Chế tạo thiết bị tự động đo và cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò

Giấy chứng nhận kiểm định 2. Biên bản thử nghiệm 3. Công văn của Tổng giám đốc KTV gửi các Công ty khai thác hầm lò về việc sử dụng thiết bị VIELINA-ĐCT.01 49 50 51 52 53 LỜI CẢM ƠN Chúng tôi xin chân thành cảm ơn: • Bộ Khoa hoc Công nghệ, Bộ Công nghiệp, Ban chủ nhiệm và Văn phòng chương trình KC.03. • Tập đoàn Công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam cùng các Công ty thành viên như: Công ty than Hạ Long, Công ty than Hòn Gai, Công ty than Hà Lầm, Công ty than Vàng Danh, Công ty than Đông Bắc, … • Cục Kỹ thuật An toàn Công nghiệp - Bộ Công nghiệp, Trung tâm An toàn Mỏ, Viện Khoa học Công nghệMỏ. • Các cá nhân có đóng góp đặc biệt cho sự thành công của dự án là: Ông Vũ Mạnh Hùng – Phó Tổng giám đốc TKV, Ông Lê Văn Thao - Kỹ sư trưởng thông gió TKV. 54 XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa 156A Quán Thánh, Ba Đình, Hà Nội X W Y Z X W TÀI LIỆU CÔNG NGHỆ DỰ ÁN KC.03.DA04 CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐO VÀ CẢNH BÁO KHÍ MÊTAN CẦM TAY DÙNG CHO KHAI THÁC HẦM LÒ Sản phẩm của dự án: KC.03.DA04 Chủ nhiệm dự án: TS. Nguyễn Thế Truyện Hà Nội - 2006 Bản quyền 2004-2005, Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 1 MỤC LỤC A. Thiết kế các sản phẩm dự án B. Quy trình công nghệ chế tạo các sản phẩm C. Sơ đồ nguyên lý, phần mềm các sản phẩm, thiết kế vỏ sản phẩm Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 2 I. Thiết kế phần cứng các sản phẩm 1. Thiết kế phần cứng máy đo VIELINA-ĐCT.01 Hình 1 Sơ đồ khối thiết bị đo khí mêtan cầm tay VIELINA-ĐCT01 2. Thiết kế phần cứng máy đo nhiều thông số Hình 2 Sơ đồ khối tổng quát thiết bị ADC cpu Nguån B¸o hiÖu Chu«ng , ®Ìn HiÓn thÞ KĐ & CH Sensor MUX & ADC cpu Nguån B¸o hiÖu Chu«ng , ®Ìn HiÓn thÞ KĐ & CH Sensor 1 KĐ & CH Sensor n Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 3 II. Thiết kế phần mềm các sản phẩm 1. Thiết kế phần mềm VIELINA-ĐCT.01 Thiết bị đo khí mêtan cầm tay có nhiệm vụ đo nhanh nồng độ khí mêtan có tại vị trí đo rồi đưa ra hiển thị và cảnh báo (khi vượt ngưỡng). Lưu đồ thuật toán của một chu trình làm việc để xây dựng phần mềm cho thiết bị VIELINA-ĐCT.01 như sau: Hình 3 Lưu đồ thuật toán xây dựng phần mềm thiết bị đo khí mêtan cầm tay C Bắt đầu Khởi động hệ thống Kiểm tra mức nguồn nuôi, còi, đèn Hiển thị giá trị đo Vượt ngưỡng? Kết thúc K Đọc và tính giá trị đo từ ADC Hết báo động? Báo động C K Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 4 2. Thiết kế phần mềm máy đo nhiều thông số Thiết bị đo nhiều thông số có nhiệm vụ đo nhanh nồng độ khí mêtan, CO, nhiệt độ tại vị trí đo rồi đưa ra hiển thị và cảnh báo (khi có bất kỳ 1 trong các thông số nào vượt ngưỡng). Lưu đồ thuật toán để xây dựng phần mềm cho thiết bị đo khí mêtan cầm tay như sau: Chương trình được viết bằng ngôn ngữ C và đã được hiệu chỉnh, hoàn thiện qua nhiều thế hệ. Hiện nay thiết bị đã đáp ứng được các yêu cầu của người sử dụng. C Bắt đầu Khởi động hệ thống Kiểm tra mức nguồn nuôi, còi, đèn, sensor các loại Hiển thị các giá trị đo Có gt vượt ngưỡng ? End K Đọc và tính các giá trị đo từ ADC Hết báo động? Báo động C K Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 5 III. Quy trình công nghệ 1. Quy trình chế thử Hoàn thiện thiết kế Thiết kế phần cứng, phần mềm Mua vật tư, linh kiện Kiểm tra vật tư, linh kiện Lắp ráp sản phẩm Vẽ mạch in Chế tạo mạch in Kiểm tra, hiệu chuẩn sản phẩm Lắp ráp thành phẩm Kiểm định (chỉ dùng với sản phẩm đầu tiên) Thiết kế vỏ hộp chế tạo vỏ hộp Đánh giá Kiểm tra, hiệu chỉnh thiết kế Sửa thiết kế vỏ hình thức Tính năng Được Đánh giá hình thức Tính năng Được Thị trường, người sử dụng đánh giá Các yêu cầu của người sử dụng Lựa chọn linh kiện vật tư Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 6 2. Quy trình công nghệ chế tạo hàng loạt sản phẩm Sơ đồ quy trình sản xuất và hiệu chỉnh sản phẩm Chuẩn bị đầy đủ các vật tư linh kiện, nguyên vật liệu theo danh mục thống kê Hàn lắp các mạch điện, kiểm tra, hiệu chuẩn, nạp phần mềm, vệ sinh, phun sơn chống ẩm cho mạch điện Kiểm tra Pin, mạch bảo vệ Đổ đầy khối Pin Lắp ráp các chi tiết vỏ máy, vệ sinh vỏ máy Chất lượng vật tư linh kiện Loại bỏ Hỏng Tốt Lắp hoàn chỉnh máy, kiểm tra phần cứng và nạp phần mềm Nạp đầy pin, hiệu chuẩn thiết bị Thực hiện các phép thử Đạt Không đạt Kiểm tra nhãn mác, vệ sinh các chi tiết, đóng gói thiết bị Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 7 3. Quy trình hiệu chuẩn thiết bị 1. Chuẩn bị buồng khí, bình khí, thiết bị đo tiêu chuẩn (R7) để so sánh, thiết bị cần hiệu chuẩn. 2. Kiểm tra các van khí tại buồng chuẩn, bình chuẩn và đường ống dẫn khí từ bình khí chuẩn đến buồng khí. Đảm bảo tất các van đều ở trạng thái đóng kín, đường ống không bị dập đứt, không bị tắc. 3. Bật cả hai quạt khuếch tán khí trong buồng chuẩn để đảm bảo khí được trộn đều trong toàn bộ buồng chuẩn. 4. Đặt thiết bị cần hiệu chuẩn vào buồng chuẩn, đóng nắp đậy và tất cả các van khí. 5. Chỉnh không cho thiết bị R7 tại nơi có luồng khí sạch (không có thành phần khí CH4 trong không khí). 6. Mở van khí nối đường ống dẫn khí vào buồng chuẩn, từ từ xả khí sao cho mỗi lần nồng độ khí trong bình tăng lên khoảng 0.25% CH4, so sánh số liệu hiển thị giữa thiết bị cần hiệu chuẩn với thiết bị R7. Nếu có sai lệch lớn vượt quá sai số cho phép thì thiết bị phải được lấy ra để kiểm tra, phát hiện và điều chỉnh các sai sót phần cứng hoặc phần mềm. Cần kiểm tra hết dải đo CH4 đã đăng ký. 7. Các sai số cho phép. Nếu các sai lệch đều thuộc các phạm vi cho phép trên thì thiết bị đạt yêu cầu vệ độ chính xác. Lưu ý: Trước khi giao máy đo cho người sử dụng cần kiểm tra thời lượng của Pin: Các máy đều phải được nạp đầy Pin và chạy thử để đảm bảo máy có thể hoạt động liên tục trong khoảng thời gian trên 10 giờ sau khi nạp đầy. Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 8 4. Quy trình hoàn thiện công nghệ chế tạo sản phẩm Sản phẩm chế thử Phần cơ khí Phần cứng Phần mềm Điều chỉnh Điều chỉnh Điều chỉnh Hoàn thiện mạch nguyên lí, mạch in, tập kết vật tư, linh kiện Hoàn thiện thuật toán, chương trình Lắp ráp, hiệu chỉnh Nạp chương trình, kiểm tra, hiệu chỉnh. Lắp ráp, kiểm tra, chạy thử sản phẩm trong phòng thí nghiệm. Kiểm định, Thử nghiệm thực tế và theo dõi đánh giá hoạt động. Hoàn chỉnh thiết kế tiến tới chế tạo hàng loạt Từ kết quả kiểm định, thử nghiệm thực tế và xin ý kiến người sử dụng rút ra: - Các điều kiện, tình huống chưa tính đến. - Tính năng cần bổ sung, nâng cao. Thiết kế gia công chế tạo BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa 156A Quán Thánh, Ba Đình, Hà Nội X W Y Z X W Báo cáo tóm tắt Khoa học Kỹ thuật Dự án: CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐO VÀ CẢNH BÁO KHÍ MÊTAN CẦM TAY DÙNG CHO KHAI THÁC HẦM LÒ TS. Nguyễn Thế Truyện Hà Nội - 2006 Bản quyền 2004-2005, Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 1 MỤC LỤC MỤC LỤC CÁC HÌNH ...........................................................................3 LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................................4 1. Đặt vấn đề ......................................................................................................................4 2. Các thông tin chung về dự án.........................................................................................4 CHƯƠNG I. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG.........................................................5 1.1 Tình hình xuất khí mêtan trong các mỏ than hiện nay ..............................................5 1.2 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu.........................................................................5 1.3 Thực trạng sử dụng các máy đo khí trong TKV.........................................................6 1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ...............................................................6 1.5 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của dự án..............................................................7 1.6 Trình tự tiến hành thực hiện dự án .............................................................................8 1.7 Phương pháp nghiên cứu............................................................................................9 CHƯƠNG II. THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC SẢN PHẨM ..............................10 2.1 Nguyên tắc thiết kế, chế tạo ...................................................................................... 10 2.2 Lựa chọn các phần tử ................................................................................................ 10 2.2.1 Lựa chọn sensor ..................................................................................................... 10 2.2.2 Lựa chọn các linh kiện khác..................................................................................... 11 2.2.3 Các vấn đề cần giải quyết ........................................................................................ 11 2.2 Thiết kế máy đo khí mêtan VIELINA-ĐCT.01............................................................. 11 2.3.1 Thiết kế phần cứng máy đo VIELINA-ĐCT.01.......................................................... 11 2.3.2 Thiết kế phần mềm VIELINA-ĐCT.01 ...................................................................... 12 2.3 Thiết kế máy đo nhiều thông số ................................................................................ 13 2.4.1 Thiết kế phần cứng máy đo nhiều thông số ............................................................. 13 2.4.2 Thiết kế phần mềm máy đo nhiều thông số.............................................................. 13 2.4 Thiết kế bộ nạp pin tự động....................................................................................... 14 2.5 Chế tạo bộ nguồn ....................................................................................................... 15 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ...................................................16 3.1 Về sản phẩm dự án..................................................................................................... 16 3.1.1 Máy đo VIELINA-ĐCT.01 ......................................................................................... 16 3.1.2 Máy đo VIELINA-ĐCT.02 ......................................................................................... 17 3.1.3 Máy đo VIELINA-ĐCT.03 ......................................................................................... 17 3.1.4 Bộ nạp pin tự động................................................................................................... 18 3.2 Quy trình công nghệ................................................................................................... 18 3.2.1 Quy trình chế thử .................................................................................................... 19 3.2.2 Quy trình công nghệ chế tạo hàng loạt sản phẩm................................................... 20 3.2.3 Quy trình hiệu chuẩn thiết bị ................................................................................... 21 3.2.4 Quy trình hoàn thiện công nghệ chế tạo sản phẩm................................................. 22 CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................23 4.1 KẾT LUẬN ................................................................................................................... 