín hiệu với khoảng cách 1,5km;
2.2.1.2 Một số đầu đo khí sử dụng trong hệ thống.
1. Đầu đo khí mêtan loại MC-4107 (hình 2.3).
Hình 2.3: Đầu đo khí CH4 loại MC-4107
Các thông số kỹ thuật cơ bản của đầu đo khí CH4 loại MC-4107 được nêu trong bảng 2.1.
Bảng 2.1
Model MC – 4107
Điện áp hoạt động (12 ÷ 28)Vdc
Dòng tiêu thụ (25 ÷ 40)mAdc
Dải đo 5% CH4 hoặc 100 LEL
Nguyên tắc hoạt động Đốt xúc tác
Ngưỡng cảnh báo Có 2 mức cảnh báo có thể đặt trước
Tín hiệu ra (0,1 ÷ 3,0) Vdc
Phương thức giao tiếp Giao tiếp truyền thông RS - 485
19
Đầu đo hoạt động trên nguyên tắc đốt xúc tác nên kết quả đo không bị ảnh bởi các khí CO, CO2….Đầu đo có dải đo thấp do đó không đáp ứng được việc kiểm soát liên tục, chính xác giá trị khí mêtan khi vượt quá dải đo.
2. Đầu đo khí độc NO, NO2, CO, SO2, H2S loại MC - 4210 (hình 2.4).
Các đầu đo này sử dụng để phát hiện các loại khí độc sinh ra trong hầm lò.
Với điều kiện khai thác ở Việt Nam (chủ yếu dùng phương pháp khoan nổ mìn) các đầu đo này có dải đo lớn nhất 50 ppm, do vậy không thể xác định chính xác giá trị của khí độc khi tiến hành nổ mìn.
Hình 2.4: Đầu đo các loại khí độc MC-4210
Các thông số kỹ thuật cơ bản của các loại đầu đo khí độc MC-4210 được nêu trong bảng 2.2.
Bảng 2.2
Thông số Loại đầu đo
CO NO NO2 SO2 H2S
Điện áp (Vdc) 12 ÷ 28 12 ÷ 28 12 ÷ 28 12 ÷ 28 12 ÷ 28
Dòng điện (mAdc) 25÷40 25÷40 25÷40 25÷40 25÷40
Dải đo (ppm) 50 50 50 50 50
Điểm cảnh báo (ppm) 10 15 5 15 15
Nguyên tắc hoạt động Điện hóa Điện hóa Điện hóa Điện hóa Điện hóa Tín hiệu ra (V) 0,1 ÷ 3,0 0,1 ÷ 3,0 0,1 ÷ 3,0 0,1 ÷ 3,0 0,1 ÷ 3,0 Giao tiếp truyền thông RS 485 RS 485 RS 485 RS 485 RS 485
Dạng bảo vệ nổ Exia Exia Exia Exia Exia
20 3. Thiết bị đóng cắt (Circuit Breaker).
Nhằm mục đích tăng cường an toàn cho thiết bị và đảm bảo an toàn cho người lao động, ngoài các đầu đo khí, hãng AMR còn có các Circuit Breaker (thiết bị đóng cắt) với nhiều chức năng khác nhau, cơ bản gồm:
- Bảo vệ chạm đất;
- Bảo vệ mất pha;
- Bảo vệ quá áp, quá dòng;
- Bảo vệ điện áp thấp;
- Bảo vệ quá nhiệt, quá tải;
Hình 2.5: Thiết bị đóng cắt CB-1000
Riêng với loại thiết bị đóng cắt CB-1000 được thể hiện ở hình 2.5 ngoài các chức năng ở trên, chúng còn được thiết kế để điều khiển động cơ.
Thông số kỹ thuật cơ bản của một số phiên bản thiết bị đóng cắt được nêu trong bảng 2.3.
Bảng 2.3
Danh mục CB100-300 CB100-450 CB100-600
Điện áp làm việc 1000VAC 1000VAC 1000VAC
Dòng làm việc 100-300A 100-450A 100-600A
Số lần đóng cắt tối đa
1.000.000 lần 1.000.000 lần 500.000 lần
21 4. Bộ kết nối truyền thông MC-4011.
Bộ kết nối truyền thông MC-4011 (Hình 2.6) là một bộ chuyển đổi tín hiệu truyền thông từ RS232 sang RS485. MC-4011 có khả năng điều khiển trong phạm vi 20.000 feet hay nhiều hơn tùy thuộc vào tiết diện của cáp và số đầu kết nối.
