安全监视系统（精选九篇）
安全监视系统 篇1
1.1 安全监视系统结构
嘉峪关宏晟电热有限责任公司2×300MW汽轮机安全监视系统硬件为美国BENTLY公司生产的3500系列硬件构成, 硬件系统主要包括:电源、CPU卡件、振动、位移、偏心、测速以及继电器输出模块组成;就地仪表设备主要包括汽机轴系探头、前置器、同轴电缆组成;3500硬件系统使用软件为“Rack Configuraion Softw are”系列软件系统。
1.2 汽轮机安全监视系统信号控制原理
汽轮机安全监视系统是一种安全监视系统, 是一种可靠的连续监测汽轮发动机的气缸和转子的机械工作参数的多路监视系统, 用于连续显示机组启停和运行状态, 并为记录仪表提供信号。当被测参数超过规定值时发生报警信号, 必要时采取自动停机保护。并能提供故障诊断的各种测量数据。嘉峪关宏晟电厂两台2×300MW机组汽轮机安全监视系统采用美国BENTLY公司生产的3500系统, 主要对汽轮机的振动、位移、偏心、涨差、转速、键相进行监测, 并对监测值超过输出值时, 对机组ETS保护系统提供跳闸信号, 从而保护汽轮发电机。
1.3 测速探头特点
汽轮机安全监视系统测速探头与前置器又称为前置传感系统, 测速探头使用的为电涡流传感器, 是一种非接触式传感器, 具有线性范围的, 结构简单, 灵敏度高, 抗干扰性强, 不受油污影响的特点。尽管电涡流传感器有如此多优点, 但是对信号测量、传输中任然有不正确的部分, 主要有以下几个方面影响:
1) 不正确的供电电压:我厂采用24VDC电压;
2) 同轴电缆不匹配:主要为8m m与11m m同轴电缆;
3) 信号干扰:主要为安全监视系统安装环境周围使用无线通讯设备影响;
4) 软件系统设置:3500硬件系统使用软件设置不正确影响。
2 测速保护动作原理
嘉峪关宏晟电热有限责任公司2×300MW汽轮机安全监视系统转速测量系统由汽轮机前箱安装的三只电涡流测速探头、汽轮机安全监视系统的三块测速模块 (3500/53) 以及一块继电器模块 (3500/32) 组成。每只测速探头信号分别接入对应的测速模块。由于汽轮机安全监视系统上位组态软件对转速模块的保护设定值为3300r/min, 汽机就地前箱安装的三支电涡流转速探头信号分别接入转速模块 (3500/53) , 转速探头信号通过与测速模块内部设定值比较, 当转速信号达到PLC设定值时, 测速模块对测速信号通过逻辑判断, 三组Danger/Alarm2开关量信号 (S04C01A2、S05C01A2、S06C01A2) 动作, 继电器模块 (3500/32) 对此三组开关量信号进行三取二判断后, 继电器卡件输出一组开关量信号至ETS保护装置, ETS保护装置对输入的信号进行进行逻辑判断, 跳闸电磁阀AST1、AST2、AST3、AST4电磁阀, 从而导致机组跳闸。
3 超速事件分析
嘉峪关宏晟电厂两台2×300MW新#3机组2008年2月20日新#3机组由于超速保护动作导致机组跳闸事件。通过对事件的分析, 主要存在以下两方面的原因:
误动原因检查:
1) 检查历史数据与保护PLC, 发现机组跳闸时机组转速3000rpm, 并未达到保护动作值3300rpm, 判定超速保护信号为信号误动原因因此, 因此判断信号干扰与软件设置故障是导致超速跳闸的主要原因。
2) 并对TSI软件系统配置进行检查, 主要检查TSI三块超速探头对应的超速卡件配置, 检查发现, TSI三块超速模件中的测速探头1对应的卡件始终显示“Danger/Alarm2State:Alarm”故障信息, 测速探头2、3对应的卡件均无此故障信息。进一步调取卡件系统历史事件发现, 测速探头2对应卡件在60ms (系统SOE时间) 期间连续三次出现“XDCRFifty Percent Error”故障, 此后显示“XDCRSignal Now Valid”信息, 提示信号正常。
3) 通过对超速误跳闸原因分析后, 进行了如下试验:对TSI超速保护所在的槽架停、送电, 并将测速探头1对应的卡件的“Dange r/Alarm 2 State:Alarm”故障信息复位后, 进一步对转速探头1对应的卡件整个保护回路手动输入信号后, 在线试验发现当转速探头1对应的卡件回路转速达到保护动作值时, 超速保护不动作, 说明转速探头1对应的卡件工作已正常, 超速保护信号三取二保护回路工作正常。
4 超速事件原因及防范措施
4.1 超速事件原因分析
通过试验分析, TSI超速模件1卡、2卡先后同时故障是造成超速保护动作, 是造成机组跳闸的主要原因。由于测速模件设置“Alarm Mode”菜单下“Ove rs pe e d”功能为设置为“latching”, 因此判定为新#3机组TSI测速模件1软件参数设置不合理, 从而导致系统对历史超速故障信号进行锁定, 当测速模件2由于电磁干扰产生的故障信号时, 超速三取二保护回路动作, 从而导致安全监视系统超速保护动作。
4.2 超速保护逻辑修改
针对汽轮机安全监视系统故障, 进行以下修改与规定:
1) 对测速软件功能进行重新设定。将“Alarm Mode”菜单下“Overspeed”功能修改为“Nonlatching”, 防止了由于信号锁定造成的超速保护误动事故。
2) 制定进入电子间管理规章制度。汽轮机安全监视系统 (TSI) 运行时, 严禁携带无线通讯设备规定进入电子间, 防止对汽轮机安全监视系统 (TSI) 造成信号干扰, 从而保证了汽轮机安全监视系统 (TSI) 安全稳定运行。
参考文献
安全监视系统 篇2
(七)安全监控布置图和断电控制图、人员位置监测系统图。(八)压风、排水、防尘、防火注浆、抽采瓦斯等管路系统图。(九)井下通信系统图。
(十)井上、下配电系统图和井下电气设备布置图。(十一)井下避灾路线图。
第一百六十条 严禁主要通风机房兼作他用。主要通风机房内必须安装水柱计(压力表)、电流表、电压表、轴承温度计等仪表,还必须有直通矿调度室的电话,并有反风操作系统图、司机岗位责任制和操作规程。主要通风机的运转应当由专职司机负责,司机应当每小时将通风机运转情况记入运转记录簿内;发现异常,立即报告。实现主要通风机集中监控、图像监视的主要通风机房可不设专职司机,但必须实行巡检制度。
第一百八十四条 抽采瓦斯必须遵守下列规定:(一)抽采容易自燃和自燃煤层的采空区瓦斯时,抽采管路应当安设一氧化碳、甲烷、温度传感器,实现实时监测监控。发现有自然发火征兆时,应当立即采取措施。
第四百三十九条 采区变电所应当设专人值班。无人值班的变电所必须关门加锁,并有巡检人员巡回检查。
实现地面集中监控并有图像监视的变电所可以不设专人值班,硐室必须关门加锁,并有巡检人员巡回检查。
第四百三十八条 对井下各水平中央变(配)电所和采(盘)区变(配)电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房供电线路,不得少于两回路。当任一回路停止供电时,其余回路应当承担全部用电负荷。向局部通风机供电的井下变(配)电所应当采用分列运行方式。
主要通风机、提升人员的提升机、抽采瓦斯泵、地面安全监控中心等主要设备房,应当各有两回路直接由变(配)电所馈出的供电线路;受条件限制时,其中的一回路可引自上述设备房的配电装置。
向突出矿井自救系统供风的压风机、井下移动瓦斯抽采泵应当各有两回路直接由变(配)电所馈出的供电线路。
本条上述供电线路应当来自各自的变压器或者母线段,线路上不应分接任何负荷。
本条上述设备的控制回路和辅助设备,必须有与主要设备同等可靠的备用电源。
向采区供电的同一电源线路上,串接的采区变电所数量不得超过３个。
第六百七十三条 矿井必须根据险情或者事故情况下矿工避险的实际需要,建立井下紧急撤离和避险设施,并与监测监控、人员位置监测、通信联络等系统结合,构成井下安全避险系统。
安全避险系统应当随采掘工作面的变化及时调整和完善,每年由矿总工程师组织开展有效性评估。
第三百九十二条 采用无轨胶轮车运输时,应当遵守下列规定:(一)严禁非防爆、不完好无轨胶轮车下井运行。(二)驾驶员持有“中华人民共和国机动车驾驶证”。(三)建立无轨胶轮车入井运行和检查制度。