23 Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 2 4.2 Kiến nghị ..................................................................................................................... 25 LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................... 26 Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 3 MỤC LỤC CÁC HÌNH Hình 1 Sơ đồ khối thiết bị đo khí mêtan cầm tay VIELINA-ĐCT01 .................................................................. 11 Hình 2 Lưu đồ thuật toán xây dựng phần mềm thiết bị đo khí mêtan cầm tay.................................................... 12 Hình 3 Sơ đồ khối tổng quát thiết bị ..................................................................................................................... 13 Hình 4 Lưu đồ thuật toán xây dựng phần mềm thiết bị đo nhiều thông số .......................................................... 14 Hình 5 Sơ đồ khối bộ nạp pin tự động .................................................................................................................. 15 Hình 6 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn an toàn tia lửa............................................................................................ 15 Hình 7 Quy trình công nghệ chế thử sản phẩm .................................................................................................... 20 Hình 8 Quy trình sản xuất, hiệu chỉnh sản phẩm.................................................................................................. 21 Hình 9 Quy trình hoàn thiện công nghệ chế tạo sản phẩm................................................................................... 22 Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 4 LỜI NÓI ĐẦU 1. Đặt vấn đề Trong quá trình thực hiện đề tài KC.03.04: Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ SCADA phục vụ an toàn lao động trong ngành khai thác hầm lò, chúng tôi thấy rằng nhu cầu trước mắt của các mỏ than lúc đó (năm 2002) là thiết bị đo khí cầm tay chứ chưa phải là hệ thống giám sát khí tập trung và chúng tôi đã đầu tư nghiên cứu chế tạo loại máy đo này. Sau khi đã chế tạo ra một vài sản phẩm được người sử dụng đón nhận, chúng tôi đã đăng ký dự án sản xuất thử nghiệm và được Bộ KHCN cho phép thực hiện dự án KC.03.DA04. Báo cáo này sẽ trình bày kết quả thực hiện dự án trong hai năm qua (2004-2005). 2. Các thông tin chung về dự án Tên dự án: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. Thuộc chương trình KHCN cấp Nhà nước: Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ Tự động hoá Mã số chương trình: KC.03 Cấp quản lý: Nhà nước Thời gian thực hiện: 24 tháng (01/2004 - 12/2005) Kinh phí thực hiện dự án: 5500 triệu đồng Trong đó, từ Ngân sách sự nghiệp khoa học: 2000 triệu đồng Thu hồi: Kinh phí thu hồi: 1400 triệu đồng (70% kinh phí hỗ trợ từ NSSNKH) Tổ chức chủ trì thực hiện dự án: Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hoá Địa chỉ: 156A Quán Thánh, Hà Nội Điện thoại: (04) 7164855 Fax: (04) 7164842 Chủ nhiệm dự án: Nguyễn Thế Truyện Học vị: Tiến sĩ Chức vụ: Giám đốc Trung tâm Điện tử công nghiệp Địa chỉ: 156A Quán Thánh, Hà Nội Điện thoại: CQ: (04) 7140150 NR: (04)7540302 Mobile:0912095442 E-mail: truyennt@hn.vnn.vn Cơ quan phối hợp chính: Tập đoàn Công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 5 CHƯƠNG I. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Tình hình xuất khí mêtan trong các mỏ than hiện nay Trong ngành than Việt nam hiện nay, sản lượng khác thác ngày càng tăng, nhưng lượng than lộ thiên ngày một giảm. Do đó chúng ta phải tăng cường hình thức khai thác than hầm lò. Khai thác càng xuống sâu thì nguy cơ cháy nổ khí mêtan ngày càng lớn. Trên thế giới cũng như ở Việt nam trong các năm vừa qua đã xẩy ra rất nhiều vụ cháy nổ khí làm chết hàng chục, thậm chí hàng trăm người. Sau tai hoạ ngày 11/1/1999 Tổng công ty than Việt Nam, nay là Tập đoàn công nghiệp than và khoáng sản Việt Nam (TKV), đã rất quan tâm tới vấn đề an toàn lao động và phòng ngừa sự cố cháy nổ khí mêtan tại tất cả các mỏ than. Ngay trong năm 1999 TKV đã trang bị một hệ thống monitoring của Ba Lan cho mỏ than Mạo Khê. Tiếp sau đó, TKV đã được chính phủ Nhật Bản trang bị cho một hệ thống monitoring khác và cũng lại triển khai lắp đặt cho mỏ Mạo Khê. Căn cứ vào mức độ và hình thức xuất khí mêtan người ta phân loại mỏ như sau: Xếp loại mỏ Độ thoát khí mêtan tương đối (m3/T.than.ngđ) I < 5 II Từ 5 đến < 10 III Từ 10 đến < 15 Siêu hạng ≥ 15, những mỏ có nguy hiểm xì khí Nguy hiểm phụt khí bất ngờ Mỏ hầm lò khai thác các vỉa than nguy hiểm phụt than và khí bất ngờ Bảng 1 : Phân loại mỏ theo khí mêtan Kết quả phân loại mỏ theo mức độ thoát khí mêtan năm 2006 như sau: Hiện trong TKV chỉ có Công ty than Mạo Khê là mỏ siêu hạng, Công ty than Quang Hanh là mỏ loại II, còn hầu hết các mỏ là mỏ loại I. 1.2 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Trong những năm qua sản lượng than khai thác của Tổng công ty than Việt nam tăng trưởng với tốc độ rất cao: năm 2003 là 18 triệu tấn, năm 2004 là 24 triệu tấn, năm 2005 là hơn 30 triệu tấn và kế hoạch năm 2006 là 40 triệu tấn. Sản lượng khác thác Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 6 ngày càng tăng nhưng lượng than lộ thiên ngày một giảm, do đó chúng ta phải tăng cường hình thức khai thác than hầm lò. Khai thác càng xuống sâu thì nguy cơ cháy nổ khí mêtan ngày càng lớn. Trên thế giới (Trung quốc, Ukraina, Nga, … thậm chí cả Mỹ) cũng như ở Việt nam trong các năm vừa qua đã xẩy ra rất nhiều vụ cháy nổ khí làm chết hàng chục, thậm chí hàng trăm người. Có thể kể ra một số vụ cháy nổ khí gần đây ở Việt nam như vụ nổ ngày 11/1/1999 tại lò thượng V9B đông Công ty Than Mạo khê làm 19 người bị chết và 12 người bị thương. Hai vụ nổ liên tiếp trong ngày 19/12/2002 tại XN than Suối lại (Công