進(jìn)口原裝品質(zhì)優(yōu)HEIDENHAIN LB382C

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1 LED技術(shù)及在礦井應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

LED(Light Emitting Diode)是種將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的半導(dǎo)體元件，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色發(fā)光的原理，采用電場(chǎng)發(fā)光，是種冷光源，無(wú)頻閃且色溫接近日光，能有效保護(hù)井下作業(yè)人員的視力;可以完避免因普通照明燈引發(fā)的瓦斯爆炸事故。LED采用低壓直流電源供電，工作電壓在6～24 V之間，比使用壓電源為安、經(jīng)濟(jì)，其功耗僅為傳統(tǒng)白熾燈的30%，能有效地節(jié)約能源。此外，還具有響應(yīng)時(shí)間快、穩(wěn)定性好，工作壽命長(zhǎng)(>10萬(wàn)h)、免維護(hù)的特點(diǎn)。在礦井中，可以安裝超亮白光LED燈帶提供坑道照明;還可以間插安裝紅、綠、黃、橙色LED用于標(biāo)志間隔距離、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、岔道、安撤離路線、預(yù)警、報(bào)警等信息;可以在坑道內(nèi)間隔適當(dāng)距離配置蓄電池后備電源，即便出現(xiàn)塌方事故軋斷照明通信線路，也可以確保局部照明與LED指示信息，幫助井下人員逃生。

LED供電能夠采用24 V的低壓線路，這也為實(shí)現(xiàn)礦井安監(jiān)測(cè)設(shè)備(模塊)供電及數(shù)據(jù)通信提供了個(gè)安、穩(wěn)定的供電環(huán)境。完可以建立個(gè)基于單片機(jī)模塊的小型通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)煤礦安生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的瓦斯、氧化碳、風(fēng)量、溫度以及視頻信息等監(jiān)測(cè)模塊提供可靠的信息采集、傳輸通道；還可采用LED技術(shù)中的紅外編碼身份識(shí)別技術(shù)，將紅外采集探頭以適當(dāng)間隔距離安裝在LED照明燈帶中，對(duì)礦井內(nèi)的人員進(jìn)行身份信息的采集與傳輸，及時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給礦井地面的位機(jī)，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)匯總到生產(chǎn)調(diào)度、安監(jiān)控服務(wù)器，與管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、礦井坑道地圖等構(gòu)成個(gè)立體的、實(shí)時(shí)的人員分布地理信息系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)調(diào)度、安監(jiān)控和救援、疏散等都能提供可靠的保障。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

下圖是采用LED技術(shù)實(shí)現(xiàn)的坑道照明與安監(jiān)控系統(tǒng)在井下坑道中的分布示意圖。

(1)LED照明燈帶及后備供電。圖1中，連接所有節(jié)點(diǎn)和設(shè)備的帶狀線纜采用市面廣泛銷(xiāo)售的“可塑霓虹燈"的封裝形式，將白光LED串聯(lián)、并聯(lián)等距排列安裝，可以解決整個(gè)坑道的照明問(wèn)題。LED取代白熾燈具有功耗小，使用壽命長(zhǎng)等明顯優(yōu)勢(shì)。它是個(gè)點(diǎn)光源，比較容易對(duì)光的輻射方向和發(fā)光面積進(jìn)行的控制，特別是在些照明面積要求不的應(yīng)用域(礦井)優(yōu)勢(shì)為明顯。采用傳統(tǒng)光源照明，往往因?yàn)檎彰髅娣e超出了實(shí)際的需求而形成種能源的浪費(fèi)，而LED光源，既能滿足照明要求，又不至于形成能源浪費(fèi)。由于采用低壓直流供電方案，每隔50 m左右便可配置套后備蓄電池，既能實(shí)現(xiàn)停電或故障時(shí)的應(yīng)急照明，還能在塌方等事故發(fā)生造成斷電的情況下，提供疏散指示與局部照明。

(2)路標(biāo)、疏散路線指示。白光LED照明條件下，運(yùn)用彩色的LED點(diǎn)光源可以間隔分布于燈帶中，用于指示間距、安通道、岔道、撤離路線等路標(biāo)標(biāo)識(shí)。比如用紅色表示緊急撤離路線，用黃色表示注意路段，用綠色表示20 m、50 m、100 m的間距信息;用組合的符號(hào)表示方向、岔道等交通標(biāo)識(shí)等;利用點(diǎn)陣型LED模塊還可以進(jìn)步提供為詳細(xì)的方位等信息。

