Устройства оповещения SBGPS Light-FPM

Назначение

Устройства оповещения SBGPS Light-FPM (далее - устройства) предназначены для измерений объемной доли метана в воздухе шахты и подачи звуковой сигнализации при превышении заданного уровня (порога) объемной доли метана, оповещения и определения местонахождения подземного персонала, поиска людей, застигнутых аварией, при применении в составе «Системы наблюдения, оповещения и поиска людей, застигнутых аварией «SBGPS» (далее - Система), или аналогичных, освещения рабочего места.

Описание

Принцип действия устройства основан на измерении объемной доли метана в воздухе термокаталитическим датчиком. Измерения основаны на беспламенном сжигании метана на рабочем элементе датчика, с использованием мостового метода измерения.

Устройство обеспечивает:

•    измерения объемной доли метана в воздухе шахты и передачу измеренного значения в Систему;

•    сигнализацию об обнаружении превышения допустимого уровня объемной доли метана в воздухе - звуковым сигналом, голосовым сообщением и изменением силы света.

•    освещение рабочего места шахтера в основном и экономичном режимах;

•    оповещение шахтера об аварийной ситуации, о необходимости связаться с диспетчером -голосовыми фразами при получении соответствующих сигналов от Системы;

•    сигнализацию о готовности к работе, о наличии или отсутствии связи - голосовыми фразами;

•    сигнализацию о разряде батареи до 25 % от номинальной емкости - звуковым сообщением и переключением в режим пониженной освещенности (аварийный режим);

•    сигнализацию о переходе в режим поиска звуковым сообщением, отключением освещения.

Конструктивно устройство состоит из фары, соединенной гибким кабелем с блоком аккумуляторным.

Блок аккумуляторный состоит из крышки и корпуса, внутри которого размещены герметичные литий-железо-фосфатные аккумуляторы и блок искрозащиты. Блок искрозащиты обеспечивает защиту от короткого замыкания и контроль напряжения батареи. На корпусе блока аккумуляторного имеются две металлические скобы для крепления на поясе.

Для предотвращения вскрытия крышки блока аккумуляторного в процессе эксплуатации, используется специальный болт с отверстием для пломбирования.

В фаре помещаются динамическая головка (звукоизлучатель), плата управления с управляющим микроконтроллером и микроконтроллером связи, антенна, гнездо для подключения устройства к зарядному столу, светоизлучающий блок, в который входит мощный светодиод, четыре дополнительных светодиода и отражатель. В фаре устанавливается датчик метана. От механических повреждений датчик и динамическую головку предохраняют защитные крышки. Крышка фары уплотняется резиновой прокладкой и крепится к корпусу винтом. Скоба с пластинчатой пружиной для установки фары на каске шахтёра крепится с помощью специальной заклёпки, не позволяющей вскрывать фару.

Принцип действия датчика метана - термокаталитический, основанный на беспламенном сжигании метана на рабочем элементе датчика, с использованием мостового метода измерения. Появление метана приводит к изменению сопротивления рабочего

резистора датчика и разбалансировке мостовой схемы. Напряжение с диагонали моста, пропорциональное объемной доле метана в воздухе метана, поступает на управляющий микроконтролер (УМК), преобразуется в цифровое значение объемной доли метана. Это значение сравнивается с заданным значением порога срабатывания, а также передается на микроконтроллер связи для передачи на пульт диспетчера (верхний уровень Системы). При достижении заданного значения УМК выдает соответствующее звуковое сообщение и передает данные о достижении порога срабатывания на микроконтроллер связи для передачи на пульт диспетчера.

Для рабочего освещения используется светодиод, который может работать в двух режимах (основной и экономичный). Переключение режимов работы осуществляется кнопкой на фаре непосредственно после включения. При выходе из строя основного (рабочего) излучателя автоматически включаются вспомогательные светодиоды.

Связь с пультом диспетчера осуществляется микроконтроллером связи по беспроводной сети 802.11b/g/n (Wi-Fi). С периодичностью, установленной Системой, устройство передает данные об объемной доле метана в рудничном воздухе, напряжении аккумуляторной батареи, работоспособности устройства и величине сигналов от базовых станций.

