Compartir una propuesta técnica para un sistema de monitoreo de llamas endoscópico

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I. Resumen: El sistema GS-Vision-P es un sistema de monitoreo de llamas en los hornos de calefacción utilizados en la industria petroquímica, que emplea tecnología de visión artificial. Está diseñado para ser utilizado en entornos donde existen sustancias explosivas, como las que pertenecen al grupo de gases II C (como hidrógeno, acetileno, etileno, gas de coquería, dimetiloéter, etc.). El sistema GS-Vision-P permite al operador comprender de manera intuitiva, a través de imágenes nítidas, la combustión de las llamas en el interior del horno, así como fenómenos como la nebulización, el encallamiento en los tubos del horno, la capa aislante y otros problemas relacionados. II. Estándares citados: SH/T 3028-2007 “Normas para el diseño de telecomunicaciones en plantas petroquímicas”; GB 50115-2009 “Normas para el diseño de sistemas de televisión industrial”; GB 50160-2008 “Normas de prevención de incendios en plantas petroquímicas”; GB3836.1-2010 “Entornos explosivos – Parte 1: Requisitos generales para equipos”; GB3836.2-2010 “Entornos explosivos – Parte 1: Equipos protegidos por carcasas a prueba de explosiones de tipo ‘d’”; GB4208-2008 “Grados de protección de las carcasas” (código IP); GB/T15414-94 “Requisitos técnicos generales para sistemas de televisión de alta temperatura utilizados en hornos”; GB/T15415-94 “Métodos de medición para sistemas de televisión de alta temperatura utilizados en hornos”; GB2423-2008 “Procedimientos de pruebas ambientales básicas para productos eléctricos y electrónicos”; GB2887-2012 “Requisitos técnicos para instalaciones de estaciones de cómputo”; GB4943-2012 “Seguridad de equipos de tecnología de la información (incluidos los equipos eléctricos)”; GB/T13850-1998 “Transmisores de mediciones eléctricas que convierten señales de corriente alterna en señales analógicas o digitales”; GB/T17626.1-2006 “Pruebas de resistencia a las interferencias”; IEEE802.3U 100BASE-TX “Estándar para interfaces Ethernet rápidas”.

III. Descripción del sistema: El sistema GS-Vision-P utiliza una arquitectura de red basada en estándares industriales orientados a servicios. Permite crear una plataforma de gestión integral que combina funciones de vigilancia por video, análisis de imágenes, visualización y gestión. Cuenta con una estructura jerárquica bien definida y una arquitectura C/S, lo que reduce la complejidad en la implementación del sistema y aumenta su flexibilidad en el despliegue distribuido. Además, ofrece servicios de interfaz tanto internos como externos, lo que facilita la expansión del sistema y su gestión centralizada. El sistema es compatible con el protocolo de interfaz ONVIF y ofrece puertos de conexión para la red de oficinas y para las cámaras de CCTV en toda la planta. La cámara de alta temperatura con diseño a prueba de explosiones es un dispositivo de monitoreo que combina cámaras industriales de alta definición digital con tecnología de visión por computadora. Su carcasa resistente a altas temperaturas, refrigerada por sistema de ventilación forzada, permite que la cámara se introduzca en hornos a 2000 °C para realizar observaciones ； Las cámaras industriales de alta definición digital ajustan automáticamente el nivel de salida en función de los cambios en la intensidad de la llama, manteniendo así una imagen nítida. El servidor de análisis de imágenes es una potente herramienta de análisis que utiliza tecnología de visión artificial para imitar el comportamiento visual del ojo humano. Permite identificar con precisión cuándo se apagan los quemadores o cuando hay fugas en las tuberías, y emite señales de alarma. Junto con las cámaras integradas a alta temperatura resistentes a explosiones, forma un sistema completo de monitoreo. file:///C:/Users/thinkpad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg
**Diagrama de configuración del sistema**
1. **Funciones y especificaciones técnicas del sistema GS-Vision-P**
- Modelos GS-Vision-P1 y GS-Vision-P2: Las cámaras pueden soportar temperaturas de hasta 2000°C. Cuentan con sistema de enfriamiento por ventilación forzada.
- Resolución de imagen: 1280×960.
- Iluminación mínima: 0,01 Lux para imágenes en color; 0,001 Lux para imágenes en blanco y negro.
- Protección automática del sistema contra sobrecalentamiento, voltaje insuficiente o interrupciones de energía; las cámaras se retraen automáticamente en tales situaciones.
- El aire de refrigeración se expulsa fuera del horno (opcional según preferencias del usuario).
- Protocolos de interfaz de red: ONVIF, GB28181.