Chức năng của bộ MC-4011:
- Cấp nguồn cho các bộ cảm biến;
- Bảo vệ chống nhiễu cho đường truyền;
- Bảo vệ ngắn mạch cho nguồn;
- Điều khiển đường truyền thông.
Hình 2.6: Bộ kết nối truyền thông MC-4011 5. Bộ lặp MC-4040.
MC-4040 (Hình 2.7) sử dụng để phân nhánh và mở rộng đường truyền của hệ thống MC-400, được cấp nguồn tương tự như MC-4210. Một số đặc trưng và thông số kỹ thuật:
- 2 đầu vào tương tự 4~20mA hoặc 0~5V;
- 2 đầu ra điều khiển 100mA ở 28VDC;
- Cấp nguồn qua đường truyền thông (hoặc cấp nguồn độc lập 120VAC);
- Có địa chỉ từ 1 đến 99.
22
Hình 2.7: Bộ lặp MC-4040 6. Trạm vận hành từ xa MC-4025.
Trạm vận hành từ xa MC-4025 (hình 2.8) được chế tạo trên cơ chế đánh địa chỉ trong hệ thống MC-4000, với chức năng giám sát và điều khiển các thiết bị đặt trong các vùng nguy hiểm trong hầm lò.
Hình 2.8: Trạm vận hành từ xa MC-4025 Thông số kỹ thuật:
- Điện áp làm việc: 12~28VDC;
- Dòng tiêu thụ:35~45mA (tùy thuộc vào định dạng thiết bị) cũng như phụ thuộc vào số thiết bị đấu vào;
23
- Đầu vào tương tự: 4 đầu vào 4~20mA hay 0~5V;
- Đầu vào trạng thái: 8 đầu từ 12~120VDC hay VAC (điện trở đầu vào không quá 100kΩ);
- Đầu ra điều khiển: 2 đầu 120VAC, dòng định mức 7A.
Phương pháp đấu dây trong hệ thống được thể hiện trên hình 2.9.
Hình 2.9: Phương pháp đấu dây MC-4025 trong hệ thống 7. Trạm quản lý từ xa đa kênh MC-4020.
Trạm MC-4020 (Hình 2.10) được thiết kế nhằm quản lý những vùng, khu vực sản xuất với số lượng thiết bị, đầu đo lớn vượt ngoài tầm quản lý của MC-4025.
Chúng được sử dụng thông thường trong việc giám sát bức xạ của thiết bị, mất pha, sự hoạt động của động cơ, bục nước, nhiệt độ…
Hình 2.10: Trạm quản lý từ xa đa kênh MC-4020
24 Thông số kỹ thuật của MC-4020:
- Nguồn cấp: 120VAC;
- Nguồn pin dự phòng: 2 x12VDC 4.5Ah;
- Chức năng cảnh báo trạng thái: 8 đến 16 đầu vào trạng thái on/off, phạm vi điện áp từ 5÷240VAC/DC, dòng tối đa 10mA;
- Đầu ra điều khiển: 6 đầu hoạt động ở cấp điện áp 240VAC, 5A.
Phương pháp đấu dây trong hệ thống được thể hiện trên hình 2.11.
Hình 2.11: Phương pháp đấu dây MC-4020 trong hệ thống 2.2.2 Giới thiệu hệ thống quan trắc khí mỏ do Hãng Trolex của Anh sản xuất.
Nước Anh có nhiều hãng sản xuất hệ thống quan trắc khí mỏ, sau đây luận văn xin giới thiệu hệ thống do hãng Trolex sản xuất. Mô hình cụ thể của hệ thống được giới thiệu trên hình 2.12.
Đây là hệ thống hiện đại đa chức năng và kiểm soát được nhiều đối tượng đo.
Trên mặt bằng là hệ thống máy tính điều hành tập trung, máy tính này có thể kết nối mạng LAN và mạng Internet để phục vụ công tác giám sát từ xa. Dọc trên đường truyền có bố trí các Modem truyền dữ liệu FSK loại Tx-9049. Các bộ xử lý, truyền dữ liệu (Transmitter) loại TX-9042 được kết nối với modem FSK. Các đầu đo được kết nối với bộ transmitter. Nguồn điện cấp cho các Transmitter được lấy trực tiếp tại khu vực lắp đặt transmitter, nguồn cấp cho đầu đo được lấy từ bộ Transmitter.