Также устройство принимает по сети Wi-Fi сигналы оповещения, формируемые по команде диспетчера, передает сигнал подтверждения получения оповещения, передает сигнал вызова диспетчера.

Уровень взрывозащиты устройства - особовзрывобезопасное электрооборудование, маркировка взрывозащиты - РО Ex ia I Ма Х по ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011.

Степень защиты от внешних воздействий, обеспечиваемая оболочкой устройства, - IP 54. Степень защиты датчика и динамика звукового сигнализатора - IP51 по ГОСТ14254-96.

По защите от поражения электрическим током устройство относится к III классу по ГОСТ 12.2.007.0-75

Внешний вид устройства показан на рисунке 1.

Программное обеспечение

Программное обеспечение СИ представлено метрологически значимым встроенным ПО управляющего микроконтроллера и микроконтроллера связи и метрологически незначимым звуковым файлом, содержащим цифровой код голосовых сообщений. Информационный обмен встроенного ПО СИ с внешними по отношению к установке устройствами осуществляется посредством беспроводного интерфейса IEEE 802.11 (Wi-Fi) и стека протоколов TCP/IP. Уникальный идентификатор изделия в формате 71_00_ММ_ГГ_НННННН, где ММ - цифры месяца выпуска, ГГ - две последних цифры года выпуска, НННННН - цифры заводского номера, доступен для считывания с использованием технологии радиочастотной идентификации (RFID).

Перечень реализованных команд интерфейса внешнего информационного обмена СИ приведен в документе МКВЕ.466452.001Д8. В соответствии с данным перечнем команд протокол информационного обмена с внешними устройствами может быть отнесён к защищённым, поскольку не предусматривает команд, способных оказать влияние на встроенное ПО СИ и метрологически значимые данные.

Проверка выполнения требований к аппаратному и программному окружению для встроенного ПО СИ не требуется, поскольку изменение программного и аппаратного окружения в процессе эксплуатации не предусмотрено конструкцией СИ.

Физический доступ к микроконтроллерам СИ ограничен путём пломбирования крышки, закрывающей их месторасположение внутри корпуса СИ. Внешние разъёмы интерфейсов отсутствуют.

Уровень защиты встроенного ПО СИ соответствует высокому уровню по Р 50.2.077-2014.

Идентификационные признаки программного обеспечения приведены в Таблице 1.

Таблица 1 - Идентификационные признаки программного обеспечения

Технические характеристики

•    Нормированные значения порога срабатывания выбираются из ряда: 1,0 или 2,0 % объемных долей метана (далее - %).

•    Диапазон измерений объемной доли метана в воздухе от 0,5 до 2,5 %.

•    Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности срабатывания и измерений объемной доли метана ± 0,2 %.

•    Пределы допускаемых дополнительных погрешностей, вызванных изменением условий эксплуатации:

а)    при отклонении температуры окружающей среды от нормальной области значений в рабочих условиях эксплуатации на каждые 10 °С - предел допускаемой основной абсолютной погрешности;

б)    при отклонении относительной влажности окружающей среды от нормальной области значений в рабочих условиях эксплуатации - предел допускаемой основной абсолютной погрешности;

в)    от изменения пространственного положения фары в любом направлении на угол 90° от горизонтального направления оси светового потока - 0,5 предела допускаемой основной абсолютной погрешности;

г)    от изменения скорости движения метано-воздушной смеси от 0 до 8 м/с на каждые 4 м/с - 0,7 предела допускаемой основной абсолютной погрешности;

д)    от влияния углекислого газа в объёмных долях от 0 до 2 % - предел допускаемой основной абсолютной погрешности.

•    Коэффициент возврата, не менее - 0,9.

•    Время срабатывания устройства при скачкообразном изменении концентрации метана от 0 до 3,2 %, не более - 20 с.

•    Время прогрева датчика метана устройства должно быть, не более - 10 минут.

•    Нестабильность измерений (срабатывания сигнализации) устройства находится в пределах ± 0,2 % в течение не менее 3 суток

•    Устройство должно выдерживать воздействие газовой перегрузки с 3,2 % метана в течение 2 часов без ухудшения метрологических характеристик получаемой информации. Время восстановления работоспособного состояния должно быть, не более - 4 часов.

•    Время до появления звукового сообщения о превышении заданного порога срабатывания сигнализации, не более 30 с.

