Рудничная камера с детектором газа

Вот это сочетание — рудничная камера с детектором газа — у многих сразу вызывает образ просто камеры, к которой прикрутили газоанализатор. Как будто взяли обычную взрывозащищенную камеру, просверлили отверстие, вставили сенсор — и готово. На деле, если так подходить, лучше вообще не браться. Потому что тут вся суть в симбиозе, в том, как эти две системы живут в одном корпусе, не мешая друг другу и выполняя каждая свою работу на отлично. И главная ошибка — считать, что основная задача такой камеры — передавать картинку, а газовый детектор так, ?на всякий случай?. Нет, это полноценный сторожевой пост, где визуальный контроль и контроль атмосферы равнозначны.

От концепции до ?железа?: где кроются подводные камни

Когда только начинал работать с такими системами, думал, главная сложность — это добиться нужной степени защиты, скажем, Ex d I Mb. Сварил прочный корпус, грамотно сделал фланцы — и основная часть решена. Ан нет. Первая же практика показала, что куда большая головная боль — это взаимное влияние. Тепловыделение от электроники камеры, особенно от процессора обработки изображения, может влиять на чувствительный элемент газового датчика, вызывать дрейф нуля или ложные срабатывания. Приходится продумывать внутреннюю компоновку, тепловые мосты, иногда даже разделять зоны внутри общего корпуса.

Второй момент — питание и сигналы. Газовый детектор, как правило, требует своего стабилизированного питания, а его выходные сигналы (токовая петля 4-20 мА или дискретные реле) нужно интегрировать в общую схему связи камеры, которая чаще всего использует цифровые протоколы передачи данных по той же витой паре. Нельзя просто скрутить провода вместе. Нужен грамотный интерфейсный модуль, который обработает аналоговый сигнал о загазованности и передаст его как часть телеметрии камеры, например, по тому же протоколу, что и видео. И это должно быть надежно, с гальванической развязкой на случай помех в рудничной сети.

И третий камень преткновения — калибровка и обслуживание. Газовый сенсор требует периодической поверки. Как это делать, если датчик вмонтирован в герметичный взрывозащищенный корпус? Приходится предусматривать технологический штуцер или съемную заглушку, через которую можно подать тестовую газовую смесь, не вскрывая основную крышку и не нарушая сертификацию. Это, казалось бы, мелочь, но без нее эксплуатационники потом тебя ?поблагодарят?.

Опыт из реальных проектов: что сработало, а что — нет

Был у нас проект на одной из угольных шахт в Кузбассе. Ставили задачу визуального контроля в забойном участке с одновременным мониторингом метана и оксида углерода. Выбрали, как тогда казалось, логичный путь: взяли хорошую камеру с ИК-подсветкой и разрешением 1080p от одного производителя и попытались интегрировать в ее корпус газоанализаторный модуль от другого, очень уважаемого бренда. На стенде все работало идеально. Но в шахте начались проблемы: при низких температурах (а в выработке было около +5°C) связка ?камера-детектор? начинала ?глючить?. Изображение передавалось, а сигнал по газу пропадал. Оказалось, что наш самодельный интерфейсный преобразователь сигналов плохо переносил конденсат, который образовывался из-за перепада температур между работающей электроникой и холодным корпусом. Урок дорогой: нельзя собирать систему из разнородных компонентов без проведения полного цикла климатических и вибрационных испытаний в сборе.

Удачный опыт связан с сотрудничеством с компанией ООО ?Цзянсу Аньцзинь Электрическая Технология?. Мы рассматривали их оборудование как возможный вариант для другого объекта. Заглянули на их сайт https://www.jsajdq.ru — и увидели, что они позиционируют себя как предприятие полного цикла по взрывозащищенному видеонаблюдению. Что важно, у них в ассортименте были именно готовые рудничные камеры с детектором газа, а не просто камеры с возможностью опциональной установки датчика. Это принципиально. Мы запросили образец для тестов. Камера, модель что-то вроде AJ-SK3.0Ex, была укомплектована инфракрасной камерой и встроенным каталитическим датчиком метана. Конструкция была явно продуманной: сенсор газа вынесен в отдельную камеру с металлической сеткой для забора воздуха, но при этом общий тепловой режим был сбалансирован. И что ключевое — они предоставили полный пакет сертификатов (РТН, сертификат взрывозащиты) именно на изделие в сборе, а не по отдельности на камеру и датчик. Это сильно упростило процесс допуска оборудования в эксплуатацию.

На том же сайте, в разделе с описанием компании, указано, что они специализируются на полном цикле: НИОКР, производство, продажа и обслуживание. Для нас как для интеграторов это было важно. Потому что когда возникает вопрос по настройке или требуется модификация протокола передачи данных, ты общаешься не с перекупщиком, а напрямую с технологами. В одном случае нам потребовалось изменить порог срабатывания предупреждения по метану не с стандартных 0.5% CH4, а с 0.3%. Для их инженеров это была задача на неделю, включая перепрошивку и повторные испытания, а не отказ со словами ?серийное изделие не меняем?.