2. **Requisitos de infraestructura del sistema**
- **Alimentación eléctrica**:
- Para las sondas en el sitio: 220VAC 50/60HZ, potencia de 20W por unidad.
- Para la sala de control: 220VAC 50/60HZ, potencia de 800W.
- **Suministro de aire**:
- Aire para purga: 25 Nm3/h, presión de 0,6 Mpa (aire para instrumentos).
- Aire de refrigeración: 34 Nm3/h, presión de 0,1 Mpa (aire para instrumentos o aire industrial).

3. **Composición del sistema GS-Vision-P**
El sistema GS-Vision-P está compuesto por cámaras integradas resistentes a altas temperaturas, dispositivos de protección automática, kits de instalación en la pared del horno, sistemas de filtrado de aire, cajas de equipos en el sitio, y servidores para almacenar datos de imagen. 3.1. El sistema de cámara integrada a altas temperaturas de tipo a prueba de explosiones GS-CVCZL-Ex está compuesto por: n cámaras integradas a altas temperaturas y a prueba de explosiones; n lentes ópticas resistentes a altas temperaturas (con ventana de zafiro); n cubiertas protectoras resistentes a altas temperaturas, con sistema de enfriamiento por viento turbulento; n 2 tubos de acero inoxidable para el flujo de aire de refrigeración; n 1 cable de 10 metros de longitud. El sistema ya está montado y probado antes del envío.

3.1.1. Cámaras a prueba de explosiones y resistentes a altas temperaturas
Tipos: GS-Vision-P1, GS-Vision-P2.
Sensor: CCD Image Sensor.
Resolución: 1280×960.
Iluminación mínima: Color: 0.01 Lux / Blanco y negro: 0.001 Lux.
Frecuencia de frames: 25 Hz.
Rango dinámico: 120 dB.
Relación señal/ruido: >50 dB.
Interfaz de video/datos: Ethernet 100M, con conector RJ45.
Temperatura de operación: -30°C a 60°C.
Humedad relativa: Menos del 95% (sin condensación).
Alimentación eléctrica: 12V DC/6W máx.: 12V DC/16W.
Clase de protección: IP66.
Indicador de resistencia a explosiones: Ex d IIC T6 Gb.

3.1.2. Lentes ópticas infrarrojas resistentes a altas temperaturas
Longitud total del lente: 650 mm.
Diámetro del orificio de visión: φ2 mm.
Diámetro del lente: φ60 mm.
Ángulo de visión: 72° (horizontal), 54° (vertical), 90° (diagonal). También se pueden utilizar lentes con ángulos de visión rectos o oblicuos.

