Sistema de prevenção de colisões: Parte 1. Legislação como CT para o desenvolvedor

Saudações Habroyuzery. Meu nome é Eugene e, em uma série de artigos, quero falar sobre o processo de desenvolvimento e teste de um sistema de prevenção de colisões para equipamentos industriais e pessoas que trabalham com ele lado a lado.

Mas primeiro uma pequena história. Uma cidade do norte é a nossa imensa. A cidade possui uma grande mina, que em essência é o principal local de trabalho dos moradores da cidade. Sexta-feira, o dia útil já passou à tarde. Mineiros no horizonte de 720 metros comemoraram o aniversário de um colega com uma bebida contrabandeada para o local secretamente. E então um mineiro bêbado foi arejar antes de ir para a superfície, mas no processo ele ficou um pouco cansado e cochilou nos trilhos da ferrovia subterrânea para transportar o minério. Ele foi acordado por uma locomotiva elétrica, cujo motorista no escuro não notou o infeliz mineiro cochilando no trilho. Como resultado de uma colisão de uma locomotiva elétrica em um mineiro, ele perdeu o pulso. Uma história terrível, e muitas histórias semelhantes de outras partes da Rússia a cada vez fazem líderes diferentes pensarem. E o que pode ser feito para tornar essas histórias menos ou nunca mais? É aqui que a solicitação de um sistema começa, o que resolverá o problema de impedir que os equipamentos atinjam as pessoas.



O pano de fundo da questão que nos levou a começar a desenvolver esse sistema em 2016 é o seguinte. A mineração é uma das ocupações mais perigosas do mundo. E em nosso país, esse é um dos principais setores da economia após a produção de petróleo e gás. Existem duas maneiras de extrair minerais em todo o mundo: aberto (superfície) e subterrâneo.

Nós, como desenvolvedores de sistemas de posicionamento, há muito tempo estamos envolvidos no posicionamento de mineradores em minas e hoje em dia, em quase todas as minas, a questão do posicionamento foi resolvida em um grau ou outro. Infelizmente, os incidentes relacionados a colisões de equipamentos de mineração e a batida de veículos no pessoal continuam ocorrendo. No Ocidente, essa questão começou a ser abordada em 2006-2010 pelo desenvolvimento e implementação de sistemas de prevenção de colisões. Antes de tudo, esses sistemas foram introduzidos em pedreiras, uma vez que incidentes semelhantes ocorreram com mais frequência lá. Desde março de 2019, a instalação de sistemas de prevenção de colisões tornou-se obrigatória na Rússia, mas não em pedreiras, mas em minas. E aqui chegamos à TK e à solicitação de tais sistemas.

Todas as empresas de mineração na Rússia devem cumprir as regras de segurança industrial. Rostekhnadzor (Serviço Federal de Supervisão Ecológica, Tecnológica e Atômica) monitora a conformidade com essas regras e levamos em consideração principalmente os requisitos apresentados por esse serviço ao desenvolver o sistema. Porém, como os requisitos para sistemas de prevenção de colisão em nosso país são amplamente divulgados até o momento, na elaboração de CT para desenvolvimento, cenários de teste e critérios de aceitação, contamos com um documento internacional desenvolvido pela EMESRT (Mesa Redonda de Segurança de Equipamentos de Movimentação de Terra) . Esta é uma organização que une empresas de mineração, agências governamentais, fabricantes de equipamentos de mineração, empresas de serviços e engenharia em todo o mundo.

Esta organização desenvolveu uma classificação de sistemas de gerenciamento e segurança para mineração:

• Nível 7 - Conhecimento do Operador
  Tecnologias que fornecem informações para aprimorar a capacidade do operador de observar e entender os riscos potenciais nas proximidades do equipamento.
  
• Nível 8 - Controle Consultivo
  Tecnologias que fornecem alarmes e / ou instruções para aprimorar a capacidade do operador de prever possíveis ações inseguras e ações corretivas necessárias.
• Nível 9 - Controle de Intervenção
  Tecnologias que intervêm automaticamente e adotam alguma forma de controle de equipamento para evitar ou reduzir as consequências de uma situação perigosa.

A base para o desenvolvimento do sistema e o programa para testes e cenários de teste subsequentes foi tomada como um documento Sistemas de interação com veículos , que detalhava os principais cenários e situações que surgem durante a operação de equipamentos e pessoas na mineração e possíveis incidentes com eles.