Детали, на которые стоит смотреть при выборе

Исходя из того горького и сладкого опыта, сформировал для себя чек-лист. Первое — тип газового сенсора. Для метана это почти всегда каталитический датчик (pellistor). Он надежен, но боится отравления силоксанами и требует периодической калибровки. Некоторые продвинутые модели начинают использовать инфракрасные (ИК) датчики, они не требуют кислорода для работы и не отравляются, но дороже и, бывает, капризнее к вибрации. В спецификации должно быть четко указано: тип сенсора, определяемый газ, диапазон измерений, время отклика (T90).

Второе — способ индикации и передачи сигнала. Хорошо, если помимо передачи данных по сети, камера имеет локальную световую индикацию (например, светодиод меняет цвет с зеленого на желтый и красный при росте концентрации газа), которую видно в объектив. Это дублирующая система на случай сбоя в канале передачи. И обязательно должна быть возможность подключения внешней сирены или табло через релейный выход.

Третье — конструктив. Обращайте внимание на материал корпуса (сталь нержавеющая или сплав), класс защиты от пыли и воды (IP68 для шахты — must have), наличие антивандального стекла не только перед объективом, но и перед сенсором газа. И самое главное — как организован забор воздуха к датчику. Должна быть защита от прямого попадания пыли и водяных брызг, но без создания ?воздушного мешка?, который будет задерживать газ и увеличивать время отклика.

Монтаж и эксплуатация: теория расходится с практикой

В учебниках пишут: устанавливайте камеру с газовым детектором в месте наиболее вероятного скопления газа, учитывая плотность газа относительно воздуха. Метан легче воздуха — значит, ближе к кровле выработки. Все верно. Но на практике кровля — это часто зона активного пылеобразования, капежа с горных пород. Поставишь камеру строго по учебнику — объектив и защитная сетка датчика за месяц покроются такой смесью грязи и пыли, что ни изображения, ни адекватного замера газа не получишь.

Приходится искать компромисс. Чаще всего устанавливаем на боковой стене, на расстоянии около 15-30 см от кровлы, но с наклоном вверх, чтобы обзор захватывал и кровлю. При этом обязательно нужно проводить регулярный осмотр и очистку. И вот здесь важна продуманность конструкции. Если для очистки стекла камеры и сетки датчика нужно откручивать десяток болтов — это плохая конструкция. Хорошие модели имеют быстросъемные крышки или сдвижные защитные шторки, которые можно протереть, не снимая всю камеру и не нарушая ее юстировку.

Еще один практический нюанс — питание. Часто в проекте закладывают отдельную линию для камеры и отдельную для газоанализатора. А когда приезжаешь на объект, оказывается, шахтеры по-быстрому запитали все от одной ближайшей распределительной коробки, да еще и через скрутку. Это фатально для чувствительной электроники. Поэтому сейчас мы всегда настаиваем на поставке комплектных решений, где внутри одного корпуса уже стоит блок питания, рассчитанный на входное напряжение рудничной сети (127В, 220В, 660В — что там принято) и выдающий стабилизированные напряжения для всех внутренних модулей. Как раз в решениях от ООО ?Цзянсу Аньцзинь? этот момент был учтен, что сразу отсекает массу проблем при инсталляции.

Взгляд в будущее: что еще хотелось бы видеть в таких системах

Сейчас стандартный функционал — это передача видео и данных о концентрации газа. Но потенциал такой комбинированной системы гораздо выше. Например, было бы здорово, если бы камера по анализу изображения могла детектировать не только газ (по косвенным признакам, типа колебания воздуха), но и, скажем, начало самовозгорания угля — по появлению дыма или изменению тепловой картины, если это тепловизионная камера. То есть, чтобы системы видеоаналитики и газового анализа работали в тандеме, перекрестно проверяя друг друга.

Второе направление — улучшение диагностики. Чтобы камера не просто передавала сигнал ?газ есть? или ?газа нет?, а вела внутренний журнал состояния газового сенсора: его остаточный ресурс, тенденцию к дрейфу нуля, температуру чувствительного элемента. Это позволило бы перейти от планово-предупредительного обслуживания к обслуживанию по фактическому состоянию.

И, конечно, надежность связи. В глубоких шахтах с этим беда. Хотелось бы видеть более устойчивые протоколы передачи данных, может быть, с mesh-топологией, где отказ одной камеры не обрывает всю цепочку, а данные ретранслируются через соседние устройства. И чтобы все это — и видео, и телеметрия по газу — шло одним защищенным потоком.

В общем, рудничная камера с детектором газа — это далеко не конечная точка эволюции, а очень перспективная платформа. Главное — подходить к ее выбору и применению без иллюзий, с пониманием всех технических тонкостей и с оглядкой на суровые условия реальной шахты. И тогда этот ?сторожевой пост? будет работать не для галочки в проекте, а как реальный инструмент для обеспечения безопасности людей.