(四)设置工作制动、紧急制动和停车制动,工作制动必须采用湿式制动器。(五)必须设置车前照明灯和尾部红色信号灯,配备灭火器和警示牌。
(六)运行中应当符合下列要求: １送人员必须使用专用人车,严禁超员;２行速度,运人时不超过２５km/h,运送物料时不超过４０km/h;３向行驶车辆必须保持不小于５０m 的安全运行距离;４禁车辆空挡滑行;５当设置随车通信系统或者车辆位置监测系统;６禁进入专用回风巷和微风、无风区域。
(七)巷道路面、坡度、质量,应当满足车辆安全运行要求。(八)巷道和路面应当设置行车标识和交通管控信号。(九)长坡段巷道内必须采取车辆失速安全措施。
(十)巷道转弯处应当设置防撞装置。人员躲避硐室、车辆躲避硐室附近应当设置标识。
(十一)井下行驶特殊车辆或者运送超长、超宽物料时,必须制定安全措施。
第一百八十条 矿井必须建立甲烷、二氧化碳和其他有害气体检查制度,并遵守下列规定:(一)矿长、矿总工程师、爆破工、采掘区队长、通风区队长、工程技术人员、班长、流动电钳工等下井时,必须携带便携式甲烷检测报警仪。瓦斯检查工必须携带便携式光学甲烷检测仪和便携式甲烷检测报警仪。安全监测工必须携带便携式甲烷检测报警仪。
(二)所有采掘工作面、硐室、使用中的机电设备的设置地点、有人员作业的地点都应当纳入检查范围。
(三)采掘工作面的甲烷浓度检查次数如下: １瓦斯矿井,每班至少２次;２瓦斯矿井,每班至少３次;３出煤层、有瓦斯喷出危险或者瓦斯涌出较大、变化异常的采掘工作面,必须有专人经常检查。
(四)采掘工作面二氧化碳浓度应当每班至少检查２次;有煤(岩)与二氧化碳突出危险或者二氧化碳涌出量较大、变化异常的采掘工作面,必须有专人经常检查二氧化碳浓度。对于未进行作业的采掘工作面,可能涌出或者积聚甲烷、二氧化碳的硐室和巷道,应当每班至少检查１次甲烷、二氧化碳浓度。
(五)瓦斯检查工必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度,并认真填写瓦斯检查班报。每次检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上,并通知现场工作人员。甲烷浓度超过本规程规定时,瓦斯检查工有权责令现场人员停止工作,并撤到安全地点。
第十一章 监控与通信
第一节 一般规定
第四百八十七条 所有矿井必须装备安全监控系统、人员位置监测系统、有线调度通信系统。
第四百八十八条 编制采区设计、采掘作业规程时,必须对安全监控、人员位置监测、有线调度通信设备的种类、数量和位置,信号、通信、电源线缆的敷设,安全监控系统的断电区域等做出明确规定,绘制安全监控布置图和断电控制图、人员位置监测系统图、井下通信系统图,并及时更新。
每３个月对安全监控、人员位置监测等数据进行备份,备份的数据介质保存时间应当不少于２年。图纸、技术资料的保存时间应当不少于２年。录音应当保存３个月以上。
第四百八十九条 矿用有线调度通信电缆必须专用。严禁安全监控系统与图像监视系统共用同一芯光纤。矿井安全监控系统主干线缆应当分设两条,从不同的井筒或者一个井筒保持一定间距的不同位置进入井下。
设备应当满足电磁兼容要求。系统必须具有防雷电保护,入井线缆的入井口处必须具有防雷措施。
系统必须连续运行。电网停电后,备用电源应当能保持系统连续工作时间不小于２h。
监控网络应当通过网络安全设备与其他网络互通互联。安全监控和人员位置监测系统主机及联网主机应当双机热备份,连续运行。当工作主机发生故障时,备份主机应当在５min内自动投入工作。
当系统显示井下某一区域瓦斯超限并有可能波及其他区域时,矿井有关人员应当按瓦斯事故应急救援预案切断瓦斯可能波及区域的电源。
安全监控和人员位置监测系统显示和控制终端、有线调度通信系统调度台必须设置在矿调度室,全面反映监控信息。
矿调度室必须２４h有监控人员值班。
第二节 安全监控
第四百九十条 安全监控设备必须具有故障闭锁功能。当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或者故障时,必须切断该监控设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后,自动解锁。安全监控系统必须具备甲烷电闭锁和风电闭锁功能。当主机或者系统线缆发生故障时,必须保证实现甲烷电闭锁和风电闭锁的全部功能。系统必须具有断电、馈电状态监测和报警功能。
第四百九十一条 安全监控设备的供电电源必须取自被控开关的电源侧或者专用电源,严禁接在被控开关的负荷侧。
安装断电控制系统时,必须根据断电范围提供断电条件,并接通井下电源及控制线。
改接或者拆除与安全监控设备关联的电气设备、电源线和控制线时,必须与安全监控管理部门共同处理。检修与安全监控设备关联的电气设备,需要监控设备停止运行时,必须制定安全措施,并报矿总工程师审批。
第四百九十二条 安全监控设备必须定期调校、测试,每月至少１次。采用载体催化元件的甲烷传感器必须使用校准气样和空气气样在设备设置地点调校,便携式甲烷检测报警仪在仪器维修室调校,每１５天至少１次。甲烷电闭锁和风电闭锁功能每１５天至少测试１次。可能造成局部通风机停电的,每半年测试１次。
安全监控设备发生故障时,必须及时处理,在故障处理期间必须采用人工监测等安全措施,并填写故障记录。第四百九十三条 必须每天检查安全监控设备及线缆是否正常,使用便携式光学甲烷检测仪或者便携式甲烷检测报警仪与甲烷传感器进行对照,并将记录和检查结果报矿值班员;当两者读数差大于允许误差时,应当以读数较大者为依据,采取安全措施并在８h内对２种设备调校完毕。
第四百九十四条 矿调度室值班人员应当监视监控信息,填写运行日志,打印安全监控日报表,并报矿总工程师和矿长审阅。系统发出报警、断电、馈电异常等信息时,应当采取措施,及时处理,并立即向值班矿领导汇报;处理过程和结果应当记录备案。
第四百九十五条 安全监控系统必须具备实时上传监控数据的功能。
第四百九十六条 便携式甲烷检测仪的调校、维护及收发必须由专职人员负责,不符合要求的严禁发放使用。
第四百九十七条 配制甲烷校准气样的装备和方法必须符合国家有关标准,选用纯度不低于９９.９％的甲烷标准气体作原料气。配制好的甲烷校准气体不确定度应当小于５％。
第四百九十八条 甲烷传感器(便携仪)的设置地点,报警、断电、复电浓度和断电范围必须符合表１８的要求。
第四百九十九条 井下下列地点必须设置甲烷传感器:(一)采煤工作面及其回风巷和回风隅角,高瓦斯和突出矿井采煤工作面回风巷长度大于１０００m 时回风巷中部。
(二)煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面及其回风流中,高瓦斯和突出矿井的掘进巷道长度大于１０００m 时掘进巷道中部。
(三)突出矿井采煤工作面进风巷。
(四)采用串联通风时,被串采煤工作面的进风巷;被串掘进工作面的局部通风机前。
(五)采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷。(六)使用架线电机车的主要运输巷道内装煤点处。(七)煤仓上方、封闭的带式输送机地面走廊。(八)地面瓦斯抽采泵房内。
(九)井下临时瓦斯抽采泵站下风侧栅栏外。(十)瓦斯抽采泵输入、输出管路中。
第五百条 突出矿井在下列地点设置的传感器必须是全量程或者高低浓度甲烷传感器:(一)采煤工作面进、回风巷。
(二)煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中。(三)采区回风巷。(四)总回风巷。
第四百九十九条 井下下列地点必须设置甲烷传感器:(一)采煤工作面及其回风巷和回风隅角,高瓦斯和突出矿井采煤工作面回风巷长度大于１０００m 时回风巷中部。
(二)煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面及其回风流中,高瓦斯和突出矿井的掘进巷道长度大于１０００m 时掘进巷道中部。(三)突出矿井采煤工作面进风巷。
(四)采用串联通风时,被串采煤工作面的进风巷;被串掘进工作面的局部通风机前。