Hệ thống này được sử dụng nhiều trong các nước thuộc khối liên hiệp Anh và các nước khác trên thế giới. Do tính đa năng của hệ thống nên nó không chỉ được
25
áp dụng trong ngành khai thác than hầm lò mà còn được sử dụng trong nhiều ngành và lĩnh vực khác nhau.
Hình 2.12: Sơ đồ cấu trúc của hệ thông quan trắc tập trung do Anh sản xuất 2.2.2.1 Bộ Transmitter loại TX-9042.
Bộ transmitter thể hiện trên hình 2.13. Nguyên tắc hoạt động của bộ Transmitter trong lò loại TX-9042 được giới thiệu trên hình 2.14. Mỗi một TX-9042 kiểm soát được 8 kênh đo, 04 đầu ra để điều khiển các mức cảnh báo với chức năng khác nhau (âm thanh, ánh sáng, hư hỏng và cắt điện). Nguyên tắc điều khiển cảnh báo vượt ngưỡng hoặc hư hỏng được mô tả trên hình 2.15.
26
Hình 2.13: Bộ xử lý và truyền tín hiệu trong lò TX-9042
Thông số kỹ thuật chính của bộ xử lý và truyền tín hiệu trong lò TX-9042 nêu trong bảng 2.4.
Bảng 2.4
Đại lượng Giá trị chấp nhận Ghi chú
Điện áp 12 (+20%, -2.5%) Vdc Nguồn an toàn Exia
Dòng điện 125 mA
Số kênh đầu vào 8
Số kênh ra cắt điện 4 Đơn vị của các đại lượng có thể đo
VA, °C, kg, , kPa, %, ppm,
%RH, m, m/s, m3/s, rpm.. Tùy chọn Điểm cảnh báo 3 điểm cảnh báo đặt trước
Đường truyền thông RS 485
Hình 2.14: Cấu trúc bộ xử lý và truyền tín hiệu trong lò
Hình 2.15: Mô phỏng cấu trúc của điều khiển thông tin cảnh báo
27
Theo sơ đồ trên có thể thấy rằng 8 kênh đo đều có thể điều khiển 4 kênh ra cảnh báo khi đại lượng đo vượt các ngưỡng báo động đặt trước hoặc có hư hỏng của kênh đo.
Hình 2.16: Mô hình sử dụng bộ TX-9042 và các đầu đo TX-6383
Mỗi một bộ Tx-9042 có thể kiểm soát cho một khu vực lò chợ, lò đào độc đạo, khu khai thác có quy mô vừa và nhỏ, hệ thống băng tải, hệ thống trạm bơm thoát nước, hệ thống trạm phân phối điện, hệ thống trạm quạt gió hoặc nhiều hệ thống giám sát tự động khác v.v… tùy theo yêu cầu của người sử dụng. Mô hình sử dụng bộ TX-9042 được giới thiệu trên hình 2.16.
2.2.2.2 Đầu đo khí mêtan loại TX-6383 sử dụng trong hệ thống.
Loại đầu đo này không tích hợp thiết bị cảnh báo âm thanh và ánh sáng bên trong. Tuy nhiên, theo yêu cầu của người sử dụng đầu đo có thể kết nối với hệ thống cảnh báo này thông qua bộ transmitter. Hình 2.17 giới thiệu đầu đo khí mêtan loại TX-6383.
28
Hình 2.17: Đầu đo khí mê tan loại TX-6383
Đầu đo các đại lượng vật lý khác có kết cấu tương tự như đầu đo khí mêtan loại TX-6383 chỉ khác đơn vị đo (phụ thuộc vào đại lượng đo), giá trị của dải đo tùy theo yêu cầu cụ thể.
Thông số kỹ thuật cơ bản của đầu đo khí mêtan TX-6383 nêu trong bảng 2.5.
Bảng 2.5
Thông số Giá trị chấp nhận Ghi chú
Đại lượng giám sát CH4, CO, O2, NOx, H2S, T0,..vv Tùy chọn
Điện áp 12 Vdc
Dòng điện max 100 mAdc
Dải đo 5% thể tích hoặc 100 LEL Tùy chọn
Nguyên tắc đo Đốt xúc tác hoặc hồng ngoại
Tín hiệu ra áp (0.4 ÷2.0) Vdc Tùy chọn
Tín hiệu ra dòng (4 ÷ 20) mA Tùy chọn
Tín hiệu ra tần số (5 ÷ 15) Hz Tùy chọn
Dạng bảo vệ Thiết bị an toàn tia lửa Exia