3.1.3. Cubiertas protectoras con sistema de enfriamiento por viento turbulento
Las cubiertas protectoras cuentan con un innovador sistema de enfriamiento por viento turbulento. El aire de refrigeración entra al interior de la cámara a través del orificio de visión que se encuentra frente al lente óptico ； El aire de enfriamiento, tras ser enfriado por circulación forzada a través de los canales de flujo en la cubierta de protección, es expulsado fuera del horno. Esto no solo mejora la eficiencia de enfriamiento de la cámara del objetivo, sino que también reduce el impacto del aire de enfriamiento en el proceso de combustión del horno. **Cámara de lentes:** Hecha de acero inoxidable resistente a altas temperaturas; cuenta con un sistema de enfriamiento por turbulencia forzada (la temperatura en la zona donde se encuentra la cámara puede llegar a los 2000°C).
**Cámara:** Hecha de materiales resistentes a altas temperaturas (la temperatura del entorno puede llegar a los 80°C).
**Nivel de protección:** IP66.
**Viento de soplado:** 25 Nm3/h, 0.6 Mpa (aire para instrumentos).
**Viento de refrigeración:** 34 Nm3/h, 0.1 Mpa (aire para instrumentos o aire industrial).
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**Cámara integrada resistente a altas temperaturas y aislada eléctricamente:** El dispositivo de protección automática permite que la cámara se retire automáticamente cuando se encuentra en condiciones extremas. La cámara integrada resistente a altas temperaturas y aislada eléctricamente cuenta con un sistema de aire comprimido continuo que mantiene limpio y refrigerado el componente de la cámara que está expuesto a condiciones adversas. Cuando se agota el aire de refrigeración, el sistema de protección automática retira la cámara del horno, evitando así la necesidad de retirarla manualmente y reduciendo el riesgo de daños en el sistema. n Se retrae automáticamente en caso de pérdida de presión del aire comprimido o de interrupción de la alimentación eléctrica del sistema. El cilindro permite el movimiento, y existe un modo de funcionamiento tanto manual como automático. Dispone de una válvula de control automática que evita la fuga de atmósfera desde el horno. La distancia de extensión es de 650 mm. La capacidad de carga es de 50 Kg.
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Dispositivo de protección por retracción automática: 3.3. Caja de equipos para uso en campo BXK: La caja de equipos contiene un conmutador Ethernet industrial, controladores servomotores y adaptadores de alimentación. Funciona como sistema para la recolección de datos, transmisión de información y control de los servomotores. Los controladores servomotores son los encargados de activar el dispositivo de protección por retracción automática. **Interfaz de entrada:** Ethernet de 100 M, con conector RJ45.
**Interfaz de salida:** Conector óptico de 100 M.
**Velocidad de transmisión:** Hasta 100 M.
**Estándares:** IEEE802.3, IEEE802.3u, IEEE802.3x.
**Alimentación eléctrica:** AC 220V±10%, 20 W.
**Temperatura ambiental:** De -20℃ a 65℃.
**Humedad ambiental:** ≤90%.
**Dimensiones externas:** 360 (ancho) × 360 (alto) × 175 (profundidad) mm.
**Certificación de protección contra explosiones:** Ex d IIB T6 Gb o Ex d IIC T6 Gb 3.4, GS-SQK1A.
**Caja de control de la presión de aire:** Es un dispositivo para la detección y regulación local de la presión y el flujo de aire comprimido en el sistema. Cuando se produce una interrupción en el suministro de aire o cuando los parámetros no cumplen con los valores establecidos por el sistema, la caja de control envía una señal al controlador servo del equipo, lo que permite que el dispositivo de protección retire automáticamente la cámara del horno. Conexión para tubo de aire: G1/4”. Resistencia a la presión: 1,0 MPa. Número de contactos: 250 VAC/1,0 A, 24 DC/1,0 A. Archivo: file:///C:/Users/thinkpad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.gif. Temperatura ambiental: -20°C a 70°C. Humedad ambiental: ≤90%. Peso neto: 6 kg. Grado de protección: IP65. Dimensiones externas: 285 (ancho) × 340 (alto) × 165 (profundidad) mm. Sistema de filtración de aire 3.5 y GS-JL01: El aire comprimido se utiliza para limpiar y enfriar las lentes y los dispositivos electrónicos; por lo tanto, es necesario que el suministro de aire sea continuo. El sistema de filtrado de aire cuenta con funciones de separación de partículas y filtrado por coagulación, lo que permite limpiar y secar de manera eficaz el aire comprimido suministrado por la fábrica. De este modo, el aire comprimido queda listo para ser utilizado en los sistemas de soplado y enfriamiento de los componentes ópticos, lo que garantiza la obtención de imágenes nítidas y estables a largo plazo. Los usuarios deben reemplazar los filtros periódicamente, en función de la calidad del aire. Interfaz n: G1/2” (diámetro interno de 15 mm). Presión de funcionamiento: 0,3–0,6 MPa. Presión de resistencia: 1,0 MPa. Caudal nominal: 1000 l/min. Precisión de filtrado: 0,01 μm.
3.6, GS-SERVERFD-V1.5: Servidor de análisis de imágenes. Este servidor está diseñado para funcionar en PCs y sirve como sistema de análisis de imágenes en sistemas de imagen resistentes a altas temperaturas. Se conecta al sistema a través de la red local de la fábrica. Ofrece funciones como visualización de múltiples pantallas, almacenamiento de imágenes, control remoto, visualización de mensajes de alerta, consulta y gestión. Admite permisos de usuario de varios niveles. El software no solo cuenta con modos de disposición de ventanas muy flexibles, sino que también admite la función de visualización en pantalla secundaria, lo que permite reducir eficazmente el uso del espacio y mejorar la eficiencia en el uso del dispositivo. 3.6.1 Parámetros técnicos del servidor: Procesador Intel® Core™; Memoria: 8 GB (2x4 GB), frecuencia de 1600 MHz, tipo DDR3, no ECC. Disco duro: 1 TB, tamaño 3.5 pulgadas, tipo SATA, velocidad de rotación de 7,200 RPM. Tarjeta gráfica: AMD Radeon R5 240, 1 GB de memoria, formato full-height, conectores DP y DVI-I.