(五)采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷。(六)使用架线电机车的主要运输巷道内装煤点处。(七)煤仓上方、封闭的带式输送机地面走廊。(八)地面瓦斯抽采泵房内。
(九)井下临时瓦斯抽采泵站下风侧栅栏外。(十)瓦斯抽采泵输入、输出管路中。
第五百条 突出矿井在下列地点设置的传感器必须是全量程或者高低浓度甲烷传感器:(一)采煤工作面进、回风巷。
(二)煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中。(三)采区回风巷。(四)总回风巷。
第五百零一条 井下下列设备必须设置甲烷断电仪或者便携式甲烷检测报警仪:(一)采煤机、掘进机、掘锚一体机、连续采煤机。(二)梭车、锚杆钻车。
(三)采用防爆蓄电池或者防爆柴油机为动力装置的运输设备。(四)其他需要安装的移动设备。
第五百零二条 突出煤层采煤工作面进风巷、掘进工作面进风的分风口必须设置风向传感器。当发生风流逆转时,发出声光报警信号。突出煤层采煤工作面回风巷和掘进巷道回风流中必须设置风速传感器。当风速低于或者超过本规程的规定值时,应当发出声光报警信号。
第五百零三条 每一个采区、一翼回风巷及总回风巷的测风站应当设置风速传感器,主要通风机的风硐应当设置压力传感器;瓦斯抽采泵站的抽采泵吸入管路中应当设置流量传感器、温度传感器和压力传感器,利用瓦斯时,还应当在输出管路中设置流量传感器、温度传感器和压力传感器。使用防爆柴油动力装置的矿井及开采容易自燃、自燃煤层的矿井,应当设置一氧化碳传感器和温度传感器。主要通风机、局部通风机应当设置设备开停传感器。主要风门应当设置风门开关传感器,当两道风门同时打开时,发出声光报警信号。甲烷电闭锁和风电闭锁的被控开关的负荷侧必须设置馈电状态传感器。
第三节 人员位置监测
第五百零四条 下井人员必须携带标识卡。各个人员出入井口、重点区域出入口、限制区域等地点应当设置读卡分站。
第五百零五条 人员位置监测系统应当具备检测标识卡是否正常和唯一性的功能。
第五百零六条 矿调度室值班员应当监视人员位置等信息,填写运行日志。
第四节 通信与图像监视
第五百零七条 以下地点必须设有直通矿调度室的有线调度电话:矿井地面变电所、地面主要通风机房、主副井提升机房、压风机房、井下主要水泵房、井下中央变电所、井底车场、运输调度室、采区变电所、上下山绞车房、水泵房、带式输送机集中控制硐室等主要机电设备硐室、采煤工作面、掘进工作面、突出煤层采掘工作面附近、爆破时撤离人员集中地点、突出矿井井下爆破起爆点、采区和水平最高点、避难硐室、瓦斯抽采泵房、爆炸物品库等。有线调度通信系统应当具有选呼、急呼、全呼、强插、强拆、监听、录音等功能。有线调度通信系统的调度电话至调度交换机(含安全栅)必须采用矿用通信电缆直接连接,严禁利用大地作回路。严禁调度电话由井下就地供电,或者经有源中继器接调度交换机。调度电话至调度交换机的无中继器通信距离应当不小于１０km。第五百零八条 矿井移动通信系统应当具有下列功能:(一)选呼、组呼、全呼等。
(二)移动台与移动台、移动台与固定电话之间互联互通。(三)短信收发。
(四)通信记录存储和查询。(五)录音和查询。
安全监视系统 篇3
裂解气汽轮-压缩机组[1]GB201是某石化公司100万吨/年乙烯装置中的重要设备。该设备经首次大修后运行一年, 汽轮机端的轴位移和轴振动信号出现了突变现象, 该突变现象的出现及后续静电荷积聚不能释放的问题在汽轮机业内尚属首例, 由于该设备在装置中的重要性, 所有的更换及检测均是在开机状态。
机组的安全监视系统 (TSI) [2,3]采用美国BENTLY公司的3300XL 8 mm系列涡流传感器和3500监视系统, 该系统在线监测汽轮压缩机组的轴振动、轴位移、胀差、键相、偏心等重要参数。在处理过程中, 本研究对机组的BENTLY安全监测系统的原理及连接方式进行重新分析, 最终找到问题所在, 并得以解决。
1 故障现象初步检查及原因判断
2013年9月26日汽轮机轴位移和轴振动信号出现突变:轴位移ZI22001指示瞬间变为0.999 mm, 4个轴振动VXI22001、VYI22002、VXI22003、VYI22004指示变为0μm。30 s后, VXI22001、VXI22003和VYI22004自动恢复正常, ZI22001、VYI22002故障依然存在。检查发现:
(1) 轴位移ZI22001、振动VXI22002的前置放大器已损坏 (击穿) 。更换新前置器后, 轴位移ZI22001指示恢复正常, 未发现异常感应电压存在;
(2) 轴振动VXI22001、VXI22002前置器更换后同轴接头外侧仍存在60 V的交流感应电压 (对地) 。断开延长电缆, 放电后再插上延长电缆。3 h后感应电压又升至40 V;
(3) 汽轮机接地电刷[4]处于“RPL”位置, 即“电刷更换”位置。
根据上述故障现象, 认为原因可能有以下两点:
(1) 汽轮机接地电刷失效, 转子带静电;
(2) TSI测量回路接地故障:接地无效, 或多点接地。
2 接地电刷与静电产生的关系分析
2.1 静电产生的原因、危害和措施
凝汽式汽轮机运行时, 后几级蒸汽一般都含水。这些湿蒸汽冲刷转子叶片和相互摩擦后, 就会产生静电荷[5]。此外, 叶片表面结垢也有助于静电荷的产生。
如果没有适当的释放通道, 大量静电荷就会累积在转子上, 形成一个对地静电势。汽轮机运行时间越长, 产生的静电荷越多, 静电势就越高。静电势高到一定程度时, 就会击穿支撑转子的轴承油膜而放电, 由此产生的电弧会损伤轴承, 时间一长甚至会损坏转子。
消除静电荷的措施是安装接地电刷, 将转子上的静电导入大地。
2.2 接地电刷工作原理
接地电刷固定在轴承座上, 通过刷毛与转子的接触磨损 (燃烧) , 将转子上的静电荷通过接地线和1Ω无感接地电阻, 释放至大地, 接地电刷安装示意图如图1所示。1Ω无感电阻的作用是限制放电电流, 以免缩短电刷寿命。连接导线必须尽可能短, 不能绕圈, 以免产生感应电动势。为便于检修, 系统串联一个自锁开关, 汽轮机运行时, 必须闭合。
2.3 接地电刷在线更换及相关检测
汽轮机接地电刷指示在“RPL”位, 表示刷毛过度磨损, 必须更换接地电刷。
2.3.1 更换前准备工作
由于整个乙烯装置不能停机, 用户要求在线更换接地电刷。设备现场又为防爆区域, 因此本研究采取了下列预防措施和准备工作:
(1) 旁路汽轮机前轴振动信号、汽轮机和压缩机轴位移信号;
(2) 对现场环境测爆, 符合要求;
(3) 对振动探头VXI22002接放电处理;
() 准备吸油棉及防油抹布;
(5) 再次确认接地电刷指示器, 确认已接近“RPL”位置。
2.3.2 在线更换及检测
(1) 断开自锁开关;
(2) 测量电刷和电流, 用万用表测为0.8 VDC/0A, 用录波器测为0.19 VDC/0.24 ADC;
(3) 提升电刷臂至“UP”位置, 观察机组轴系监测点, 未见异常;
(4) 再次用录波器测量电刷对地电压电流为:0.19 VDC/0.24 ADC;
() 拔出电刷内匣, 更换新电刷;
(6) 将电刷与接地导线连上;
(7) 调节提升螺钉使其高出平面2 mm, 此时电刷指示器指示“NEW”位。观察机组轴系监测点, 均正常;
(8) 用万用表再次测量:电压1 VDC, 电流测不出 (隔天, 拆除电刷后的接地开关箱更所有部件, 直接测量电刷对地电压电流, ~0.85 VDC/1 m ADC) ;
(9) 用录波器测量:电压0.26 VDC, 电流0.32 ADC。
2.3.3 接地电刷更换后再次检测
接地电刷更换后, 重新检测VXI22001和VXI22002前置器同轴接头外侧感应电压, 3 h后仍有相同感应电压存在。因此, 再次检测了接地电刷:
(1) 用钳型电流表测量接地电刷的输出电流:第一次9 m ADC, 交流档未测出, 第二次13 m ADC;
(2) 用钳型录波器测电流:第一次1.5 m ADC, 第二次2.5 m ADC;
(3) 打开接地开关箱, 用万用表测量:电压0.87 VDC, 电流测不出;