(3)身份識(shí)別與安監(jiān)控模塊。LED燈帶的低壓供電與通信線路為監(jiān)控系統(tǒng)提供了便利的條件。

選用紅外光編碼/解碼技術(shù)，利用安裝于礦工LED燈具的紅外編碼模塊和等間隔LED光帶的光解碼接收探頭，實(shí)現(xiàn)井下人員的身份識(shí)別、考勤、跟蹤、分布位置等管理功能。線路中還可以任意掛接瓦斯檢測(cè)模塊、火警探測(cè)、排風(fēng)監(jiān)測(cè)、攝像監(jiān)測(cè)等，這些模塊都采用32位嵌入式微控制器設(shè)計(jì)，集成RS232和標(biāo)準(zhǔn)CAN接口，借助于工業(yè)CAN總線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)采集并傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，購(gòu)建套在線監(jiān)測(cè)管理信息系統(tǒng)。

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(4)通信網(wǎng)絡(luò)。在LED燈帶布線系統(tǒng)中可以并行排列抗干擾能力強(qiáng)的工業(yè)總線通信網(wǎng)絡(luò)———CANbus系統(tǒng)，CAN是種多主方式的串行通信總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有的位速率，抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10 km時(shí)，CAN仍可提供達(dá)50 Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。使用這種工業(yè)的通信方式，可以保證通信數(shù)據(jù)的可靠性、實(shí)時(shí)性，又能結(jié)合LED供電線路的特點(diǎn)。CAN總線容錯(cuò)性能好，可以降低后期的維護(hù)、維修和擴(kuò)充成本，它是坑道通信的佳形式。CAN總線回到地面則與地面終連接，而各地面終與管理中心的網(wǎng)絡(luò)傳輸，可借助于ADSL或者光纖等方式實(shí)現(xiàn)。

3安監(jiān)控系統(tǒng)的組成與在線管理信息系統(tǒng)

下圖是安監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。沿著LED燈帶掛接在CAN總線的各種傳感器、監(jiān)視、監(jiān)測(cè)模塊在坑道口通過(guò)通信集中器連接到地面的位機(jī)終，再通過(guò)ADSL、DDN專(zhuān)線或者光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)連接到監(jiān)控中心，基于地理位置分布等方面的因素可以采用Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息傳輸。

系統(tǒng)中，以圖形方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單個(gè)煤礦的部傳感器的工作情況以及井下設(shè)備的工作狀態(tài)，在圖能夠看到每個(gè)傳感器顯示的如瓦斯?jié)舛刃『驮O(shè)備的開(kāi)停狀態(tài)，通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)向、變化趨勢(shì)等信息。瓦斯?jié)舛戎苯由婕吧a(chǎn)的安性，可通過(guò)軟件設(shè)計(jì)提供實(shí)時(shí)的瓦斯?jié)舛取⒆兓厔?shì)等相關(guān)數(shù)據(jù)的處理和分析功能。系統(tǒng)可據(jù)所采集數(shù)據(jù)自動(dòng)生成相應(yīng)專(zhuān)題圖并做出超限警報(bào)提示。此外，礦井信息與空間位置信息有著密切的關(guān)系，因此可以引入能夠把空間位置信息與屬性數(shù)據(jù)信息結(jié)合在起的軟件平臺(tái)。采用Map Info等，利用其完善的地圖操作功能，定位、地圖導(dǎo)航及各種統(tǒng)計(jì)分析功能實(shí)現(xiàn)了可視化的生產(chǎn)調(diào)度、安調(diào)度及安監(jiān)控等功能。同時(shí)能夠?qū)υ綄釉浇玳_(kāi)采、貫通采空區(qū)、貫通含水層這些可能發(fā)生重事故及日常巷道掘進(jìn)貫通中容易出現(xiàn)的安隱患都設(shè)計(jì)了相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。配合人員身份識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)井下人員考勤、定位等信息顯示。