ty than Quảng ninh) và XN 909 (Công ty Địa chất và khai thác khoáng sản) làm tổng cộng 13 người chết và 5 người bị thương. Gần đây nhất là vụ nổ ngày 6/3/2006 tại Công ty than Thống Nhất làm 8 người bị chết. Hiện nay, trong TKV các Công ty đều thiếu nhiều máy đo khí mêtan, chính vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo máy đo khí mêtan dùng cho khai thác hầm lò là vô cùng cần thiết và có nhiều ý nghĩa cả về kinh tế lẫn xã hội. 1.3 Thực trạng sử dụng các máy đo khí trong TKV Hiện trạng ứng dụng các thiết bị đo khí mêtan trong ở các mỏ của ta như sau: TKV chủ yếu là mua các thiết bị đo khí mêtan cầm tay của nước ngoài (Liên Xô cũ, Trung Quốc, Nhật bản, Ba Lan, Canada ...) để trang bị cho các phòng an toàn, phòng thông gió, ... đi kiểm tra định kỳ trong ngày. Các thiết bị này có một số nhược điểm: Như vậy ta thấy hiện nay các máy đo khí đều là mua của nước ngoài cho nên ngoài việc tốn kinh phí mua các thiết bị này thì việc sử dụng các chúng cũng rất phụ thuộc vì ta không làm chủ được công nghệ cũng như các vật tư, linh kiện thay thế. Việc bảo hành, bảo dưỡng sau thời gian bảo hành quy định của nhà sản xuất gần như không có (do thiết bị được cung cấp từ các công ty thương mại chứ không phải từ các nhà sản xuất). 1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.4.1 Tình hình nghiên cứu và triển khai ở nước ngoài Ở nước ngoài, việc chế tạo thiết bị đo lường cho tất cả các lĩnh vực đều được đặc biệt quan tâm không chỉ riêng thiết bị phục vụ ngành khai thác hầm lò. Các hãng Riken keiki, Koka Keiki, ICS (Industrial Scientific Corporation), SICK/MIHAK, … là các hãng lớn trên thế giới chuyên chế tạo các thiết bị đo lường công nghiệp từ thiết bị đơn lẻ đến hệ thống lớn SCADA. Thiết bị đo kiểm soát khí mêtan phục vụ khai thác hầm lò cũng được các hãng sản xuất thiết bị đo lường chế tạo theo hai dạng chính: Thiết bị đo đơn lẻ: Cầm tay hoặc đặt cố định; Hệ thống lớn (SCADA): Tự động thu thập cảnh báo, và điều khiển. Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 7 Thiết bị đo khí mêtan nói riêng và khí cháy nổ trong hầm lò nói chung được nghiên cứu và chế tạo ở nhiều nước trên thế giới, nhưng hoặc là có giá quá cao hoặc là chưa phù hợp với điều kiện đặc thù của hầm lò Việt Nam nên hiện nay TKV vẫn còn thiếu rất nhiều để phục vụ an toàn lao động trong khai thác hầm lò. 1.4.2 Tình hình nghiên cứu và triển khai trong nước Trong nước hiện nay mới chỉ có Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hoá (VIELINA) là đơn vị đầu tiên đã nghiên cứu và chế tạo được thiết bị đo cảnh báo khí mêtan cầm tay, thiết bị này đã được kiểm định và cấp phép cho sử dụng trong hầm lò. Hiện đã đưa vào sử dụng trong thực tế được khoảng 300 chiếc. Vừa qua, Viện Vật liệu (thuộc Viện Khoa học Việt Nam) đã nghiện cứu chế tạo được máy đo khí ga, nồng độ cồn nhưng chưa chế tạo được máy đo dùng trong môi trường hầm lò. Từ những yêu cầu bức bách về việc sử dụng máy đo khí mêtan của thực tế và tình hình nghiên cứu, chế tạo máy đo khí mêtan trong nước như trên, từ năm 2004 VVIELINA đã được Bộ Khoa học Công nghệ, Chương trình NCKH và phát triển công nghệ Tự động hoá cho phép chủ trì thực hiện dự án: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò – mã số KC03.DA04. 1.5 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của dự án 1.5.1 Mục tiêu Mục tiêu của dự án là thiết kế, chế tạo được thiết bị đo và cảnh báo khí mêtan cầm tay phục vụ cho khai thác hầm lò, đảm bảo an toàn cho người lao động. - Mục tiêu trước mắt là chế tạo ra thiết bị đo và cảnh báo một loại khí duy nhất là khí mêtan, có thể làm việc ổn định và chính xác trong điều kiện môi trường khắc nghiệt như khai thác hầm lò. • Mục tiêu tiếp theo là chế tạo các thiết bị đo cảnh báo cầm tay có thể đo được nhiều thông số như: CH4; CO hoặc CO2 (gọi chung là COx); nhiệt độ; ... các sản phẩm này có ngay trong thời kỳ thực hiện dự án. • Mục tiêu lâu dài là chế tạo các hệ thống SCADA diện rộng để đo, cảnh báo các thông số môi trường trong khai thác hầm lò phục vụ an toàn lao động. • Mục tiêu lâu dài khác là làm chủ công nghệ để tiếp tục thiết kế chế tạo các loại thiết bị đo lường khác, phục vụ cho sự nghiệp Công nghiệp hoá đất nước như: Thiết bị đo các khí công nghiệp, đo các thông số môi trường nước, … Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 8 1.5.2 Nội dung nghiên cứu - Khảo sát các thiết bị đo khí hiện có tại các mỏ than của Việt nam từ đó xác định nhu cầu thực sự và cấp thiết của người sử dụng để chế tạo thiết bị phù hợp. - Lựa chọn vật tư, linh kiện đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đó để mua và chế tạo thiết bị - Thiết kế phần cứng, phần mềm cho các thiết bị. - Xây dựng thuật toán, chương trình điều khiển. - Thiết kế mẫu mã, kiểu dáng công nghiệp cho thiết bị. - Kiểm tra, hiệu chỉnh thiết bị. - Đưa thiết bị đi kiểm định để đánh giá các thông số kỹ thuật và kiểm tra an toàn phòng chống cháy nổ, … - Thử nghiệm thiết bị tại thực tế hầm lò Việt Nam. - Thu thập ý kiến đóng góp để cải tiến khắc phục các nhược điểm của thiết bị - Nghiên cứu hoàn thiện thiết kế và công nghệ chế tạo. - Đào tạo cán bộ thiết kế cũng như hướng dẫn sử dụng tại các cơ sở để đảm bảo thiết bị được sử dụng có hiệu quả nhất. 1.6 Trình tự tiến hành thực hiện dự án - Khảo sát thực trạng thiết bị đo khí trong TKV, thu thập ý kiến người sử dụng để rút ra ưu nhược điểm của các thiết bị nước ngoài từ đó xây dựng bài toán cho thiết kế sản phẩm dự án (T1-T2/2004). - Tham khảo ý kiến các chuyên gia ngành than (đặc biệt các chuyên gia Nhật Bản và chuyên gia của Trung tâm an toàn Mỏ) làm cơ sở thiết kế sản phẩm (T3/2004). - Lựa chọn vật tư, linh kiện và thiết kế (phần cứng, phần mềm, vỏ hộp, kiểu dáng, …) sao cho sản phẩm đảm bảo tiêu chuẩn TCVN-7079 và phù hợp nhất với yêu cầu của người