Compartilhando uma solução técnica para um sistema de monitoramento de chama por endoscopia

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I. Visão geral: O sistema GS-Vision-P é um sistema de monitoramento da chama no interior dos fornos de aquecimento utilizados na indústria petroquímica, que emprega tecnologia de visão computacional. Ele é adequado para ser utilizado em ambientes com substâncias explosivas, como as pertencentes ao grupo de gases II C (como hidrogênio, acetileno, etileno, gás de coque e dimetiléter, entre outros). O sistema GS-Vision-P permite que o operador visualize, por meio de imagens claras e fluidas, a combustão da chama dentro do forno, bem como condições como a névoa gerada, os tubos do forno, a camada isolante e o acúmulo de carbono nas bocas de queima. II. Normas citadas: SH/T 3028-2007 – “Padrões de projeto para sistemas de telecomunicações em instalações petroquímicas”; GB 50115-2009 – “Padrões de projeto para sistemas de televisão industrial”; GB 50160-2008 – “Padrões de projeto para prevenção de incêndios em empresas petroquímicas”; GB3836.1-2010 – “Ambientes explosivos – Parte 1: Requisitos gerais para equipamentos”; GB3836.2-2010 – “Ambientes explosivos – Parte 1: Equipamentos protegidos por invólucros à prova de explosões ‘d’”; GB4208-2008 – “Níveis de proteção do invólucro” (símbolo IP); GB/T15414-94 – “Requisitos técnicos gerais para sistemas de televisão de alta temperatura utilizados em fornos”; GB/T15415-94 – “Métodos de medição para sistemas de televisão de alta temperatura utilizados em fornos”; GB2423-2008 – “Procedimentos de teste ambiental para produtos eletroeletrônicos”; GB2887-2012 – “Requisitos técnicos para locais onde são instaladas estações de processamento de dados”; GB4943-2012 – “Segurança de equipamentos de tecnologia da informação (incluindo equipamentos elétricos)”; GB/T13850-1998 – “Transmissores de medição que convertem sinais elétricos alternativos em sinais analógicos ou digitais”; GB/T17626.1-2006 – “Considerações gerais sobre testes de resistência a interferências”; IEEE802.3U 100BASE-TX – “Padrão para interfaces Ethernet de alta velocidade”.

III. Introdução ao sistema: O sistema GS-Vision-P utiliza uma arquitetura de rede baseada em padrões industriais, permitindo a criação de uma plataforma de gestão integrada que inclui funcionalidades de vigilância por vídeo, análise de imagens, exibição e gerenciamento. Possui uma estrutura hierárquica bem definida e uma arquitetura C/S, o que reduz a complexidade na implementação do sistema e aumenta a flexibilidade na implantação distribuída. Além disso, oferece interfaces internas e externas unificadas, facilitando a expansão do sistema e seu gerenciamento centralizado. O sistema suporta o protocolo de interface ONVIF, oferecendo portas de acesso para a rede de escritórios e para as câmeras de segurança em toda a fábrica. A câmera de alta temperatura com proteção contra explosões é um dispositivo de monitoramento que combina câmeras industriais de alta definição digital com tecnologia de visão computacional. Sua cobertura de proteção resistente a altas temperaturas, com resfriamento por ventilação forçada, permite que a câmera seja inserida em fornos com temperatura de até 2000°C para realização de observações ； As câmeras industriais de alta definição digital ajustam automaticamente o nível de saída de acordo com as variações de brilho da chama, mantendo a imagem nítida. O servidor de análise de imagens é uma ferramenta poderosa de análise que utiliza tecnologia de visão computacional para imitar o comportamento visual do olho humano. Ele consegue identificar com precisão casos de extinção do fogo nos queimadores e vazamentos nos tubos do forno, emitindo sinais de alerta. Em conjunto com câmeras integradas resistentes a altas temperaturas, forma um sistema completo de monitoramento. file:///C:/Users/thinkpad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg
**Diagrama de configuração do sistema 1:**
**Funções e especificações técnicas do sistema GS-Vision-P**
– Modelos GS-Vision-P1 e GS-Vision-P2: A câmera suporta temperaturas de até 2000°C. Possui sistema de resfriamento por ventilação forçada.
– Resolução de imagem: 1280×960.
– Iluminação mínima necessária: 0,01 Lux para imagens coloridas; 0,001 Lux para imagens em preto e branco.
– Proteção automática contra superaquecimento, baixa tensão e interrupção de energia; a câmera se retrai automaticamente nessas condições.
– O ar de resfriamento é expelido para fora do forno (opcional, dependendo da escolha do usuário).
– Protocolos de interface de rede: ONVIF, GB28181.

**Requisitos gerais do sistema 2:**
– **Alimentação elétrica:**
– Para os sensores no local: 220VAC 50/60HZ, potência de 20W por unidade.
– Para a sala de controle: 220VAC 50/60HZ, potência de 800W.
– **Suprimento de ar:**
– Ar para limpeza: 25 Nm3/h, pressão de 0,6 Mpa (ar para instrumentos).
– Ar de resfriamento: 34 Nm3/h, pressão de 0,1 Mpa (ar para instrumentos ou ar industrial).

