На оживленной заправке мы регулярно заправляем бензином наши автомобили. Однако за этой, казалось бы, простой операцией скрывается сложная система, объединяющая прецизионные измерения, интеллектуальное управление и взрывозащищенную технологию искробезопасности. Современные ТРК, особенно те, которые соответствуют новому национальному стандарту Китая (GB/T 9081-2023), вышли далеко за рамки простых механических устройств. Теперь они представляют собой сложное электронное оборудование, имеющее решающее значение для безопасности, защиты окружающей среды и управления данными. Эта статья познакомит вас с более глубоким исследованием, в частности, с расшифровкой наиболее важной конструкции — взрывозащищенной системы искробезопасности, которая служит краеугольным камнем обеспечения безопасности АЗС.

1. Как работает топливный насос? — Симфония жидкостей, данных и контроля

Прежде чем углубляться во взрывозащищенную технологию, необходимо сначала понять основные принципы работы ТРК. В зависимости от способа подачи топлива их разделяют прежде всего на два типа: самовсасывающие насосы и погружные насосы.

(1) Топливораздаточная колонка с самовсасывающим насосом:

При включении переключателя топливной форсунки запускается взрывозащищенный двигатель, приводящий в действие масляный насос. Топливо забирается из подземного резервуара и сначала поступает в сепаратор паров, где газ, смешанный с маслом, отделяется и выбрасывается через выхлопную трубу. Очищенное топливо затем проходит через фильтр, датчик измерения расхода (расходомер), регулирующий клапан и, наконец, впрыскивается в топливный бак через форсунку.

Основной процесс: когда масло проходит через расходомер, оно приводит в действие цифровой энкодер, генерирующий импульсные сигналы. Эти сигналы непрерывно улавливаются «мозгом» диспенсера — управляющей платой. Измерительный MCU (блок микроконтроллера) на материнской плате управления выполняет сравнение данных в реальном времени с другим независимым MCU мониторинга. Этот механизм «двухъядерной проверки» имеет решающее значение для обеспечения точности измерений и предотвращения мошенничества. Наконец, проверенные данные о выдаче топлива передаются на индикаторное устройство (экран дисплея) для отображения.

(2) Топливораздаточная колонка с погружным насосом:

Насос этой модели установлен непосредственно внутри топливного бака. Сигнал забора топлива запускает работу погружного насоса, который создает давление в топливе и подает его по трубопроводам к расходомеру и последующим компонентам ТРК. Процесс измерения и обработки данных идентичен процессу самовсасывающего насоса и основан на скоординированной работе расходомера, энкодера и материнской платы управления.

Независимо от типа электронная система ТРК использует усовершенствованную архитектуру шины CAN. Эта архитектура четко разделяет систему на секцию законодательной метрологии (например, MCU измерения, MCU мониторинга, кодировщик) и секцию приложений незаконной метрологии (например, взаимодействие человека и машины, оплата, связь). Две независимые шины CAN (CAN0 и CAN1) обеспечивают безопасность и целостность данных основных измерений, эффективно удовлетворяя строгим требованиям оценки программного обеспечения национального плана утверждения модели ТРК (JJF1521-2023).

2、 Краеугольный камень безопасности: почему ТРК должны быть «по своей сути безопасными и взрывозащищенными»?

(1) Суровая окружающая среда: вездесущие «невидимые бомбы»

Заправочные станции являются типичными взрывоопасными средами Зоны 1 и Зоны 2. Летучие пары бензина или дизельного топлива смешиваются с воздухом, создавая взрывоопасную газовую среду. Любая крошечная искра, дуга или высокотемпературная поверхность могут стать «предохранителем», который воспламенит эту смесь газов, что приведет к катастрофическим последствиям. Топливораздаточная колонка включает в себя различные электрические устройства, такие как двигатели, печатные платы, реле, переключатели и т. д., которые неизбежно генерируют электрические искры во время нормальной работы (например, при переключении цепей и коммутации двигателя). Поэтому вопрос о том, как обеспечить «безопасную» работу этого электрооборудования в опасных средах, стал основным вопросом при проектировании ТРК.