sử dụng (T3-T4/2004). - Chế tạo mẫu sản phẩm và đưa đi kiểm định tại Trung tâm An toàn Mỏ (trong quá trình kiểm định có hiệu chỉnh cả phần cứng và vỏ sản phẩm) (T4- T12/2004). - Sau khi có giấy chứng nhận kiểm định và công văn cho phép đưa vào sử dụng của Cục Kỹ thuật an toàn - Bộ Công nghiệp, chúng tôi đã làm việc với Lãnh đạo TKV xin ý kiến chỉ đạo về việc thử nghiệm (đơn vị thử nghiệm, thời gian, quy trình thử nghiệm, …) (T12/2005-T2/2004) Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 9 - Ký hợp đồng nguyên tắc thử nghiệm thiết bị, xây dựng quy trình thử nghiệm và đưa thiết bị đi thử nghiệm thực tế (từ T3/2005) - Tiến hành thử nghiệm (3 đến 6 tháng), lấy ý kiến đánh giá của cơ sở thử nghiệm và trình Lãnh đạo TKV để xin ý kiến về việc bán chính thức sản phẩm (T10/2005). - Tiến hành bán sản phẩm dự án từ tháng 11/2005 đến nay (máy đo VIELINA- ĐCT.01) - Hiện nay vẫn đang tiếp tục kiểm định cho máy đo nhiều thông số. 1.7 Phương pháp nghiên cứu Áp dụng phương pháp nghiên cứu hiện đại, khoa học phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam. Hiện đại là ứng dụng các công nghệ tiên tiến để nghiên cứu, chế tạo các thiết bị đo: Công nghệ điện tử số, công nghệ đo lường hiện đại, các chip công nghệ cao, … và ứng dụng máy tính, công gnhệ thông tin để thiết kế, mô phỏng và xây dựng các phần mềm điều khiển thiết bị. Phương pháp nghiên cứu khoa học là: xuất phát từ tìm hiểu thực tế (các điều kiện đặc thù của môi trường hầm lò Việt Nam, yêu cầu và trình độ của người sử dụng, tình hình nghiên cứu chế tạo thiết bị tương tự trong và ngoài nước để kế thừa các tính năng họ đã có) để xây dựng bài toán. Lựa chọn các vật tư linh kiện hiện đại đáp ứng được yêu cầu bài toán để thiết kế sản phẩm. Sau đó chế thử sản phẩm đưa đi kiểm định và sử dụng thử nghiệm, lấy ý kiến của người sử dụng để hoàn thiện thiết kế. Xây dựng quy trình công nghệ chế thử, chế tạo hàng loạt và quy trình hoàn thiện công nghệ. Sau khi chuyển giao sản phẩm tiếp tục tiếp thu ý kiến khách hàng để hiệu chỉnh đưa ra sản phẩm tối ưu nhất. Có thể nói quá trình thiết kế, chế tạo xuất phát điểm là từ thực tế và kết thúc cũng ở thực tế, đặc biệt đã “lôi kéo” được người sử dụng tham gia vào quá trình thiết kế nên sản phẩm tạo ra rất phù hợp với điều kiện đặc thù về môi trường hầm lò và con người Việt Nam. Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 10 CHƯƠNG II. THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC SẢN PHẨM 2.1 Nguyên tắc thiết kế, chế tạo Các sản phẩm của dự án sẽ phải làm việc trong môi trường có khí bụi nổ, với độ ẩm cao và nhiều yếu tố khắc nghiệt khác do đó thiết bị phải đảm bảo các yêu cầu an toàn tia lửa. Từ thực tế trên quan điểm thiết kế thiết bị của chúng tôi như sau: + Thiết bị phải đạt tiêu chuẩn TCVN-7079 (thiết bị an toàn tia lửa Ex “ia”I) + Thiết bị phải làm việc chính xác, độ tin cậy và độ an toàn cao + Thiết bị dễ sử dụng, số liệu đo được phải dễ đọc + Thiết bị phải gọn nhẹ, chắc chắn phù hợp cho việc mang theo người. + Nguồn nuôi phải đảm bảo làm việc liên tục được ít nhất là 8 giờ (1 ca sản xuất) + Giá thành vừa phải Các thông số môi trường hầm lò cần đo và cảnh báo là CH4; CO2; CO; nhiệt độ; ... trong đăng ký dự án chúng tôi lựa chọn đo, cảnh báo các thông số: CH4; CO; nhiệt độ. Trong đó: - Máy đo 1 thông số VIELINA-ĐCT.01 chỉ đo CH4. - Máy đo 2 thông số VIELINA-ĐCT.02 đo CH4; CO. - Máy đo 3 thông số VIELINA-ĐCT.02 đo CH4; CO và nhiệt độ. Do điều kiện làm việc trong môi trường khắc nghiệt và lại phải đảm bảo thời gian làm việc liên tục khoảng 10 giờ sau mỗi lần nạp pin nên các vật tư linh kiện cần phải lựa chọn cho phù hợp. Sau đây chúng tôi xin trình bày phần lựa chọn các vật tư linh kiện cho các thiết bị. 2.2 Lựa chọn các phần tử 2.2.1 Lựa chọn sensor Theo khuyến cáo của nhà sản xuất thì chúng ta sử dụng loại sensor đo khí mêtan là loại làm việc theo nguyên lý catalytic. Còn với khí CO ta chọn loại sensor điện hoá, sensor nhiệt độ dùng loại bán dẫn. Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 11 2.2.2 Lựa chọn các linh kiện khác Các linh kiện khác được lựa chọn trên nguyên tắc sao cho nhỏ gọn, tiêu thụ ít năng lượng và làm việc ổn định. Với quan điểm này chúng tôi lựa chọn các linh kiện hầu hết là loại dán bề mặt (các loại IC, điện trở, tụ điện, …) 2.2.3 Các vấn đề cần giải quyết Trong quá trình chế tạo thiết bị này chúng tôi đã phải nghiên cứu giải quyết rất nhiều vấn đề, trong đó có một số vấn đề chính như sau. • Giải quyết vấn đề nguồn nuôi • Vấn đề hiệu chuẩn • Vấn đề an toàn tia lửa • Vấn đề ổn định của thiết bị 2.2 Thiết kế máy đo khí mêtan VIELINA-ĐCT.01 2.3.1 Thiết kế phần cứng máy đo VIELINA-ĐCT.01 Sau khi đi khảo sát chúng tôi đã nghiên cứu chế tạo thiết bị đo khí mêtan cầm tay, phần cứng của thiết bị được thiết kế theo sơ đồ khối như sau: Hình 1 Sơ đồ khối thiết bị đo khí mêtan cầm tay VIELINA-ĐCT01 ADC cpu Nguån B¸o hiÖu Chu«ng , ®Ìn HiÓn thÞ KĐ & CH Sensor Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 12 2.3.2 Thiết kế phần mềm VIELINA-ĐCT.01 Thiết bị đo khí mêtan cầm tay có nhiệm vụ đo nhanh nồng độ khí mêtan có tại vị trí đo rồi đưa ra hiển thị và cảnh báo (khi vượt ngưỡng). Lưu đồ thuật toán của một chu trình làm việc để xây dựng phần mềm cho thiết bị VIELINA-ĐCT.01 như sau: Hình 2 Lưu đồ thuật toán xây dựng phần mềm thiết bị đo khí mêtan cầm tay Chương trình được viết bằng ngôn ngữ C và đã được hiệu chỉnh, hoàn thiện qua nhiều thế hệ. Hiện nay thiết bị đã đáp ứng được các yêu cầu của người sử dụng. C Bắt đầu Khởi động hệ thống Kiểm tra mức nguồn nuôi, còi, đèn Hiển thị giá trị đo Vượt ngưỡng? Kết thúc K Đọc và tính giá trị đo từ ADC Hết báo động? Báo động C K Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 13 2.3 Thiết kế máy đo nhiều thông số Máy đo VIELINA-ĐCT.02 và