**Composição do sistema 3:**
O sistema GS-Vision-P é composto por câmeras resistentes a altas temperaturas, dispositivos de proteção automática, kits de instalação na parede do forno, sistemas de filtragem de ar, caixas de equipamentos locais e servidores de dados de imagem. 3.1 O sistema de câmeras integradas resistentes a altas temperaturas do tipo GS-CVCZL-Ex inclui: n câmeras integradas resistentes a explosões e altas temperaturas; n lentes ópticas resistentes a altas temperaturas (com janela de safira); n proteção resistente a altas temperaturas com sistema de resfriamento por vento turbulento; n 2 tubos de aço inoxidável, que formam o conjunto de resfriamento; n 1 cabo de 10 metros; n A montagem e o teste preliminar já são feitos antes da entrega do produto.

3.1.1 Câmeras integradas resistentes a explosões e altas temperaturas: tipos GS-Vision-P1 e GS-Vision-P2. Sensor: CCD Image Sensor. Resolução: 1280×960. Iluminação mínima: 0,01 Lux para cores; 0,001 Lux para preto e branco. Taxa de quadros: 25 Hz. Faixa dinâmica: 120 dB. Relação sinal/ruído: >50 dB. Interfaces de vídeo/dados: Ethernet 100M, porta RJ45. Temperatura de operação: -30°C a 60°C. Umidade relativa: inferior a 95% (sem condensação). Fonte de alimentação: 12V DC/6W máx.: 12V DC/16W. Grau de proteção: IP66. Marcação de resistência a explosões: Ex d IIC T6 Gb.

3.1.2 Lentes ópticas infravermelhas resistentes a altas temperaturas: Comprimento total da lente: 650 mm. Diâmetro do orifício: φ2 mm. Diâmetro interno: φ60 mm. Ângulo de visão: 72° (horizontal), 54° (vertical) e 90° (diagonal). Também é possível escolher entre lentes com ângulo de visão reto ou oblíquo.