利用*進(jìn)的軟件研發(fā)手段，系統(tǒng)具有煤礦工作站采掘工程圖動(dòng)態(tài)編輯、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信、安分析預(yù)警、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督、整改方案制作、網(wǎng)絡(luò)督辦等系列功能，能夠任意選擇顯示目標(biāo)煤礦和相應(yīng)煤礦的采掘工程圖，能夠隨意查詢游覽采掘工程圖和其他生產(chǎn)關(guān)系圖透明疊加進(jìn)行空間分析;能夠直接在圖2測(cè)量距離，能夠直接在數(shù)字采掘工程圖越界位置處編制警告督辦令，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)下發(fā)。安監(jiān)控功能包括在線檢測(cè)、瓦斯超限、曲線分析和局監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)查詢、歷史曲線分析和郵件處理等功能通過(guò)對(duì)安儀表系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程、安等的判定方法、安儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容的闡述,明確安儀表系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)及工程設(shè)計(jì)原則。

近年來(lái),生產(chǎn)事故的頻發(fā)使得安生產(chǎn)受到越來(lái)越多的關(guān)注,為確保工廠生產(chǎn)過(guò)程的安,安儀表系統(tǒng)已越來(lái)越多地得到重視并應(yīng)用。本文通過(guò)安儀表系統(tǒng)在石油化工域的應(yīng)用,詳細(xì)介紹安儀表的發(fā)展過(guò)程、安概念、安等及確定、安儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

1.安儀表系統(tǒng)的概念和發(fā)展過(guò)程

安儀表系統(tǒng)執(zhí)行要的安功能,以使被控對(duì)象達(dá)到或保持在安狀態(tài),并使所要求的安功能達(dá)到需的安完整性。它可以防止危險(xiǎn)事件的發(fā)生和減少危險(xiǎn)事件的影響(有關(guān)安相關(guān)系統(tǒng)本身的故障或失效也導(dǎo)致危險(xiǎn)事件)。當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)事件時(shí),安儀表系統(tǒng)將采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作和措施,防止被控對(duì)象進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài),避免危及人身安和損傷設(shè)備。在結(jié)構(gòu),安儀表系統(tǒng)由傳感器測(cè)量元件、控制設(shè)備和終執(zhí)行元件等構(gòu)成。

20世紀(jì)70年代中期以前,相關(guān)安系統(tǒng)的控制設(shè)備均由電磁繼電器組成,部分也采用固態(tài)集成電路構(gòu)成。20世紀(jì)80年代開(kāi)始采用可編程序控制器(PLC)。隨著對(duì)設(shè)備安、人身安和環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越嚴(yán)格,各工業(yè)企業(yè)和儀表自動(dòng)化行業(yè)對(duì)過(guò)程安功能,即有關(guān)安系統(tǒng)的功能安給予了的關(guān)注。20世紀(jì)80年代中期以后,伴隨著微電子技術(shù)和控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)的發(fā)展,專(zhuān)門(mén)用于有關(guān)安系統(tǒng)的控制器系統(tǒng)、安型PLC和安解決方案得到迅速發(fā)展和推廣。

為了促進(jìn)和規(guī)范安相關(guān)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用,國(guó)外直致力于制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。歐洲國(guó)家處于先地位,早的安相關(guān)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)于20世紀(jì)70年代誕生在德國(guó),是有關(guān)鍋爐/燃燒器啟?？刂频摹４撕?span>,隨著儀表控制技術(shù)和控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)的發(fā)展,為適應(yīng)各種工業(yè)部門(mén)對(duì)安相關(guān)系統(tǒng)性能要求的不斷提,有關(guān)安相關(guān)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)也不斷和完善,目前國(guó)際常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)有:

a)IEC61508 Functional safety of elect rical/elect ronic/programmable elect ronic safety-related systems;

b)IEC61511 Functional safety:Safety in-strumented systems for t he process indust ry sector;

c)ANSI/ISA-84.01 Application of safety instrumented systems for t he process indust ries;

d)DIN V 19250 Programmable safety system;

e)NFPA 285 Boiler and bustion systems hazards code(2001)。

其中,ANSI/已經(jīng)被美國(guó)OSHA(Occupational safety and health administration——職業(yè)安和健康管理局)接受,廣泛應(yīng)用于北美。IEC61508已于2002年8月份正式成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)是IEC的重要成員,國(guó)工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)也在研究是否將IEC61508作為中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。