VIELINA-ĐCT.03 được thiết kế trên cơ sở giống nhau cả về phần cứng và phần mềm, nên để cho gọn báo cáo nhưng vẫn đảm bảo đầy đủ chúng tôi xin trình bày gộp thành máy đo nhiều thông số VIELINA-ĐCT.0x 2.4.1 Thiết kế phần cứng máy đo nhiều thông số Thiết bị được chế tạo với sơ đồ khối tổng quát như sau: Hình 3 Sơ đồ khối tổng quát thiết bị 2.4.2 Thiết kế phần mềm máy đo nhiều thông số Thiết bị đo nhiều thông số có nhiệm vụ đo nhanh nồng độ khí mêtan, CO, nhiệt độ tại vị trí đo rồi đưa ra hiển thị và cảnh báo (khi có bất kỳ 1 trong các thông số nào vượt ngưỡng). Lưu đồ thuật toán để xây dựng phần mềm cho thiết bị đo khí mêtan cầm tay như sau: MUX & ADC cpu Nguån B¸o hiÖu Chu«ng , ®Ìn HiÓn thÞ KĐ & CH Sensor 1 KĐ & CH Sensor n Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 14 Hình 4 Lưu đồ thuật toán xây dựng phần mềm thiết bị đo nhiều thông số Chương trình được viết bằng ngôn ngữ C và đã được hiệu chỉnh, hoàn thiện qua nhiều thế hệ. Hiện nay thiết bị đã đáp ứng được các yêu cầu của người sử dụng. 2.4 Thiết kế bộ nạp pin tự động Các thiết bị sản phẩm của dự án đều dùng nguồn nuôi là pin nạp loại Ni-MH, do đó trước mỗi lần sử dụng đều phải nạp pin. Nếu sử dụng bộ nạp thông thường, khi nạp với dòng nạp danh định là: Inạp = C/10 thì thời gian mỗi lần nạp sẽ là 14 giờ, thời gian nạp này là quá dài. Để giảm bớt thời gian nạp pin nhưng vẫn phải đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của pin chúng tôi đã phải nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm bộ nạp pin tự động. Đến nay chúng tôi đã chế tạo thành công bộ nạp tự động cho pin Ni-MH. C Bắt đầu Khởi động hệ thống Kiểm tra mức nguồn nuôi, còi, đèn, sensor các loại Hiển thị các giá trị đo Có gt vượt ngưỡng ? End K Đọc và tính các giá trị đo từ ADC Hết báo động? Báo động C K Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 15 ~ ~ Hình 5 Sơ đồ khối bộ nạp pin tự động 2.5 Chế tạo bộ nguồn Phần nguồn được thiết kế theo yêu cầu an toàn tia lửa dạng bảo vệ Exd “ia”I và được đổ đầy hợp chất chống ẩm và chống đánh lửa (epoxy). Sơ đồ mạch điện của bộ nguồn như sau: RN RP 1N5404 1N5404 1N5404 URUv D0 D1 D2 Fuse RTC BT BT Hình 6 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn an toàn tia lửa Rnạp So Sánh Hạ áp và chỉnh lưu Mạch nạp Lấy mẫu VRef 220 V Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 16 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sau hơn hai năm thực hiện dự án chúng tôi đã đạt được một số kết quả sau. 3.1 Về sản phẩm dự án 3.1.1 Máy đo VIELINA-ĐCT.01 Thiết bị đo khí mêtan cầm tay VIELINA-ĐCT.01 đã được chúng tôi thiết kế và hiệu chỉnh qua nhiều thế hệ, sau đây là tính năng của sản phẩm. • Tính năng của thiết bị đã thiết kế được − Dải đo CH4: (0 - 5)%. − Sai số: 0,1% trong dải đo (0 – 2)% và 0,2% với dải đo còn lại. − Báo động: Dùng còi và đèn nháy − Thời gian khởi động: 20 s − Nguồn nuôi: Dùng pin nạp loại Ni-MH: 4,8Vx3700 mAh. − Thời gian sử dụng liên tục sau mỗi lần nạp: 12h. − Nhiệt độ làm việc: 0oC ÷ +50oC − Làm việc được với độ ẩm tương đối: tới 98% • Về thủ tục pháp lý Thiết bị VIELINA-ĐCT.01 đã được Trung tâm An toàn Mỏ kiểm định và cấp giấy chứng nhận đạt tiêu chuẩn an toàn tia lửa TCVN-7079 (TCVN 7079-0 và 7079-11). Thiết bị đã được Cục Kỹ thuật an toàn Công nghiệp - Bộ Công nghiệp cho phép sử dụng trong hầm lò có khí bụi nổ (xem các tài liệu này trong phần phụ lục). Thiết bị VIELINA-ĐCT.01 cũng đã được đăng ký sở hữu trí tuệ: Đăng ký giải pháp hữu ích và đăng ký kiểu dáng công nghiệp (xem phụ lục). • Số lượng sản xuất Trong quá trình thực hiện dự án chúng tôi đã chế tạo được 300 chiếc máy đo VIELINA-ĐCT.01 và hiện đã bán chính thức (bàn giao xong) được 226 chiếc trong 7 hợp đồng kinh tế với tổng trị giá gần 3 tỉ đồng. Hiện nay đang chuẩn bị ký hợp đồng tiếp với một số công ty khai thác than hầm lò trong TKV như: Công ty than Quang Hanh, Nam Mẫu, Hồng Thái, Thống Nhất, … Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 17 Theo dự kiến đến hết năm 2006 sẽ ký thêm được các hợp đồng bán khoảng 100 chiếc nữa. 3.1.2 Máy đo VIELINA-ĐCT.02 Đây là máy đo hai thông số CH4 và CO được chế tạo cùng với máy đo 3 thông số. • Tính năng của thiết bị đã thiết kế được − Dải đo CH4: (0 - 5)%. Sai số: 0,1% trong dải đo (0 – 2)% và 0,2% với dải đo còn lại. − Dải đo CO: (0 - 1000)ppm. Sai số: 5 ppm trong dải đo (0 – 200)ppm và 10 ppm với dải đo còn lại. − Báo động: Dùng còi và đèn nháy − Thời gian khởi động: 20 s − Nguồn nuôi: Dùng pin nạp loại Ni-MH: 4,8Vx3700 mAh. − Thời gian sử dụng liên tục sau mỗi lần nạp: 10h. − Nhiệt độ làm việc: 0oC ÷ +50oC − Làm việc được với độ ẩm tương đối: tới 98% • Về thủ tục pháp lý Thiết bị VIELINA-ĐCT.0x hiện đang được Trung tâm An toàn Mỏ kiểm định theo tiêu chuẩn an toàn tia lửa TCVN-7079. Thiết bị chưa được đăng ký sở hữu trí tuệ. • Số lượng sản xuất Hiện nay chúng tôi đã chế tạo được 13 chiếc máy đo VIELINA-ĐCT.02 và đang chờ kiểm định để tiếp tục chế tạo đưa vào thử nghiệm và bán cho các đơn vị khai thác than hầm lò. 3.1.3 Máy đo VIELINA-ĐCT.03 Đây là máy đo ba thông số CH4, CO và nhiệt độ được chế tạo theo nhu cầu của người sử dụng. Sau đây là hình ảnh về máy đo này. • Tính năng của thiết bị đã thiết kế được − Dải đo CH4: (0 - 5)%. Sai số: 0,1% trong dải đo (0 – 2)% và 0,2% với dải đo còn lại. Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 18 − Dải đo CO: (0 - 1000)ppm. Sai số: 5 ppm trong dải đo (0 – 200)ppm và 10 ppm với dải đo còn lại. − Dải đo nhiệt độ: (0 - 100)OC. Sai số: 0,5OC trong dải đo (0 – 50)OCvà 1OC với dải đo còn lại. − Báo động: Dùng còi và đèn nháy − Thời gian khởi động: 20 s − Nguồn nuôi: Dùng pin nạp loại Ni-MH: 4,8Vx3700 mAh. − Thời gian sử dụng liên tục sau mỗi lần nạp: 10h. − Nhiệt độ làm việc: 0oC ÷ +50oC − Làm việc được với độ ẩm tương đối: tới 98% • Về thủ tục pháp lý Thiết bị VIELINA-ĐCT.0x hiện đang được Trung tâm An toàn Mỏ kiểm định theo tiêu chuẩn an toàn tia lửa TCVN-7079. Thiết bị chưa được đăng ký sở hữu trí tuệ. • Số lượng sản xuất Hiện nay chúng tôi đã chế tạo được 13 chiếc máy đo VIELINA-ĐCT.03 và đang chờ kiểm định để tiếp tục chế tạo đưa vào thử nghiệm và bán cho các đơn vị khai thác than hầm lò. 3.1.4 Bộ nạp pin tự động Mỗi bộ nạp pin được thiết kế để có thể nạp đồng thời 2 máy một lúc, thời gian nạp hiện nay là 4,5 h/lần nạp. Hiện chúng tôi đang bán bộ nạp kèm theo máy đo với tỷ lệ 4 máy đo/1 bộ nạp. Số lượng bộ nạp chúng tôi đã chế tạo được là: 75 bộ 3.2 Quy trình công nghệ Trong quá trình thực hiện dự án chúng tôi đã đưa ra một số quy trình công nghệ sau: - Quy trình chế thử - Quy trình hoàn thiện công nghệ chế tạo sản phẩm - Quy trình hiệu chuẩn thiết bị Sau đây chúng tôi xin trình bày cụ thể các quy trình này. Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 19 3.2.1 Quy trình chế thử Chế thử là quá trình chế tạo loạt nhỏ để tạo ra các mẫu nhằm kiểm tra đánh giá tính đúng đắn của quá trình thiết kế, từ đó hiệu chỉnh và đưa ra thiết kế tối ưu. Hoàn thiện thiết kế Thiết kế phần cứng, phần mềm Mua vật tư, linh kiện Kiểm tra vật tư, linh kiện Lắp ráp sản phẩm Vẽ mạch in Chế tạo mạch in Kiểm tra, hiệu chuẩn sản phẩm Lắp ráp thành phẩm Kiểm định (chỉ dùng với sản phẩm đầu tiên) Thiết kế vỏ hộp chế tạo vỏ hộp Đánh giá Kiểm tra, hiệu chỉnh thiết kế Sửa thiết kế vỏ hình thức Tính năng Được Đánh giá hình thức Tính năng Được Thị trường, người sử dụng đánh giá Các yêu cầu của người sử dụng Lựa chọn linh kiện vật tư Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 20 Hình 7 Quy trình công nghệ chế thử sản phẩm 3.2.2 Quy trình công nghệ chế tạo hàng loạt sản phẩm Quy trình sau đây có đi kèm theo bản danh sách các vật tư linh kiện sử dụng ứng với từng sản phẩm cụ thể (ở đây chúng tôi trình bày theo sản phẩm VIELINA-ĐCT.01 vì sản phẩm này đã được chế tạo nhiều). Sơ đồ quy trình sản xuất và hiệu chỉnh sản phẩm Chuẩn bị đầy đủ các vật tư linh kiện, nguyên vật liệu theo danh mục thống kê Hàn lắp các mạch điện, kiểm tra, hiệu chuẩn, nạp phần mềm, vệ sinh, phun sơn chống ẩm cho mạch điện Kiểm tra Pin, mạch bảo vệ Đổ đầy khối Pin Lắp ráp các chi tiết vỏ máy, vệ sinh vỏ máy Chất lượng vật tư linh kiện Loại bỏ Hỏng Tốt Lắp hoàn chỉnh máy, kiểm tra phần cứng và nạp phần mềm Nạp đầy pin, hiệu chuẩn thiết bị Thực hiện các phép thử Đạt Không đạt Kiểm tra nhãn mác, vệ sinh các chi tiết, đóng gói thiết bị Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 21 Hình 8 Quy trình sản xuất, hiệu chỉnh sản phẩm 3.2.3 Quy trình hiệu chuẩn thiết bị 1. Chuẩn bị buồng khí, bình khí, thiết bị đo tiêu chuẩn (R7) để so sánh, thiết bị cần hiệu chuẩn. 2. Kiểm tra các van khí tại buồng chuẩn, bình chuẩn và đường ống dẫn khí từ bình khí chuẩn đến buồng khí. Đảm bảo tất các van đều ở trạng thái đóng kín, đường ống không bị dập đứt, không bị tắc. 3. Bật cả hai quạt khuếch tán khí trong buồng chuẩn để đảm bảo khí được trộn đều trong toàn bộ buồng chuẩn. 4. Đặt thiết bị cần hiệu chuẩn vào buồng chuẩn, đóng nắp đậy và tất cả các van khí. 5. Chỉnh không cho thiết bị R7 tại nơi có luồng khí sạch (không có thành phần khí CH4 trong không khí). 6. Mở van khí nối đường ống dẫn khí vào buồng chuẩn, từ từ xả khí sao cho mỗi lần nồng độ khí trong bình tăng lên khoảng 0.25% CH4, so sánh số liệu hiển thị giữa thiết bị cần hiệu chuẩn với thiết bị R7. Nếu có sai lệch lớn vượt quá sai số cho phép thì thiết bị phải được lấy ra để kiểm tra, phát hiện và điều chỉnh các sai sót phần cứng hoặc phần mềm. Cần kiểm tra hết dải đã đăng ký là từ 0% - 3% CH4. 7. Các sai số cho phép: Nếu các sai lệch đều thuộc các phạm vi cho phép trên thì thiết bị đạt yêu cầu vệ độ chính xác. Lưu ý: Trước khi giao máy đo cho người sử dụng cần kiểm tra thời lượng của Pin: Các máy đều phải được nạp đầy Pin và chạy thử để đảm bảo máy có thể hoạt động liên tục trong khoảng thời gian trên 10 giờ sau khi nạp đầy. Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 22 3.2.4 Quy trình hoàn thiện công nghệ chế tạo sản phẩm Hình 9 Quy trình hoàn thiện công nghệ chế tạo sản phẩm Sản phẩm chế thử Phần cơ khí Phần cứng Phần mềm Điều chỉnh Điều chỉnh Điều chỉnh Hoàn thiện mạch nguyên lí, mạch in, tập kết vật tư, linh kiện Hoàn thiện thuật toán, chương trình Lắp ráp, hiệu chỉnh Nạp chương trình, kiểm tra, hiệu chỉnh. Lắp ráp, kiểm tra, chạy thử sản phẩm trong phòng thí nghiệm. Kiểm định, Thử nghiệm thực tế và theo dõi đánh giá hoạt động. Hoàn chỉnh thiết kế tiến tới chế tạo hàng loạt Từ kết quả kiểm định, thử nghiệm thực tế và xin ý kiến người sử dụng rút ra: - Các điều kiện, tình huống chưa tính đến. - Tính năng cần bổ sung, nâng cao. Thiết kế gia công chế tạo Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 23 CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN 4.1.1 Kết quả thực hiện Dự án đã đạt được một số kết quả sau: ™ Về sản phẩm Đã chế tạo được 03 sản phẩm với các chỉ tiêu chất lượng như đã đăng ký: - Máy đo, cảnh báo khí mêtan xách tay VIELINA-ĐCT.01 - Máy đo 2 thông số: VIELINA-ĐCT.02 - Máy đo 3 thông số: VIELINA-ĐCT.03 Ngoài ra còn chế tạo được bộ nạp nguồn tự động cho các loại máy đo trên. ™ Về tài liệu công nghệ Đã đưa ra một số quy trình công nghệ - Quy trình công nghệ chế thử - Quy trình công nghệ chế tạo hàng loạt - Quy trình kiểm tra hiệu chuẩn thiết bị - Quy trình hoàn thiện công nghệ ™ Về tài liệu khoa học - Báo cáo định kỳ - Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật dự án - Tóm tắt báo cáo KHKT dự án ™ Về hợp đồng kinh tế Đã ký được 7 hợp đồng kinh tế với tổng giá trị khoảng 3 tỉ đồng ™ Các kết quả khác - Đã đăng ký kiểu dáng công nghiệp và giải pháp hữu ích cho thiết bị VIELINA-ĐCT.01 - Đăng 01 bài báo trong Kỷ yếu các công trình nghiên cứu KHCN nổi bật trong ngành công nghiệp giai đoạn 2001-2002. Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 24 4.1.2 Đánh giá hiệu quả của dự án 4.1.2.1 Hiệu quả kinh tế Việc chế tạo thành công các sản phẩm của dự án mang lại hiệu quả kinh tế lớn cho đất nước, bởi vì chúng ta không phải nhập ngoại các thiết bị này nên tiết kiệm được nhiều ngoại tệ. Sản phẩm dự án tuy mới được đưa vào sử dụng nhưng được người sử dụng đánh giá cao và bước đầu đã thay thế được thiết bị nhập ngoại. Giá thành của thiết bị chỉ bằng từ 1/3 đến ½ giá thiết bị tương tự của nước ngoài do đó người sử dụng sẽ thu được hiệu quả kinh tế cao khi sử dụng sản phẩm của dự án. 4.1.2.2 Hiệu quả xã hội Dự án có ý nghĩa xã hội là góp phần đảm bảo an toàn lao động và tạo ra tâm lý yên tâm cho người công nhân khi sử dụng sản phẩm dự án do đó làm tăng cao năng suất lao động. Ngoài ra dự án cũng tạo ra công ăn việc làm cho một bộ phận những người trực tiếp tham gia vào quá trình chế tạo và lưu thông sản phẩm. 4.1.2.3 Hiệu quả về khoa học công nghệ Dự án góp phần đào tạo, nâng cao trình độ chuyên môn cho các cán bộ khoa học trực tiếp tham gia nghiên cứu, chế tạo sản phẩm. Dự án cũng đã đào tạo, nâng cao hiểu biết cho hàng trăm công nhân về thiết bị đo khí mêtan nói riêng và thiết bị an toàn nói chung. Dự án đã chứng tỏ Việt Nam hoàn toàn có thể chế tạo được các thiết bị đặc chủng dùng cho các lĩnh vực đặc biệt. 4.1.3 Đánh giá về tính mới, tính sáng tạo của dự án Tính mới của dự án: Đây là sản phẩm lần đầu tiên được chế tạo thành công tại Việt Nam. Những người thực hiện dự án đã tự thiết kế, chế tạo ra các sản phẩm trên cơ sở lựa chọn các vật tư linh kiện có chất lượng cao và có sẵn trên thị trường, không dựa trên bất cứ một thiết bị có sẵn nào. Tính sáng tạo: Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các thiết bị đang sử dụng tại TKV, nhóm thực hiện dự án đã thiết kế phần vỏ đảm bảo thiết bị làm việc ổn định trong điều kiện đặc thù của môi trường hầm lò Việt Nam: độ ẩm cao, có nhiêu fkhí bụi nổ và sự xuất hiện động thời của khí mêtan và CO2, .. Thiết bị dễ sử dụng, gọn nhẹ, chịu được va đập, .. phù hợp với hầm lò Việt Nam. Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 25 4.1.4 Đánh giá mức độ hoàn thành của dự án Về sản phẩm: - Chủng loại sản phẩm đủ 3 loại máy đo như đã đăng ký nhưng số lượng chưa được như đăng ký. - Thêm được bộ nạp pin tự động cho các máy đo - Đưa ra được các quy trình công nghệ phục vụ việc chế tạo sản phẩm TT Sản phẩm Số lượng đăng ký Số lượng thực hiện Phần đã chuẩn bị tiếp theo 1 Máy đo VIELINA-ĐCT.01 300 320 150 vỏ hộp và một số linh kiện chính 2 Máy đo VIELINA-ĐCT.02 200 20 100 vỏ hộp và một số linh kiện chính 3 Máy đo VIELINA-ĐCT.03 200 20 100 vỏ hộp và một số linh kiện chính 4 Bộ nạp pin tự động 0 75 30 vỏ hộp và 30 bộ linh kiện chính 5 Quy trình công nghệ 0 4 Về kinh phí: - Kinh phí hỗ trợ từ ngân sách SNNN được sử dụng đúng quy định về quản lý NSNN của Bộ Tài chính Kinh phí huy động vốn: Mức độ huy động đã đủ như đăng ký (các hợp đồng đã ký trị giá 3 tỉ) Đánh giá chung: Dự án đã đạt được các chỉ tiêu đã đăng ký. 4.2 Kiến nghị Qua thực tế triển khai dự án chúng tôi có một số kiến nghị với Bộ Khoa học Công nghệ và các cơ quan quản lý khác như sau: 1. Cần ưu tiên cho phép thực hiện các dự án sản xuất thử nghiệm vì đây chính là “cú hích” quyết định đưa kết quả nghiên cứu KHCN vào ứng dụng thực tế phát huy được hiệu quả đầu tư cho KHCN của Nhà nước. Dự án KC.03.DA04: Chế tạo thiết bị đo, cảnh báo khí mêtan cầm tay dùng cho khai thác hầm lò. VIELINA – Tel. (04)7140150, (04) 7164855 26 2. Cần có cơ chế, chính sách khuyến khích các cơ sở sản xuất ứng dụng các kết quả nghiên cứu KHCN trong nước, có như vậy mới giúp cho các cơ sở nghin cứu có điều kiện hoàn thiện các kết quả nghiên cứu, tạo ra các sản phẩm đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng. 3. Cần có chính sách tạo điều kiện cho các cơ sở nghiên cứu triển khai trong nước được tham gia vào các công trình lớn, có hàm lượng chất xám cao để góp phần đào tạo nâng cao năng lực chuyên môn cho các cán bộ KHCN trong nước. Có như vậy chúng ta mới trưởng thành và có khả năng tiếp cận, làm chủ các công nghệ tiên tiến, hiện đại để đến năm 2020 Việt Nam thành đất nước công nghiệp có trình độ tiên tiến trong khu vực. 4. Khi tiến hành chế tạo hàng loạt đơn vị được chuyển giao công nghệ (nếu có) cần phải chuẩn bị đầy đủ các thiết bị, vật tư linh kiện, … như đã trình bày trong phần quy trình công nghệ chế tạo hàng loạt, đồng thời phải liên hệ mật thiết với cơ quan chủ trì thực hiện dự án để đảm bảo việc chế tạo hàng loạt thành công. LỜI CẢM ƠN Để thực hiện thành công đề tài này chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ, hợp tác và đóng góp của các tổ chức, cơ quan và các cá nhân sau: ƒ Bộ Khoa hoc Công nghệ, Bộ Công nghiệp, Ban chủ nhiệm, Văn phòng chương trình KC.03 và VIELINA. ƒ Tập đoàn Công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam cùng các Công ty thành viên như: Công ty than Hạ Long, Công ty than Hòn Gai, Công ty than Hà Lầm, Công ty than Vàng Danh, Công ty than Mông Dương, Công ty Đông Bắc, … ƒ Cơ quan chức năng: Cục Kỹ thuật An toàn Công nghiệp - Bộ Công nghiệp, Trung tâm An toàn Mỏ - Viện Khoa học Công nghệ Mỏ. ƒ Các cá nhân có đóng góp đặc biệt cho sự thành công của dự án là: Ông Vũ Mạnh Hùng - Phó Tổng giám đốc TVN; Ông Lê Văn Thao - Kỹ sư trưởng thông gió TVN; Ông Nguyễn Văn Lăng - PGĐ và Ông Dương Sơn Bài – TP An toàn Công ty than Hạ Long Long; Ông Nguyễn Văn Quế – PTP Kỹ thuật Công ty than Hòn Gai, Ông Trần Tú Ba, Ông Phạm Xuân Thanh – GĐ, PGĐ TT An toàn Mỏ, … Ngoài ra chúng tôi cũng xin bày tỏ sự cảm ơn tới Ban lãnh đạo TKV, Ban Giám đốc các Công ty thành viên cùng các cán bộ, công nhân của các Công ty.