(2) Конечная концепция предотвращения взрыва: искробезопасное предотвращение взрыва.

Среди различных взрывозащищенных технологий искробезопасная взрывозащищенность (именуемая «искробезопасность взрывозащищенность») считается одной из наиболее надежных и безопасных форм взрывозащищенности. Его основная концепция заключается не в том, чтобы «сопротивляться» или «изолировать» взрывы, а в том, чтобы «фундаментально исключить» возможность взрывов.

l Основной принцип: благодаря точному проектированию схемы энергия любых электрических искр или тепловых эффектов, генерируемых электрооборудованием в нормальных и заданных условиях неисправности, строго ограничивается до уровня, достаточно низкого для воспламенения определенных взрывоопасных газовых смесей в окружающей зоне.

l Ограничение напряжения и тока. В искробезопасных цепях используются такие компоненты, как защитные барьеры и токоограничивающие резисторы, которые гарантируют, что даже в случае короткого замыкания напряжение и ток в цепи будут ограничены ниже безопасных значений.

l Контрольные конденсаторы и катушки индуктивности. Энергия, запасенная в компонентах хранения энергии (конденсаторах, катушках индуктивности) в цепи, также строго контролируется, чтобы предотвратить их мгновенное высвобождение и образование высокоэнергетических искр.

Проще говоря, это «задушить» возможные электрические искры внутри устройства в люльке, сделав его настолько слабым, что оно не сможет воспламенить даже малейшие пары бензина.

(3) Практика проектирования искробезопасных ТРК.

В конструкции заправочной машины Belin концепция искробезопасности проходит через весь процесс:

l Плата питания (DY300): В качестве источника энергии всей системы плата питания предназначена для обеспечения нескольких независимых, стабильных и ограниченных по энергии источников питания постоянного тока (например, +5 В, + 8 В, S + 5 В). Внутренние трубки предохранителей (F401, F402) и схема фильтрации не только обеспечивают стабильную работу, но также служат первой линией защиты, ограничивающей воздействие аномальной энергии.

l Материнская плата управления и плата связи. Интегральные схемы на этих основных платах работают при низком напряжении и низком энергопотреблении. Интерфейс связи между ним и периферийными устройствами, такими как энкодеры, панели дисплея и клавиатуры, был разработан с учетом искробезопасности, чтобы гарантировать, что энергия в линии передачи сигнала находится в безопасном диапазоне.

l Электропроводка и взрывозащищенная коробка: Все провода, входящие в опасные зоны, должны проходить через герметичные взрывозащищенные распределительные коробки. После подключения кабеля необходимо затянуть заглушку и зажать кабель, чтобы обеспечить взрывозащищенное исполнение распределительной коробки и исключить попадание взрывоопасных газов в оборудование через зазоры.

3. Паспорт на мировой рынок: система сертификации взрывобезопасности.

Чтобы ТРК можно было продавать и использовать на рынке, он должен пройти проверку и сертификацию назначенного на национальном уровне органа по сертификации взрывобезопасности.

l Китай: Сертификация NEPSI — проверена и выдана китайской станцией контроля и проверки взрывобезопасности приборов национального уровня. Для получения сертификата взрывобезопасности ТРК должны соответствовать требованиям стандартов серии GB3836 (эквивалентных международным стандартам серии IEC60079). Это обязательное требование для допуска к продажам на китайском рынке.

l ЕС: сертификация ATEX. Согласно директиве ЕС ATEX (2014/34/EU), это юридический порог для выхода продукции на европейский рынок.

l Северная Америка: сертификация UL/cUL, выданная Underwriters Laboratories в США, в соответствии со стандартами взрывозащиты Северной Америки (например, UL 916).