3.1.3 Proteção resistente a altas temperaturas com sistema de resfriamento por vento turbulento: A proteção possui um sistema inovador de resfriamento por vento turbulento. O ar de resfriamento é direcionado para dentro do forno através do orifício localizado na frente da lente óptica ； O ar de resfriamento é forçado a circular através dos canais de ventilação localizados na cobertura de proteção, sendo posteriormente expelido para fora do forno. Isso melhora a eficiência no resfriamento da câmara onde se encontram as lentes, além de reduzir o impacto do ar de resfriamento no processo de combustão do forno. Gabinete da lente: feito de aço inoxidável resistente a altas temperaturas, com sistema de resfriamento por turbulência forçada (a temperatura do ambiente onde a câmera está localizada pode chegar a 2000°C).
Gabinete da câmera: feito de material resistente a altas temperaturas (a temperatura ambiente pode chegar a 80°C).
Nível de proteção: IP66.
Ar de purga: 25 Nm3/h, 0,6 Mpa (ar para instrumentos).
Ar de resfriamento: 34 Nm3/h, 0,1 Mpa (ar para instrumentos ou ar industrial).
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Câmera integrada resistente a altas temperaturas e à explosão. 3.2, GS-CD-WQ65 – Dispositivo de proteção automática de retração. O dispositivo de retração automática serve para proteger as câmeras do sistema GS-Vision-P. A câmera integrada resistente a altas temperaturas e à explosão utiliza ar comprimido contínuo para manter a lente limpa e refrigerada em ambientes hostis. Quando o ar de resfriamento acaba, o sistema de proteção automática retira a câmera do forno, evitando assim a necessidade de intervenção manual e danos ao sistema. n Retração automática em caso de perda de pressão do ar comprimido ou interrupção de energia do sistema. O cilindro é acionado por meio de tração, com dois modos de operação: manual ou automático. Possui um obturador automático que impede a fuga da atmosfera do forno. A distância de expansão/contratação é de 650 mm. Capacidade de carga: 50 Kg. file:///C:/Users/thinkpad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg Dispositivo de proteção com retratação automática. 3.3, Caixa de equipamentos BXK: A caixa de equipamentos contém um switch Ethernet industrial, controladores servos e adaptadores de energia. É responsável pela coleta de dados, transmissão de informações e pelo controle dos servos. Os controladores servos acionam o dispositivo de proteção com retratação automática. **Interface de entrada:** Ethernet 100M, conector RJ45.
**Interface de saída:** Conector óptico 100M.
**Velocidade de transmissão:** Até 100M.
**Padrões:** IEEE802.3, IEEE802.3u, IEEE802.3x.
**Alimentação:** AC 220V±10%, 20W.
**Temperatura ambiente:** De -20℃ a 65℃.
**Umidade ambiente:** ≤90%.
**Dimensões externas:** 360 (L) × 360 (A) × 175 (P) mm.
**Classificação de proteção contra explosões:** Ex d IIB T6 Gb ou Ex d IIC T6 Gb 3.4, GS-SQK1A.
**Caixa de controle de fluxo de ar:** É um dispositivo de detecção/regulação local da pressão e do fluxo de ar comprimido no sistema. Quando ocorre interrupção no fornecimento de ar ou quando os parâmetros não atendem aos valores definidos pelo sistema, a caixa de controle envia sinais ao controlador servo dos dispositivos locais, fazendo com que o dispositivo de proteção recue automaticamente e retire a câmera do forno. Conexão para tubo de ar: G1/4”
Resistência à pressão: 1,0 MPa
Quantidade de contatos: 250VAC/1,0A, 24DC/1,0A
Arquivo: file:///C:/Users/thinkpad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.gif
Temperatura ambiente: -20°C a 70°C
Umidade relativa do ar: ≤90%
Peso líquido: 6 kg
Nível de proteção: IP65
Dimensões externas: 285 (L) × 340 (A) × 165 (P) mm
Sistema de filtragem de ar 3,5 e GS-JL01: O ar comprimido é utilizado para limpar e resfriar lentes e equipamentos eletrônicos; portanto, é necessário que haja um fornecimento contínuo de ar. O sistema de filtragem de ar possui funções de separação de partículas e filtragem por coalescência, realizando um tratamento eficaz de limpeza e secagem do ar comprimido fornecido pela fábrica. Isso permite que o ar comprimido seja utilizado nos sistemas de purga e resfriamento dos componentes ópticos, garantindo assim a obtenção de imagens estáveis e nítidas a longo prazo. Os usuários devem substituir regularmente os filtros, de acordo com a qualidade do ar. Interface n: G1/2” (diâmetro interno de 15 mm). Pressão de operação: 0,3 a 0,6 MPa. Resistência à pressão: 1,0 MPa. Vazão nominal: 1000 l/min. Precisão de filtragem: 0,01 μm. 3.6, GS-SERVERFD-V1.5 – Servidor de análise de imagens. O servidor de dados de imagens é projetado para funcionar em PCs e é um sistema de processamento de imagens para sistemas de imagem resistentes a altas temperaturas. Ele se conecta ao sistema por meio da rede local da fábrica e possui funcionalidades como visualização de várias imagens ao mesmo tempo, armazenamento de imagens, controle remoto, exibição de informações de alarme, consulta e gerenciamento. Suporta permissões de usuário em vários níveis. O software não apenas oferece modos de layout de janelas flexíveis e variados, mas também suporta a exibição em tela secundária, o que permite reduzir efetivamente o uso do espaço e melhorar a eficiência do dispositivo. 3.6.1 Parâmetros técnicos do servidor: Processador Intel® Core™; Memória: 8GB (2x4GB), 1600MHz DDR3, não ECC. Disco rígido: 1TB, 3,5 polegadas, SATA (7.200 RPM). Placa de vídeo: AMD Radeon R5 240, 1GB, formato full-height (DP e DVI-I).

3.6.2 Funcionalidades principais do software: O software GS-Vision-P é utilizado para visualizar imagens, realizar análises de imagens e transmiti-las para equipamentos automatizados e sistemas DCS. As imagens são transmitidas pela rede em tempo real dentro da planta industrial. As funcionalidades básicas são as seguintes:

Funções gerais: Gestão de licenças do software; Gestão de permissões dos usuários; Gestão da configuração dos equipamentos; Gestão de grupos; Gestão de logs; Monitoramento de alertas; Controle remoto dos equipamentos; Gravação e reprodução remota de vídeos.

Configurações do sistema: Configurações gerais do sistema.

Detecção de chamas nos queimadores/monitoramento de vazamentos nos tubos do forno. Configuração de alertas.

4. Configuração típica do sistema GS-Vision-P:

| Nº | Nome do equipamento | Modelo | Quantidade | Observações |
|----|-------------------|--------|------------|-------------|
| 1 | Câmera resistente a explosões e altas temperaturas | GS-CVCZL-Ex | 1 unidade | |
| 2 | Dispositivo de proteção automática | GS-CD-WQ65 | 1 unidade | |
| 3 | Kit de instalação na parede do forno | GS-YM | 1 unidade | |
| 4 | Caixa de equipamentos | BXK | 1 unidade | |
| 5 | Caixa de controle de gases | GS-SQK1A | 1 unidade | |
| 6 | Sistema de filtragem de ar | GS-JL01 | 1 conjunto | |
| 7 | Servidor de análise de imagens | GS-SERVERFD-V1.5 | 1 unidade | |
| 8 | Monitor LCD Dell, 22 polegadas | 1 unidade | É possível adicionar monitores adicionais. | |
| 9 | Módulo de entrada/saída | GS-IO/DO0808 | 1 unidade | |
| 10 | Cabo óptico monomodo de quatro fibras | GYXTW-4B | 1 metro | |
| 11 | Cabo RVV2*1,5 metros | 1 unidade | |