3.6.2 Funciones principales del software: El software GS-Vision-P se utiliza para visualizar imágenes, analizarlas y transmitirlas a equipos automatizados y sistemas DCS. Las imágenes se transmiten a través de servidores en red en tiempo real. Las funciones básicas son las siguientes: file:///C:/Users/thinkpad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.jpg

Funciones generales: Gestión de licencias del software; gestión de permisos de los usuarios; gestión de configuración de los dispositivos; gestión de grupos; gestión de registros; estado de alarmas; control de los dispositivos; grabación y reproducción remota de videos. file:///C:/Users/thinkpad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image013.jpg

Configuración del sistema: file:///C:/Users/thinkpad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image015.jpg

Detección de llamas en los quemadores y monitoreo de fugas en los tubos de la caldera. Configuración de alarmas.

IV. Configuración típica del sistema GS-Vision-P

| Número | Nombre del dispositivo | Especificaciones | Cantidad | Comentarios |
|---------|----------------------|-----------------|----------|-------------|
| 1 | Cámara integrada resistente a explosiones | GS-CVCZL-Ex | 1 unidad | |
| 2 | Dispositivo de protección contra retracción automática | GS-CD-WQ65 | 1 unidad | |
| 3 | Kit de instalación en la pared de la caldera | GS-YM | 1 unidad | |
| 4 | Caja para equipos en el sitio | BXK | 1 unidad | |
| 5 | Caja de control de tuberías de gas | GS-SQK1A | 1 unidad | |
| 6 | Sistema de filtrado de aire | GS-JL01 | 1 conjunto | |
| 7 | Servidor de análisis de imágenes | GS-SERVERFD-V1.5 | 1 unidad | |
| 8 | Monitor LCD de 22 pulgadas | DELL | 1 unidad; se puede añadir un monitor adicional | |
| 9 | Módulo de entrada/salida | GS-IO/DO0808 | 1 unidad | |
| 10 | Cable óptico blindado de cuatro fibras | GYXTW-4B | 1 metro | |
| 11 | Cable RVV2*1.5 metros | | | |