Эти сертификаты — не просто пустые слова, они содержат подробные и строгие правила в отношении конструкции продукции, материалов, процессов и проверок. В разных регионах существуют различия в стандартах, что требует от производителей учитывать глобальную перспективу при разработке продукции, а также разрабатывать и сертифицировать ее соответствующим образом для целевого рынка. Это напрямую влияет на выбор компонентов, компоновку печатной платы и общую структуру.

4. За пределами взрывобезопасности: интеллект и соответствие современным ТРК.

Помимо максимальной безопасности, новая ТРК национального стандарта также включает в себя многочисленные технологические инновации, отражающие развитие времени.

(1) Функция самоблокировки и защиты от мошенничества: это основное требование нового национального стандарта (JJG443-2023). Микропроцессор мониторинга на материнской плате управления будет сравнивать данные о количестве масла, отправленные измерительным микроконтроллером и энкодером, в режиме реального времени. При обнаружении отклонения заправочная машина немедленно выключается и выдает сообщение об ошибке. После того, как совокупное отклонение достигнет заданного количества раз, система заблокирует масляный пистолет, эффективно предотвращая обман измерений, вызванный отказом оборудования или вмешательством человека.

(2) Национальная безопасность и архитектура шины: Алгоритм национальной безопасности (SM2/SM3/SM4) используется для привязки уникального серийного номера оборудования, цифровой подписи программного обеспечения и онлайн-проверки ключевых компонентов измерения (плата управления, микропроцессор мониторинга, кодировщик), реализуя подтверждение юридической идентичности программного и аппаратного обеспечения на протяжении всего жизненного цикла ТРК и замкнутого цикла шифрования данных.

(3) Функция защиты окружающей среды - онлайн-мониторинг добычи нефти и газа: ТРК оснащена встроенной панелью управления соотношением газ-жидкость (QK1000), которая контролирует объем извлеченной нефти и газа в режиме реального времени с помощью расходомера газа и рассчитывает соотношение газ-жидкость (A/L) на основе количества добавленного топлива. Система обеспечивает управление с обратной связью путем регулировки клапана регулирования соотношения газ-жидкость (для насосов Dur) или управляющего сигнала (для насосов NP), гарантируя, что соотношение газ-жидкость остается стабильным в пределах национальных требований по охране окружающей среды (обычно 1,0-1,2), эффективно снижая улетучивание нефти и газа и защищая окружающую среду.

(4) Широкие возможности масштабирования и интеллект: модульная конструкция позволяет легко расширять различные функции ТРК, такие как оплата IC-картой, оплата UnionPay/QR-кодом, голосовые подсказки, рекламные экраны, печать квитанций и подключение к сети с системами управления на уровне станции. Через коммуникационные платы (серия APP), коммуникационные платы PCD, платы сетевых карт (серия WK) и т. д. газораздаточные колонки легко интегрируются в экосистему «умных заправочных станций».

5、 Заключение

Когда мы снова стоим перед заправкой, мы видим уже не просто холодное металлическое устройство. Это высокотехнологичная система, объединяющая прецизионное оборудование, встроенную электронику, коммуникационные технологии и взрывозащищенную технологию искробезопасности. Среди них важнейшая безопасность и взрывозащищенная конструкция являются его незаменимой душой. Он бесшумно возводит невидимый барьер безопасности самым фундаментальным и надежным способом, гарантируя, что каждое энергоснабжение осуществляется с полной безопасностью.

От сертификации взрывобезопасности, соответствующей мировым стандартам, до функции самоблокировки измерения, которая защищает права потребителей, и до технологии добычи нефти и газа, отвечающей национальным экологическим требованиям, современные ТРК прекрасно воплощают концепцию промышленного дизайна «безопасность, точность, защита окружающей среды и интеллект». Это не только энергетическая станция для автомобильного общества, но и яркое воплощение технологического прогресса и ответственности за безопасность, движущихся рука об руку.