(4) 断开电刷后面接线, 用万用表测量电刷对地电压电流为1 m ADC/~0.85 VDC。但电压时刻都在变, 用两个万用表测量, 结果相同;用录波器测量电压及电流, 则未能测出;
(5) 用万用表测量对地电阻 (电刷后头的接线到地) 为0.8Ω。
笔者分析更换前、后接地电刷的检测结果, 虽因检测仪表和方法不同, 数据略有不同, 但其都在合理范围之内, 可断定接地电刷工作是正常的。但是3 h左右时间, 轴振动VXI22001、VXI22002前置器同轴接头外侧仍存在~40 V的交流感应电压, 说明感应电的存在与接地电刷没有关系, 可以排除接地电刷的影响。
3 TSI测量回路分析
3.1 测量原理
Bently轴振动、轴位移传感器是利用电涡流效应原理的非接触式传感器, 由探头、延长电缆和前置器构成。
前置器产生的高频振荡电流过探头线圈, 在探头周围产生交变的磁场。当有导体靠近探头时, 交变磁通链穿过导体, 在导体表面感应出涡流, 形成涡流“线圈”。该涡流“线圈”又产生交变的磁场, 穿过探头线圈, 在探头线圈中产生一定的互感电压, 该互感电压的大小与传感器与被测物体之间的间隙成正比。
3.2 TSI回路接地系统
经过了解, 裂解气汽轮-压缩机组的TSI测量回路[6,7,8,9,10]如图2所示。
3300XL探头和前置器的内部电路与外壳都是电隔离的, 探头和延长电缆连接的同轴接头外有绝缘措施, 只有3500系统接地, 符合单点接地要求。Bently工程师检测了3500系统接地电压, 确定3500系统接地正常。
但是, 由于前置器与3500之间MTL隔离器的存在, 隔断了传感器与3500之间的物理连通, 3500系统接地与传感器回路没有关联, 探头与隔离器之间的回路是不接地、浮空的。
由于TSI传感器回路没有可靠的接地, 容易受到外界干扰, 产生感应电动势。感应电动势高到一定程度时, 就会通过回路中的薄弱环节放电而损坏仪表。这就不难理解, 在汽轮机前振动前置器同轴接头外侧能检测到较高的感应电压, 轴位移和轴振动前置器因此被击穿而损坏。
3.3 感应电压产生原因分析
分析传感器环境, 笔者认为有3种可能, 导致产生感应电压:
(1) 转子带磁性或带静电。由于涡流传感器是利用电磁场工作的, 转子带磁性, 或者转子带电形成的不规则磁场, 都有可能在回路中产生感应电压, 影响传感器输出。某机组转子带电后的轴心轨迹图和振动信号波形如图3所示。
(2) 该汽轮机的进汽参数很高 (10.7 MPa, 510℃) , 少量蒸汽会分解成电离子。而前汽封处难免有微量蒸汽泄露漏到前轴承座内, 其中的电离子就可能依附在延长电缆的绝缘层上, 并向低电阻值的铜接头处转移, 从而形成了电荷积聚。对此本研究对汽轮机周围的环境静电进行检测, 未发现静电的存在。
(3) 虽然润滑油含水量非常低, 但润滑油在冷却转子和轴承过程中, 受到高速运动转子与轴承摩擦挤压, 会产生静电, 这些静电易于附着在附近金属导体上。而轴振动VXI22001和VXI22002探头的同轴接头正好位于前轴承座内底部, 接头外虽然有绝缘护套, 但由于接头长期浸泡在50℃左右的润滑油里中, 绝缘效果或变差, 静电会累积到同轴接头上。而同样安装在前轴承座的轴位移探头, 其同轴接头在轴承座外, 不存在静电积聚的可能。考虑到这个原因, 本研究在机组不停机的情况下, 作了如下检查:
本研究断开其中一个振动前置器与延长电缆的连接, 用备用探头和延长电缆连接到该前置器上, 3 h后检测该振动前置接头处感应电压为零。而另一个仍然有~17 VAC的感应电压。从而判断:前置器同轴接头处的感应电压不可能来自Bently 3500监视系统, 而是与轴承座内的探头或延长电缆有关。
当然, 为彻底查清干扰, 本研究还对同样安装在汽轮机前轴座上的其他仪表、轴承温度铂热电阻和转速传感器进行了检测。检测结果表明, 这些信号回路也都正常。
4 结束语
机组轴位移ZI22001、振动VXI22002的前置放大器损坏更换新前置器后, 轴位移ZI22001指示恢复正常, 未发现异常感应电压存在, 但轴振动VXI22001、前置器同轴接头外侧每仍存在的交流感应电压。上述情况说明, 轴位移前置器的损坏是由于轴振动前置器同轴接头外侧有感应电压导致, 因为轴位移与轴振动的前置放大器安装在同一接线盒内, VXI22002前置器处由于静电电压积聚过高, 导致在接线箱内产生电弧而使ZI22001轴位移前置放大器烧毁。
机组更换接地电刷后, 轴振动VXI22001、VXI22002前置器同轴接头外侧每3 h仍存在~40 V的交流感应电压, 说明接地电刷与轴振动VXI22001、VXI22002前置器同轴接头外侧的感应电压没关系。在机组又一次停机检修时, 本研究检查轴承座内轴振动VXI22001和VXI22002探头和延长电缆的同轴接头绝缘保护套确有渗漏现象, 对轴承箱座内的同轴接头重新做绝缘处理。机组运行正常后, 笔者检测振动信号正常, 无感应电压存在。因此, 本研究判定两个轴振动探头前置放大器的同轴接头外侧带电是由于轴承座内的润滑油受到高速运动的转子与轴承挤压产生静电及前轴承箱内振动探头同轴接头绝缘失效所导致的。
摘要：针对某石化公司GB201压缩机组中汽轮机端轴位移和轴振动信号出现的突变现象, 对汽轮机接地电刷、BENTLY3500接地系统及静电产生原因进行了研究。由于机组不能停机, 先对可能导致故障的各相关因素进行了分析。排除可以排除的因素, 在线检测及更换了汽轮机接地电刷、在线检测了BENTLY 3500接地系统及分析了转子带电或带磁的影响。最后判定润滑油受高速运转的转子与轴承挤压摩擦产生了静电, 并且因轴承座较大而导致TSI探头的同轴接头在轴承座内, 接头长期浸泡在50℃左右的润滑油里中, 绝缘效果或变差, 静电累积到同轴接头上, 从而导致静电荷积聚及突变现象的产生。后在机组停机检修时, 打开轴承座检查, 对同轴接头重新做了绝缘处理, 再次开机后恢复正常。研究结果表明, 信号突变是由于润滑油高速运转的转子与轴承挤压摩擦产生静电及轴承箱内的TSI探头同轴接头绝缘失效。
关键词：安全监视系统,涡流传感器,信号突变,单点接地,接地电刷
参考文献
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安全监视系统 篇4
如果没有专门安装控制、监测软件，这些问题就真的无从解决吗?并非如此，在Windows 中已经有了很详细的 ，它可以帮你检查谁登录了你的电脑，谁在开机、关机，还能找出像关机速度慢这类问题的解决方法。
第一步：打开注册表编辑器，找到[HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoftWindowsCurrentVersionpoliciessystem]，在里面建立一个名为“verbosestatus”的DWORD值，然后将它值设为1。
第二步：还是在这个位置，检查一下有没有“DisableStatusMessages”这个键值，如果有，将它的值修改为0，或者干脆删除它。
第三步：关闭注册表编辑器，重启电脑。进入“开始→控制面板→管理工具→事件查看器”，然后点击“系统”，你就会看到更多内容了，
用户登录、开机、关机等信息，都会有在这里得到体现。
实例：给你“功力”增强的事件查看器
在进行上述修改前，事件查看器具有较低的查看级别，一些事件不会被记录下来。修改后，可以更详细地了解系统状况。当Windows 2000关机速度缓慢时，只要进入“开始→控制面板→管理工具→事件查看器”，点一下“应用程序日志”，这时就会看到详细的故障信息。
经过分析，我们得出结论：这是由于配置文件卸载出错造成的关机速度缓慢，我们曾经第11期介绍过它的解决方法：只要安装一个微软出的小软件即可解决问题。(下载地址：download.microsoft.com/download/a/8/7/a87b3d05-cd04-4743-a23b-b16645e075ac/UPHClean-Setup.msi)。
小提示：
安全监视系统 篇5
(1) 数据传输吞吐量大、实时性强, 据粗略统计, 系统并行监控的数据点总数接近百万, 时间精度通常为毫秒级。
(2) 进行数据交换的设备之间通常存在上位、下位关系。