•    Изоляция электрических цепей устройства относительно корпуса выдерживает в течение одной минуты действие испытательного напряжения переменного тока частотой 50 Гц, равного:

-    при температуре окружающего воздуха (20 ± 5) °С и относительной влажности от 30 до 80 % - 500 В;

-    при температуре окружающего воздуха (35 ± 3) °С и относительной влажности (100 - 2) % - 300 В.

•    Сопротивление изоляции электрических цепей относительно корпуса:

-    при температуре окружающего воздуха (20 ± 5) °С и относительной влажности не более 80 % - не менее 40 МОм;

-    при температуре окружающего воздуха 35 °С и относительной влажности 98 % - не менее 2 МОм.

•    Устройство отключает питание при коротком замыкании между любыми проводниками кабеля, соединяющего аккумуляторный блок с фарой.

•    Габаритные размеры:

-    фары, не более - 90 х 94 х 95 мм;

-    блока аккумуляторного, не более -166 х 50 х 150 мм;

-    длина шнура, не менее - 1470 мм.

•    Масса, не более - 1,2 кг.

•    Средняя наработка на отказ в рабочих условиях с учетом технического обслуживания, регламентируемого руководством по эксплуатации, - 10000 часов.

•    Срок службы - 5 лет (за исключением датчика).

•    Нормальные области значений климатических влияющих факторов:

-    температура окружающей среды - (20 ± 5) °С;

-    относительная влажность воздуха - от 30 % до 60 % при 20 °С.

•    Рабочие условия эксплуатации:

-    температура окружающей среды - от 5 °С до 35 °С;

-    относительная влажность - до 98 % при 35 °С (с конденсацией влаги);

-    атмосферное давление - от 630 до 800 мм рт. ст.;

-    содержание углекислого газа в объемных долях до 2 %;

-    скорость движения газовоздушного потока - до 8 м/с;

-    содержание угольной пыли в атмосфере до 2500 мг/м .

Знак утверждения типа

наносится на маркировочную табличку устройства, а также на титульный лист руководства по эксплуатации МКВЕ.468232.002 РЭ.

Комплектность

Комплект поставки устройства приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Комплект поставки устройства

Поверка

осуществляется по документу МКВЕ.468232.002 МП «Устройство оповещения SBGPS Light-FPM. Методика поверки», утвержденному ФГУП «СНИИМ» 06 мая 2015 г.

Основные средства поверки:

•    ГСО-ПГС метан-воздух в баллонах под давлением по ТУ 6-16-2956-92 (Номер ГСО по реестру 10532-2014 и 10530-2014);

•    Стенд СГДМ-01 МКВЕ.Э052-17-00;

•    Вентиль точной регулировки ВТР-1. Диапазон регулирования от 0 до 10 л/мин;

•    Ротаметр РМА-0,063 ГУЗ ГОСТ 13045-81 (Номер в Государственном реестре средств измерений 3385-74);

•    Секундомер СОПпр-2а-3, ТУ 25-1894.003-90, кл. 3 (Номер в Государственном реестре средств измерений 11519-11).

Сведения о методах измерений

Метод измерений изложен в МКВЕ.468232.002РЭ «Устройство оповещения SBGPS Light-FPM. Руководство по эксплуатации».

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к устройствам оповещения SBGPS Light-FPM

1.    ГОСТ 24032-80 Приборы шахтные газоаналитические. Общие технические требования. Методы испытаний.

2.    ГОСТ 31611.2-2012 (IEC 62013-2:2005) Головные светильники для применения в шахтах, опасных по газу. Часть 2. Эксплуатационные и другие характеристики, относящиеся к безопасности.

3.    ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011 Взрывоопасные среды. Часть 0. Оборудование. Общие требования.

4.    ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010 Взрывоопасные среды. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь «i».

5.    ГОСТ Р МЭК 60079-35-1-2011 Головные светильники для применения в шахтах, опасных по рудничному газу. Часть 1. Общие требования и методы испытаний, относящиеся к риску взрыва.

6.    ГОСТ 8.578-2008 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений содержания компонентов в газовых средах.

7.    МКВЕ.468232.002 ТУ Устройство оповещения SBGPS Light FPM.