Ao desenvolver um sistema para equipamentos de mineração, as seguintes situações perigosas devem ser eliminadas ou os danos causados ​​por elas devem ser minimizados (minimizando as consequências de um incidente):

1. Lesão devido ao design da estação de trabalho e estruturas externas
2. Lesão ou hospitalização resultante de fadiga física e / ou mental
3. Danos causados ​​por visibilidade prejudicada (incluindo visibilidade distorcida ou prejudicada) ou violação da percepção de perigo sob várias condições operacionais
4. Danos causados ​​pela visualização limitada ou difícil pelo operador do ambiente e pela operação da ferramenta
5. Dano de colisão causado pelo movimento de pessoas e veículos na zona cega do operador
6. Danos causados ​​pela perda de estabilidade da máquina durante operação, movimento, articulação
7. Danos causados ​​pelo uso inadequado dos controles do equipamento, calibração incorreta / imprecisa ou manutenção ineficiente devido a controles e telas mal projetados
8. Danos por má interpretação das informações em displays ou etiquetas
9. Danos, incluindo sobrecarga mental, causados ​​por avisos e alarmes perdidos que são ignorados ou não ouvidos
   

Eles contêm requisitos, tanto para o próprio sistema quanto para o tipo de dispositivos, visualização de notificações e métodos de notificação.

Você deve admitir que existem muito mais requisitos para sistemas de prevenção de colisões do que na edição russa de regras de segurança industrial para empresas de mineração ( Portaria de 11 de dezembro de 2013, nº 599 Sobre a aprovação de normas e regras federais no campo da segurança industrial “Regras de segurança para mineração e processamento de sólidos minerais " ), onde apenas um ponto é escrito:

Ponto: 325 Os veículos de transporte que operam em minas para mineração devem estar equipados com sistemas de prevenção de colisão. O sistema de prevenção de colisões deve fornecer uma notificação oportuna ao motorista sobre a presença de pessoas e veículos dentro do raio da trajetória do veículo.

É a lista muito maior de requisitos iniciais para o sistema de prevenção de colisão descritos pelo EMESRT e a consideração desses requisitos no desenvolvimento do produto que atenderá a todos os requisitos novos e existentes que podem ser adicionados aos documentos e regulamentos relevantes para as empresas de mineração russas no futuro.

Então, chegamos aos cenários principais do trabalho de equipamentos e pessoas em que um sistema de prevenção de colisões deve determinar o perigo e alertar todos os participantes em uma situação desse tipo.

Lista de cenários de mineração:

1. P1-Man está localizado diretamente ao lado da máquina
2. O P3-Man é monitorado ao trabalhar com máquinas e equipamentos
3. P4-Man senta dentro ou fora da cabine
4. Abordagem L1-frontal com uma máquina em pé
5. L2-Aproximando-se da máquina ao reverter com uma máquina em pé
6. L3 - Aproximação de 2 carros ao mover cada ré
7. L4 - Aproximação de 2 carros ao dirigir um por um
8. L5-Partida de dois carros se movendo um para o outro
9. L6-Dois carros se movem para trás, com um carro ultrapassando o outro
10. L7 - Aproximação de 2 carros em movimento e ultrapassagem de um deles
11. Abordagem de visibilidade zero L8
12. C1 - Aproximação de 2 carros para se encontrar ao dirigir ao longo de uma curva da estrada com visibilidade insuficiente
13. C3-Aproximando-se de um veículo que avança com um veículo que recua em condições de flexão com visibilidade insuficiente
14. T1 - Aproximação de 2 carros na mesma direção no cruzamento
15. T2 - Aproximação de 2 carros um com o outro com a intenção de virar no cruzamento de um dos carros
16. T3 - Aproximação de 2 carros movendo-se na mesma direção em um entroncamento em ângulo de 90 graus
17. T4 - Aproximação de 2 carros na mesma direção no cruzamento de 2 vias tecnológicas
18. A máquina R1 com uma ferramenta de trabalho rotativa funciona ao lado de outra máquina
19. R2-Machine recarrega materiais em outra máquina
20. A máquina O1 chega perto de uma estrutura fixa, parede ou equipamento estacionário
21. V1-Magin entra em uma área restrita onde o tráfego é proibido
22. A máquina V4 se move sem o controle do operador
23. A V6-Machine se move pelo território onde há um grande número de outros carros e pessoas, por exemplo, uma oficina

Existem 24 cenários no total, que cobrem 99% de todas as tarefas típicas resolvidas na mineração subterrânea, onde são utilizados equipamentos de autopropulsão, veículos e pessoas presentes.

A seguir, mostrarei como escolhemos as tecnologias para o desenvolvimento do produto, o que tivemos que passar ao criá-lo e o que aconteceu na saída, e como cada um dos cenários descritos acima foi testado.

Tecnologias e soluções para a criação de um sistema de prevenção de colisões

Desde 2016, desenvolvemos esses sistemas de prevenção de colisões, e você pode ler sobre isso no artigo sobre Habré aqui .