(3) 数据传输具有不对称性。
(4) 数据传输还具有优先级特性和可选择性。
(5) 数据传输依托于通信网络, 需要使用特定的通信协议, 协议的选择需要考虑满足上述的数据传输特点。
2 油气管道SCADA系统数据传输风险分析
当前油气管道SCADA系统中数据传输安全方面的防护措施不多, 风险主要存在于中控系统和站控系统的数据传输过程, 主要有以下几个方面。
2.1 非法接入风险
现在的网络技术发展非常快, 对于任何形式的网络都可以提供多种接入方式, SCADA网络也不例外。局域网无论怎么隔离, 只要有对外的数据传输, 就总会
通过一根专线、一台设备或者一个内网和更大的企业网相连。攻击者完全有可能利用这些链接获取到对站场设备的接入途径, 一旦非法接入, 后果不可设想。
2.2 协议开放风险
目前出于工程实施难度和成本的考虑, 油气管道SCADA系统中使用的是一些开放的标准协议, 且多是基于以太网和TCP/IP协议栈的应用层协议。标准开放的同时, 也使得攻击者能够更容易、更深层次地理解SCADA网络运行的机制, 从而大大增加了风险。
2.3 明文数据风险
油气管道SCADA系统中传输的是明文数据, 没有进行特殊的安全处理, 其保密性、完整性无法得到保证。数据在传输过程中或者存储在终端设备时都有可能被侵入网络和设备的攻击者轻松获得、更改。如果攻击者对数据进行了篡改, 甚至伪造重要的控制指令, 系统本身不具备任何能力发现。一旦这些数据进入SCADA系统, 可能引起严重事故, 造成不可估量的损失。
2.4 非定制的软硬件产品带来的风险
油气管道SCADA系统在建设过程中, 很少选择定制产品, 而是选择市场上较大厂商的典型软硬件产品, 这样做大大降低了设计难度和建设成本, 但同时也带来了潜在的风险。由于绝大多数产品不是为了SCADA系统专门设计的, 都不带任何安全功能。这些产品通常兼容一些基于以太网和TCP/IP协议栈的应用层协议, 在基于TCP/IP的网络攻击面前非常脆弱。如果不加入一些专门的网络安全设备, SCADA网络和普通的互联网一样, 安全性和可靠性非常低。
2.5 常见安全策略
(1) 接入控制。接入控制是一种常见的SCADA系统安全策略。完善SCADA系统的接入控制机制是非常必要的。对于企业级安全来说, 必须严格执行网络安全接入管理制度, 并辅以适当的技术手段, 才能事半功倍。要在技术层面实现接入控制, 首先要做到针对所有的接入对象进行认证, 这里的对象可能是用户, 也可能是设备。然后, 应当赋予通过认证的用户相应的角色和权限。
针对用户的认证可以保证控制指令是授权用户下达的, 针对设备的认证可以保证数据来自正确的来源。双重认证比较严格, 要求用户必须在特定的设备上才能接入系统, 且只能在该设备上查看数据和发送指令。有一种较新的做法是在现场设备近端部署支持DNP3协议并具有认证和完整性功能的设备, 在中控系统内部署相对应的软件或硬件, 在数据传输时利用“质疑—回应”机制进行认证。用户权限一般是通过角色来赋予的, 角色是权限的集合, 系统定义了若干个角色, 并分配给用户, 用户只能进行权限范围以内的操作。
(2) 数据加密。加密是一种有效的数据安全策略, 可以有效地提高数据的保密性和完整性。SCADA系统的加密可以在不同的网络分层实现, 比如在应用层加密和在网络层加密。
(3) 网络安全设备。网络安全设备是一种特殊的硬件设备, 它们结合了接入控制和加密策略, 针对特定需求定制开发软件并嵌入到硬件中。这些设备可以用来对数据传输网络进行安全防护, 常见的有硬件防火墙和安全网关。
3 油气管道SCADA系统数据传输安全方案
为降低前述的数据传输风险, 本文参考常见安全策略, 结合中国石油油气管道SCADA系统的实际情况, 针对中控系统与站控系统的数据传输过程, 初步设计了以下安全方案。
3.1 建立接入控制机制
部署证书体系, 为全网用户提供统一身份标识;部署身份认证服务器, 为全网用户提供统一身份认证服务, 并统一管理权限;部署网络认证服务器, 加强全网统一接入认证管理。采用USBKey、证书、口令相结合的身份认证方式:SCADA系统验证用户身份时, 首先确认用户是否插入USBKey, 然后验证口令是否正确, 最后确认证书是否有效。当以上三者均通过验证, 用户才能进行权限内的操作。
3.2 部署网络安全设备
在中控系统和站控系统接入通信系统的边界上部署硬件防火墙和加密网关, 以抵御基于TCP/IP的网络攻击, 并对传输数据进行加密保护。加密网关需特别定制且具有以下特点:
(1) 选用国家密码管理局认可的商密算法。
(2) 支持网络层BITW部署模式, 对原有网络和使用协议无影响。
(3) 支持对端无加密网关的部署模式。
(4) 支持对通道加密, 仅对重要设备数据进行加密。
(5) 支持单向加密, 可仅对下行指令加密, 对上行数据不加密。
(6) 支持旁路 (bypass) 功能, 当设备无法正常工作时, 可以自动切换为明文传输模式此外, 还应部署设备管理中心和密钥管理中心, 对全网的加密网关进行管理。
3.3 加强对外安全
将中控系统和外部系统进行物理隔离, 并对所有系统及设备进行认证;对所有数据传输通道进行加密;使用加密的文件传输方式。
4 结论与认识
油气管道SCADA系统安全直接影响油气管道生产安全, 乃至国家能源、经济安全, 因此格外重要。该系统经过多年的发展, 已经形成依托于通信网络的分布式架构。本文针对该系统中数据传输的情况进行了介绍, 并对目前存在的主要风险进行了分析。参照国内外一些SCADA安全方面相关的标准, 结合油气管道SCADA系统建设现状, 本文提出了一个基于接入控制和加密的数据传输安全方案, 并计划在未来的工业实验中进行验证。
参考文献
智能厨房安全监视器 篇6
本文设计了一个智能厨房安全监视器, 具有红外测温功能, 可以方便地检测灶上各种锅的温度, 并判断是否干烧。如果干烧则发出报警, 有燃气泄漏报警功能, 有操作非常简单的闹钟功能。报警信息可以通过无线方式报告给智能手机, 甚至后辈们还可以通过智能手机查看厨房的闹钟、温度、燃气泄漏情况。
1 方案设计
本监视器由单片机、红外温度传感器、可燃性气体传感器、液晶显示屏、编码开关、蓝牙连接模块和Wi Fi连接模块、继电器等组成。单片机通过检测锅体表面的温度, 判断锅体是否处于干烧状态, 同时检测可燃性气体浓度是否超标。当检测到锅体干烧或可燃性气体超标时, 单片机将显示报警信息, 同时切断继电器关闭气源, 通过蓝牙向手机发送信息, 手机将显示相应的报警信息。为了提高监视器的适用性, 同时利用液晶显示和旋转编码开关设计了3个闹钟, 用户可以非常方便地设置和使用闹钟功能。通过手机监控软件, 可以在手机上查看监视器的全部状态, 并设置闹钟。图1为厨房安全监视器原理。
采用红外温度传感器MLX90614AAA, 它是一种红外测温传感器, 与接触式的温度传感器不同, 它可以远程测量锅体表面的温度。在出厂前, 传感器这一模块已进行校验及线性化, 具有非接触、体积小、精度高、成本低的优点。被测目标温度和环境温度都能通过数字信号输出, 可以直接与单片机接口。为了方便地将传感器对准被测锅体, 采用金属软管将温度传感器连接在仪器外壳上, 这样在使用时只需要简单调整软管, 让温度传感器对准发热的锅就可以了。由于温度传感器的测温区域是一个扇形区域, 所以对准的角度允许有较大的范围, 大致对准就行了。这就大大提高了设备的易用性。通过反复试验验证, 炒菜时, 随着加热时间的延长, 温度会慢慢上升, 但如果锅内有水分, 温度会在110℃以下, 人们在操作时也不会让温度升得太高。而水分烧干后, 如果不人为关火降温, 温度会随着时间的延长而继续升高, 直到烧红甚至起火。
闹钟功能:厨房炖、煮菜时经常要使用闹钟, 这也是防止长时间打开灶具后发生危险的效措施之一。本监视器采用旋转编码开关、液晶显示屏和单片机设计了3个闹钟, 可以满足大多数厨房的要求, 而且由于采用了旋转编码开关作为输入方式, 闹钟的设置非常简单, 即旋转时设置时间, 按下时打开或关闭闹钟。
采用STC15F2K60S2单片机, 与8051单片机兼容, 但速度更快, 功能更强。
本系统中USB接口主要用于下载与调试程序。
2 主要功能模块设计
主要功能模块有温度测量与干烧判断模块、显示模块、实时时间模块、温度和可燃性气体监测模块、蓝牙功能模块等。主程序负责对上述功能模块采用轮询方式进行合理的调用。主程序流程如图2所示。
2.1 温度测量与干烧判断
从MLX90614AAA读出的数据由高8位 (Data H) 和低8位 (Data L) 两部分组成, 其中RAM地址07H单元存储的是TOBJ1数据, 数据范围从0x27AD到0x7FFF, 以绝对温度 (K) 为单位, 一个单位数值表示0.02 K, 总的温度表示范围为-70.01~382.19℃。从传感器中读出的数据 (Data H:Data L) 换算为温度数据 (单位为“℃”) 如以下公式所示:
软件由2个函数组成。uint MEM_READ (uchar slave_add R, uchar cmd R) 读取传感器内部的RAM数据, 在传感器的RAM中, 地址06存贮有环境温度值, 07H存贮有目标温度值;void CALTEMP (uint TEMP) 温度转换, 将TEMP的数据按式 (1) 转换成温度, 用于判断和显示。根据试验, 我们将在连续10 s超过设定温度时判定为超温。
本文采用“读取3次取中间值”的方法对温度值滤波, 以可靠、稳定地读取温度值。
2.2 实时时钟
利用H1302芯片加后备纽扣电池产生实时时间, 芯片与单片机之间通过SPI口连接, 单片机可以通过SPI口修改和读取当前时间。
主要C语言函数:
void DS1302_Set Time (uchar*p) 将数组p的参数时间值设置为当前时间。
void DS1302_Get Time (uchar*p) 读取当前时间并将时间值放到数组p中。
2.3 定时器处理
由于单片机的定时器在长时间定时时可能会由于晶振误差而产生较大偏差, 所以我们采用了H1302实时时钟专用的芯片计时, 它的精度很高, 一个月内的误差小于10 s。
用单片机中的定时器每秒钟产生中断, 在中断函数中通知主程序读取当前的实时时钟, 并根据每个定时器的状态, 计算处于打开状态的定时器的剩余时间或者超时时间, 并显示出来。
编写的主要C语言函数:
void Timer1Init () interrupt 3 using 1:定时器1的中断处理函数, 定时器被设置成0.5 ms中断一次, 在中断程序中将变量Sys Time加1, 加2 000次后就正好是1 s了, 再将秒标志bsec置1.另外, 旋转编码开关的状态也在本程序中进行, 旋转编码开关每隔0.5 ms检查一次。如果连续检测到2次相同的状态, 则被认为是一个可靠的状态。以可靠状态为基础, 检测到信号A的一个上升沿则认为是一个旋转动作, 再根据B相的高低电平状态判断旋转方向。
void Time OP () :在主程序中每秒钟执行一次, 判断定时器的状态并处理显示的内容。定时器的运行采用有限状态机编程, 定时器总是工作在4种状态, 即关闭 (状态0) 、运行 (状态1) 、报警 (状态2) 、停止 (状态3) 。关闭状态下, 显示器显示“关”, 定时器不计时, 按下对应的开关后进入运行状态。运行状态表示定时器计时还没有到预设的时间, 显示器会显示剩余的时间。当剩余时间大于1 min时, 以“分钟”为单位;小于1 min时, 以“秒”为单位。当时间到了后自动转入状态2, 或者按下对应开关后转入“停止状态”。报警状态表示定时秒器预设的时间已经到了, 蜂鸣器会发出声音报警, 显示器显示闹铃符号, 同时显示超时时间 (以“秒”为单位) , 30 s后自动转入停止状态。在停止状态下, 显示器保持原来的显示不变——显示“超时30 s”及闹铃符号, 但蜂鸣器停止发出声音, 与关闭状态的显示不同, 以提醒用户这个定时器时间到了, 但用户没有理会它, 按下对应开关后进入关闭状态。
2.4 蓝牙功能
在家庭使用时, 常常是厨房里有食物在炖, 人却在客厅短暂休息。为了适用于这种情况, 本监视器设计了蓝牙及Wi Fi功能, 配合手机APP软件, 就可以在智能手机上查看监视状态, 并设置定时器的时间与开关。以蓝牙为例, 本文采用蓝牙转串行口的模块, 它可以解析蓝牙协议, 并在连接成功后成为一个串行口, 这样单片机就可以用串行口来操作蓝牙功能了。本手机软件定义了5个指示灯, 其中3个用来指示定时器的状态, 另外2个用于温度报警及可燃性气体浓度报警;定义了6个按键, 分别是定时器1~3的开关、温度报警复位及状态读取。3个进度条用于设置闹钟时间。
3 实施与测试
为了检测锅体的干烧状态, 试验了常用的炒菜锅、高压锅、普通不锈钢水锅等。锅体温度的检测与传感器对着的位置有关——当传感器正对着火焰与锅底的接口部及以下时, 温度会高达260℃以上;但如果稍向上, 传感器正对着锅体时, 温度在非干烧状态下不会超过110℃, 锅内的水烧干后, 则温度开始上升, 到260℃时, 锅已经有点发红了。经过反复试验, 本仪器将干烧温度设置在160℃时可以很可靠地检测到干烧, 且此时燃气灶处于安全燃烧状态。所以在本仪器的程序中将温度报警的默认值设置在160℃。为了适应其他场合的需要 (比如化学实验室) , 报警温度也设计成了用户可以在0~255℃之间任意调整, 但重新开机后又恢复160℃的默认值。
现在的燃气灶都有“火焰熄灭自动断气”功能, 燃气灶内部已经设计有一个电磁阀来切断燃气, 我们将安全监视器的输出继电器串联在燃气灶的电磁阀线圈电路中, 这样在干烧时, 就自动切断了气源。
为了提高仪器的适用性, 以后的改进中还可以增加摄像头, 这样就可以在办公室里看到厨房的情况。这样, 儿女们就可以在办公室里看到年老的爸爸妈妈在厨房里的情况, 让人更加放心。
参考文献
民航通信导航监视系统防雷研究 篇7
关键词：民航,通信导航监视系统,避雷措施
1 雷电对通信系统的危害
雷电是一种常见的自然现象, 它的产生决定于大气环流和气象因素的自然现象, 是一种积累有很多雨水的云彩与云彩或者云彩和大地之间进行的放电现象。在这过程中, 会有强大的电流通过, 因此, 如果保护不好, 其对通信设备会造成十分严重的危害。
雷电对通信系统的危害主要表现在, 在雷电发生时, 会产生几千安培的电流, 同时, 在这过程中, 会产生几万伏的电压。如果没有任何防护措施, 这样的电压足以将通信设备击穿。除了这些直接的影响因素, 在雷电发生时, 产生的电流热效应、电流电动力效应和雷电的反击和引入的很高的电位对通信系统都会造成严重的危害[1]。
根据电磁兼容理论知识, 同时结合建筑物结构和通信设备的特性, 可以将通信导航监视系统的保护分成若干不同的空间。其中空间可以分为直击雷非保护区、直击雷保护区、第一屏蔽保护区、第二屏蔽保护区、第三屏蔽保护区等区域。其中, 直击雷非保护区就是在雷电能够直接击中的地方, 并没有设有保护设施的区域;相反地, 直击雷保护区是雷电能够直接击中的地方, 在这其中设有防雷屏蔽设施的区域。同时, 根据地区雷电发生的频率特点, 同时, 结合地区地形的不同, 建筑物的高度以及地区地质特征的不同, 可以将雷电保护等级分为特级、甲级、乙级三种等级。针对不同的雷电保护等级, 同时结合雷电保护区域的不同, 对通信导航监视系统的保护措施也有所不同。在下面的文章中, 将着重对其中的对通信导航监视系统的保护进行研究和相关表述。
2 通信导航监视系统防雷措施
在前面, 已经对雷电产生的原因, 雷电发生时会带来的现象, 及其对通信导航监视系统的危害性进行了描述。同时, 在一定防雷标准下, 对需要防雷的区域进行了分区, 将防雷区的防雷等级进行了必要的划分, 这些都是实施通信导航监控系统防雷措施进行的前提条件。在下面, 将对通信导航监视系统的防雷保护进行研究和表述。
2.1 直击雷下, 通信导航监视系统的保护