Durante esse período, mudamos a tecnologia da obsoleta tecnologia Nanoloc para a mais promissora tecnologia UWB . Escrevemos mais sobre a tecnologia UWB em Habré aqui e aqui .

Qual é a vantagem da tecnologia UWB (UWB) para posicionar objetos?

1. Alta precisão de posicionamento: até 10 cm.
2. Resistência a reflexos de sinais de rádio em condições de visibilidade direta.

Em 2018, com base na tecnologia UWB, um sistema de prevenção de colisões foi desenvolvido e passou por vários estágios de desenvolvimento.





Agora o sistema consiste nos seguintes componentes:


Tag (TAG) - um chip com suporte para a tecnologia UWB, embutido na lanterna do mineiro ou em um dispositivo separado com base nela.


Antena (VBU) - é instalada na pele do veículo. Ele também contém um chip UWB, que determina a distância para outro chip UWB pelo ToF (Time of Flight).


A unidade de controle (VCU) é um microcomputador que processa as medições recebidas das antenas e, usando um algoritmo matemático, determina a localização da etiqueta em relação ao veículo e envia os dados para visualização na tela do motorista.


Display (VOD) - fornece uma representação visual de informações sobre a localização das tags em relação ao carro.

No coração da tecnologia de posicionamento da UWB está o chip da empresa irlandesa Decawave. Os chips têm sua própria antena, graças à qual eles podem medir o tempo de trânsito do sinal entre si. Como o mesmo chip UWB está localizado na VBU e nas tags, eles se detectam na presença de visibilidade de rádio e também medem entre si. Este princípio permite determinar o tempo de voo do sinal, entre as antenas dos veículos, entre a antena e a etiqueta.

A partir daqui, temos duas áreas de controle:

• veículo de transporte (veículo a veículo ou V2V)
• transport-person (veículo para pessoal, V2P)

O princípio do sistema

O sistema é baseado no princípio de criar ao redor do veículo 3 zonas de controle de proximidade perigosa. Além disso, as zonas podem ter qualquer forma e levar em consideração as características estruturais e os parâmetros de movimento do veículo.

Zona de Atenção

Avisa os trabalhadores sobre a presença de veículos, equipamentos etc. a uma curta distância.
O sistema sinaliza uma possível abordagem perigosa e permite ao motorista e ao mineiro chamar a atenção para o fato de se aproximar de outro objeto.

As antenas (VBUs) emitem um sinal no espaço ao redor do veículo UWB em busca de outras antenas (VBUs) ou tags pessoais (TAGs) na zona de visibilidade por rádio.
Se outras antenas (VBU) ou etiqueta pessoal (TAG) forem detectadas na zona "Atenção", a distância da antena (VBU) ao objeto é medida.
Os dados das medições de distância são transmitidos para a unidade de controle (VCU), onde é calculada a localização dos objetos detectados à distância, direção e área.
O resultado do cálculo é exibido no visor do driver (VOD).



Zona de perigo

Ele corrige a aproximação perigosa e atrai a atenção dos trabalhadores; pode desacelerar o equipamento e o transporte.

O sistema notifica um possível acidente e permite chamar a atenção do motorista e do mineiro para o fato de se aproximar de outro objeto.

O motorista vê no visor (VOD) em que zona o objeto detectado está localizado e, quando se aproxima do veículo, o objeto passa da zona "Atenção" para a zona "Perigo" no visor (VOD). Ao mesmo tempo, um aviso de luz e som (VOD) aparecerá na cabine quando o objeto entrar na zona "Perigo", faróis piscantes e aviso sonoro serão ativados na cabine do motorista e na parte externa do veículo. Ao mesmo tempo, um aviso sonoro e luminoso também será ativado na etiqueta pessoal (TAG) de um funcionário ou na cabine de outro veículo equipado com o produto RealTrac Collision Avoidance.



Crash Zone

Ele gera um alarme quando outro objeto equipado com um sistema entra na zona de alarme.

Quando um objeto entra da zona "Perigo" na zona "Acidente", todos os meios de alertar o motorista do veículo são incluídos. Um sinal de perigo vermelho acende no visor do motorista (VOD) e um alerta sonoro constante é emitido. A etiqueta pessoal do mineiro (TAG) também inclui alertas sonoros e alertas de vibração para indicar que eles estão na zona de acidente.



É assim que as zonas de controle se parecem no configurador do sistema de prevenção de colisões. Os pontos de instalação das antenas no veículo e a etiqueta instalada em outro veículo são visíveis. Grade 1 m.



Este é o princípio do sistema descrito na teoria. Como tudo isso parece na prática, vou contar na segunda parte do artigo em uma semana.

Se você tiver dúvidas, escreva nos comentários.