对于直击雷的保护是一个非常常见的雷电保护措施, 传统的雷电保护方式主要是针对直击雷进行保护的。主要防雷方式, 是在建筑物上安装避雷针或者避雷网。通过避雷针或者避雷网设备将电击时产生的电流直接传输到大地上, 从而减少雷击的危害, 这些避雷针、网能够使通信导航监视系统中接闪器处于保护范围之内。其中, 接闪器的安装位置有所要求, 其距离天线的水平距离应该大于3米。而避雷针、网应该在建筑物中容易被雷击的部分安装。针对不同的保护等级, 接闪器的保护范围及避雷针、网的设备属性会有所不同。对于雷电保护等级要求很高的通信导航监视系统的保护, 其接闪器的保护范围一般应该设定在半径为30米左右的范围内, 而避雷网的尺寸一般采用长宽都为5米的范围内。其中, 对于避雷针、网的引下线的数量也有所限制, 并不是越多越好, 需要针对特定的保护设施的设计和搭建进行具体数量的设置, 一般的采用4根。
2.2 雷击情况下, 供电系统的保护
通信导航监视系统无疑也是一种电系统。只要是电系统, 就要考虑供电的问题。而供电设备也是存在被雷击的威胁。因此, 对于这些供电设备的保护也是十分关键的。前面讲述的安装避雷针、网的措施是一种可以进行雷电预防的方式[2]。但是, 雷电分为直击雷和感应雷, 其中在建筑设备上安装避雷针、网等防雷设施主要是预防其中的直击雷, 当线路附近发生雷击时, 线路上的感应电荷会迅速地发生移动, 从而会产生感应雷。在供电系统中, 对于感应雷的预防主要是将设备和线路静电屏蔽和接地。因此, 在进行这些辅助设备的防雷保护时, 要适当地结合两种方法进行相关的设置。
2.3 雷击情况下, 屏蔽技术的应用
屏蔽是一种常见的物理现象, 用金属网将一种物体包围起来, 那么电磁脉冲就不能入侵。对该物理现象的了解有助于在雷电情况下适当地选择合适的屏蔽方式将保护对象进行保护, 同样地, 一般的电力设备厂商也做了适当的设置, 例如, 在一般的线路传输电缆上, 打开电缆, 我们会发现, 在主通道的边上有一层绝缘层, 在绝缘层的周围是一圈金属网, 这些金属网就是能够产生屏蔽效应的装置。这对减少线路中的损耗, 同时也对减少线路中的噪声干扰是有很大作用的。也可以选择同样的方式, 对通信导航监视系统中的设备进行适当的保护, 但采用屏蔽方式也有自己的缺点, 这些在高层建筑物中表现最为突出, 例如, 一个建筑物的最顶层辐射最为严重, 如果采用屏蔽措施的话, 那将会影响通信设备的运行质量。
3 总结
我国民航事业正在蓬勃发展着, 在民航通信导航监视系统中, 雷击现象时有发生, 防雷成为民航事业永恒的话题。目前, 对其进行保护的措施还有很多不到位, 以及保护措施过于陈旧的现象。但是, 相信随着通信技术和计算机科学的不断发展, 新的更好的防雷避雷措施将被发明, 并为我国民航的通信导航监视系统的正常运行保驾护航。
参考文献
[1]建筑物防雷设计规范.GB50057-94
安全监视系统 篇8
北斗卫星导航系统可以在全球的范围内全天时以及全天候为各项类型的用户提供导航、授时服务和高精度的定位和短报文通信能力。该系统由三部分组成:用户端、地面端以及空间端。在此之前, 中国已经发射成功了13颗北斗导航卫星和4颗北斗导航试验卫星。此系统在2011年12月27日之后逐渐的扩展成了全球的卫星导航系统, 不受到气候、时间的制约, 现在其授时精度优于100ns且其定位精度优于20m, 在军事上获得了广泛的应用。
1) 国内外现状:
我国在1994年批准北斗卫星导航系统 (Bei Dousatellitenavigationsystem) 立项, 这标志着我国开始了研究卫星导航系统的第一代。根据发展战略的“三步走”来说:第一步, 北斗一号于2003年正式开始系统运行;第二步, 批准实施了导航系统第二代的建设发展并且成功建筑区域卫星导航系统于2012年, 形成能够覆盖亚太地区的服务能力, 在我国的一些重点地区提供授时、定位、导航等基本服务;第三步, 拥有全球的覆盖能力在220年左右实现。已建成的北斗一号系统又称为“双星定位系统”具有卫星短消息通信的独特功能。用户终端要通过发射申请定位的信号, 再由地面中心结算出位置最后通过卫星传送到用户的手上来进行定位。北斗二号系统采用的体制是无源定位, 原理完全与GPS原理一样, 其在导航战能力以及精度等各方面有明显的提高。目前, 国内战术级地面监视系统中, 已经初步应用了北斗卫星导航系统, 实现了基本的单独的短消息通信功能和系统位置的获取。然而在界面操作和数据关联方面才是地面监视系统的核心功能所在, 所以北斗一号的应用存在着监视控制能力较弱、不能统一展现数据、输入工作量大等问题。而北斗二号的投入虽然对硬件环境和部队要求提升, 但同时也对地面监视系统中应用北斗系统, 监视和指挥方面的能力进行了提高, 使两个系统加强了一体技术研究, 使资料共享、操作简捷、覆盖面广。
在国外以卫星导航系统为基础的军事应用系统起步同样不晚。地面监视系统中, 较为著名的有美国的“蓝军跟踪系统”。其有四个子系统, 通过GPS来确定方位, 每个单元数据进行独立的显示, 实现了利用卫星分发来传递数据的版本。近年来, 在战争中广泛的应用了该系统。
2) 北斗卫星导航系统的功能和优势:
北斗卫星导航系统竭力向各用户保证高质量水平的授时、导航和定位服务, 有授权服务和开放服务两种类型。授权服务是为了对高安全性、高精度卫星导航有需要的用户提供系统完好性信息和各项服务。开放服务是向所有用户免费的进行服务, 测速精度为0.2m/s, 授时精度10ns, 定位为精度10m。
安全性可靠, 有完全的自主知识产权适用于各关键部门, 不需要其他的通讯系统进行支持, 独立进行定位通讯, 传输快捷, 实时性强。覆盖的方位较大, 没有通讯的盲区, 即将成为具有全球导航能力的系统, 中断性能不断提高, 内容形式将日渐丰富, 应用的领域也会逐渐扩大。
1 一号系统和二号系统应用
2003年一号系统建设成功且开始使用, 由用户设备、地面系统和空间卫星等部分组成。地面系统部分由地面中心站、气压测高站、校准站、测轨站组成, 其中地面中心站包括技术中心和主控站两个部分配备了数字化地形图。目前, 该系统广泛应用于抗震救灾、气象预报、海洋监测等方面。尤其是在永胜地震中, 该系统被抗争救灾工作在灾害预警、远程监测、导航以及公共应急信息服务等方面发挥了举足轻重的作用。
北斗二号卫星系统不仅是对一号系统的延伸, 且其更类似于伽利略系统和GPS全球定位系统, 其标志着中国自行研制的系统进入实际应用新的发展建设领域。其具有全球覆盖、使用无源定位导航体制、系统差分定位精度能够精确为lm、延用了一号系统的短信报文通信功能, 且对通信容量进行扩充。
2 北斗系统地面监视中典型应用
监视系统的应用需求可以概括为信息共享、对战场态势的快速获取、综合展现、远程控制等。系统中的软件主要采用的结构式c/s, 由数据库和操作系统来进行工作。该系统依靠设备管理服务、地理信息环境和信息处理服务等作为支撑来进行监视和指挥的应用。监视系统最主要的功能就是通过申请定位、读取设备串口数据、进行转换数据协议、作战单元进行匹配、定位信息数据存储以及作战单元位置信息显示灯过程, 来迅速确定所在的坐标、时间、方向、高程和速度一系列的位置。
为了能够对北斗获取的定位信息进行直观的显示, 由开发接口 (系统应用地理信息系统geographicinformationsystem, GIS提供) 自动的把实施的各项信息动态在电子地图上进行显示并且用不同的符号对各类部队车辆等进行区分。除了自身定位信息监视外, 通过北斗的传输手段还能形成战场态势图。在进行监视时, 部队间行动的协调和各级部队的指挥控制是实现的核心功能之一也是作战过程中的最基本任务。根据北斗系统的特点, 对指挥短语进行分类, 预设模板减少数据传输长度, 防止数据丢失和工作量过大等问题。监视系统利用北斗短报文通信功能是全球卫星导航系统独有亮点功能, 有效的使其他通信手段面对复杂战场环境和远距离部署下进行数据共享及信息传递, 北斗系统的各项应用如图1。
3 结束语
北斗系统在地面监视系统中有着不可替代的重要作用, 在地面监视系统中利用监视和指挥一体集成、图上位置聚合解聚、作战单元队形偏航告警等技术充分利用北斗系统技术特色进行强而有力的地面监测。随着北斗二代系统的研究建设, 结合部队作战训练的要求, 研究出适应于我国军事实际特点且功能强大的指挥应用系统。
参考文献
[1]谭述森.北斗卫星导航系统的发展与思考, 2008.
[2]温静, 汪大明, 孟月玥, 方洪宾.北斗卫星导航系统在地质调查领域应用综述, 2012.
安全监视系统 篇9
关键词：多点定位,TDOA,场面监视
自从机场产生以来, 机场场面监视就得到了重视和发展。对机场地面飞机和车辆的监视和管理, 是维护机场地面秩序, 保证地面安全的重要手段。20世纪50年代起, 美国大中型机场开始配备场监雷达用来监视交通, 然而1977年发生在特内里费和1991年发生在洛杉矶国际机场的飞机相撞事件引起了人们对现有监视系统的深刻反思[1,2,3]。由于传统的场监雷达已经无法满足机场交通安全的需要, 因此先进的场面监视系统陆续产生, 其中以多点定位 (MLAT) 系统为代表的新一代场面监视系统在国外大中型机场被广泛地使用。
1 传统的场面监视系统
目前我国机场场面监视使用的是传统的场面监视系统, 即场监雷达[4]。场监雷达主要用于监视机场地面飞机与车辆的一次雷达系统, 它由高速旋转的天线、发射机、接收机、信号处理器、数据处理器和显示系统组成。通过天线发射无线电波, 电波被飞机反射, 雷达通过对反射信号处理, 从而获得目标的距离、方位, 然后数据处理器通过与FDP (飞行数据处理器) 、二次雷达相关, 从而得到飞机识别信息。但是传统的场面监视系统有其缺陷, 第一, 它的雷达信号可能会被大雨、雪或者雾扭曲, 从而产生错误信号。第二, 由于障碍物的遮挡存在一定的盲区。第三, 场监雷达对车辆也无法识别。
2 多点定位 (MLAT) 系统
由于传统的场面监视系统存在着缺陷, 因此一种全新的基于应答机的监视系统诞生了———多点定位 (MLAT) 系统[5,6]。MLAT系统不是使用无线电波的反射来定位, 而是使用多个接收机接收飞机的机载A/C, S, ADS-B模式的应答, 利用应答信号到达接收机的时间差 (即TDOA定位技术) 来实现精准定位, 并且根据应答码中的地址码对目标进行识别。系统由多个安装于机场场区的地面站组成, 在同一时刻内, 至少3个地面站接收到同一目标的应答信号进行解码, 并将数据送达目标处理器, 目标处理器根据各个接收机的数据计算出目标位置, 并且通过高刷新率来确定其运行轨迹, 根据各目标的位置和运行轨迹, 进行冲突预警及告警。
2.1 MLAT系统构成
MLAT系统由远端站、校标机、中心处理站、发射机、显示终端组成。远端站主要用于接受信号、解码信号、到达时间标定、选择接收信号传输;发射机主要用于发射询问信号;校标机提供可靠的系统同步和系统内部测试;中心处理站用于综合远端站信息、进行多径处理、计算目标位置、进行目标跟踪;显示终端用于软件显示、系统状态监控、系统启动、系统控制等。
2.2 MLAT系统的基本原理
MLAT系统采用时间差定位系统来实现空间定位的, 一般情况下不在同一平面的4站可以确定目标的三维信息。文章以4站为例, 该坐标为 (xn, yn, zn) , 目标到达各站的时间为tn, 便可以得到
所以目标到达2个接收站j, k之间的时间差为
方程式连列即可得出目标坐标 (x, y, z) 。由此可见系统的精度取决于时间差Δt和时间误差t0。
2.3 MLAT系统精度
由于MLAT系统是根据时间差 (TDOA) 定位技术实现的, 从式 (2) 可看出, 影响时间差Δt和时间误差t0有时钟同步和几何精度因子两个方面。
1) 时钟同步问题。时钟同步是指将各站的时钟同步起来, 同步方式主要有应答机同步、卫星同步、原子钟同步3种。
MLAT系统的同步是采用以下办法来实现的:校标机通过GNSS接收机获得系统标准的时间, 所有地面接收站接收到校标机提供的时间信号后, 由目标处理单元将所有地面接收站的时钟进行同步。而对于应答信号的时间差的准确计算则依靠时间戳技术来实现其精确性和唯一性。即在接受应答信号之后, 将信号传送至目标处理单元前加入GNSS标准时间。目标处理单元根据接收到应答信号的时间, 接收站至目标处理单元时间的时间偏移量, 便可精确地计算出应答信号之间的时间差。
2) 几何精度因子 (GDOP) 。由于应答机和接收站之间的2个时钟不可避免地存在误差, 且信号在大气传播过程中受折射的影响, 因此, 这样测出来的距离并非真正的距离, 这种距离称做伪距。伪距与真距之间的差即伪距误差Ct0。而定位误差ΔX=GDOP*Ct0。由此可见GDOP可以放大伪距误差, 从而影响定位精度。
GDOP是衡量定位精度的一个很重要系数, 它与设备无关。但它可以通过改变接收站的几何公布、接收站最优选取的方法进行有效降低。在不增加接收站的基础上一般采用星形、多边形布站的方法, 同时通过使用相应的GDOP分析软件优化布站方案。
在解决时钟同步问题和有效降低几何精度因子可使得MLAT系统精度达到3 m, 完全满足空中交通管制要求, 并且极大提高了安全性。
2.4 MLAT系统的特点
第一, MLAT系统能自己识别目标, 由于它接收的是目标应答机信号, 应答信号中包含飞机的高度、速度、识别信息, 通过解码, 便可对目标进行识别, 而不需要人工匹配或与二次雷达相关。它的兼容性强, 可以支持任何机载应答机, 兼容A/C, S模式, 并且支持ADS_B技术。第二, MLAT系统采用非旋转天线, 其刷新率得到提高, 并且可以人工设置扫描速率, 重点监视重要区域。由于它的定位精度高, 所以它可以实现广域空中定位精度20 m以内, 地面精度7 m以内。第三, 覆盖广、容量大, 可以通过在盲区增加接收机, 消除盲区, 理论上可以实现100%全面覆盖。并且, 可以同时监视处理>500个目标。第四, 该系统抗干扰性强, 可以全天候工作。第五, 只需在车辆上安装相应的应答机, 便可对车辆进行全面监视。第六, 强大的软件功能可以对场面上所有飞机、车辆进行实时监视, 可以提供冲撞告警、区域侵入告警、跑道侵入告警、滑行道或停机坪侵入告警, 还可以提供冲撞预测、监控、解决方案。第七, 成本低, 易安装。由于MLAT系统由只有很小的室外机箱和非旋转天线, 其投资成本不及目前所使用的场监雷达的1/3, 可以很容易地安装在塔台、通信塔、跑道及其他建筑物上。
2.5 MLAT系统在我国民航的应用
目前, 国外各大中型机场已经广泛将MLAT系统用于场面监视、精密进近、广域多点相关监视, 并逐步替代场监雷达、精密进近雷达甚至二次雷达[7,8]。我国于2008年在首都机场建成并投产了第一套MLAT系统, 其包括多点相关定位场监系统 (MSS-A) 和多点相关定位进近监视系统 (MSS-PRS) 。系统由中央处理单元和32个远端站组成, 包括32部收信机、10部发信机和4个参考应答机。MSS-A系统对场面区域所活动的目标提供了精度<5 m, 刷新率<1 s的实时监视, 改善了机场监视系统的覆盖度和精度。MSS-PSM对机场进近区域的目标提供了精度达到7.51 (25 km范围内) , 17.24 (25 km范围外) , 刷新率<1 s实时监视, 提高了对机场终端区域目标的监视精度和刷新率, 满足机场实施平行跑道独立运行的管制需求。目前整个系统已经融入北京首都国际机场场面监视引导控制系统及北京终端区域五边监控系统中, 并且发挥着重要的作用[9,10]。
3 结束语
随着民航事业的发展, 国际民航组织经过十年的调研和论证, 提出了新一代航行系统。新一代的航行系统即以星基为主, 采用先进通信、导航、监视技术的空中交通管理 (ATM) 系统, 其主要监视手段为ADS-B (自动相关监视-广播式) 。它是由通信、监视集成而成的信息系统, 将飞机的位置、速度、识别及其他附加信息以ADS-B报文的形式, 通过空-空、空-地数据链进行传播, 彻底摆脱对航管雷达需要。基于新航行系统, 全新的场面活动引导控制系统A-SMGCS应运而生。A-SMGCS系统的核心技术便是MLAT场面监视系统。MLAT场面监视系统由于兼容ADS-B系统, 可以通过ADS-B数据对飞机进行监视, 并且通过解码, 对飞机进行挂牌。A-SMGCS通过机场其他接口, 利用软件将数据融合, 便能提供飞机的定位监视、路径规划、场面引导、智能控制、冲突告警。由此可见将来在MLAT场面监视系统支持下的A-SMGCS系统能够与ADS-B为主要监视手段的ATM系统无缝交接, 实现一体化、互用性、无缝隙运行, 提高机场的运营能力和ATM效率及安全性。
参考文献
[1]吕小平.MDS技术在我国民用航空的应用探讨[J].空中交通管理, 2006 (9) :4-11.
[2]曾思弘.多点相关定位技术及其在北京首都机场的实施和应用[J].空中交通管理, 2010 (11) :14-16.
[3]张睿, 孔金凤.机场场面监视技术的比较和发展[J].中国西部科技, 2010, 9 (198) :34-35, 52.
[4]张涛, 唐小明, 张婕.多点定位系统高精度TOA提取方法[J].电讯技术, 2011, 51 (11) :58-61.
[5]郭昊.几种机场场面监视技术的比较[J].信息科技, 2007 (15) :100, 106.
[6]吴宏刚, 刘昌忠, 黄忠涛.机场场面多点定位系统远端站优选方法[J].电视技术, 2009 (12) :7-8.
[7]魏光兴.通信导航监视[M].成都:西南交通大学出版社, 2004.
[8]张军.现代空中交通管理[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005
[9]Feder Aviation Administration.FAA Runway Safety Report[J].Available online, 2004 (8) :122.
