Escrito por Dane Zielinski-Nicolson.
Señales de destello de la lámpara minera para señalización bidireccional, sistema de advertencia de colisión V2P, alertas y advertencias de áreas peligrosas.
La industria minera está en transición hacia la era digital. Los mineros son los activos más críticos de cualquier mina. Inicialmente, se están integrando en los sistemas digitales de las minas a través de su lámpara minera, ya que es el único dispositivo electrónico que todos los mineros deben llevar en todo momento. Las lámparas mineras de hoy se han transformado de simples dispositivos de iluminación a lámparas IoT (Internet de las cosas) con capacidades de seguimiento y comunicación. Sin embargo, por diseño, una lámpara minera tiene entradas de usuario limitadas. La única forma en que la sala de control se comunica con los mineros es a través de luces intermitentes, a las que llamamos «señales». Estas señales intermitentes pueden representar advertencias, alertas generales o confirmaciones y reconocimientos.
Actualmente, existen dos sistemas de señalización a través de las lámparas mineras. El primero es la señalización bidireccional en una lámpara que se encuentre conectada a la red. La sala de control puede enviar llamadas de evacuación de emergencia a los mineros a través de destellos rápidos en la lámpara y la sala de control también puede llamar a los mineros enviando destellos lentos. Los mineros pueden reconocer que han recibido estas alertas presionando el botón en sus lámparas.
El segundo sistema de señalización corresponde al sistema de prevención de colisiones V2P. Cuando un vehículo ingresa a la zona de alarma de un minero, la lámpara parpadea lentamente y a medida que el vehículo se acerca, los destellos se vuelven más rápidos. Sin embargo, las complicaciones de señalización comienzan a surgir cuando se combinan ambos sistemas, el sistema donde hay comunicación con el minero a través de la sala de control y la prevención de colisiones.
¿Cómo se diferencia entre una llamada de evacuación de emergencia y una señal de prevención de colisiones cercana? Hasta ahora, los fabricantes de las lámparas mineras han tenido problemas para incorporar ambos sistemas de señalización en un sólo dispositivo. Para complicar más las cosas, una sola lámpara puede tener múltiples tecnologías de comunicación integradas. Por ejemplo, algunas de las lámparas mineras IoT de Roobuck tienen wifi y LTE para conectarse en red y enviar alertas y avisos de emergencia. También utiliza DSRC (Comunicaciones dedicadas de corto alcance) o UWB (Ultra banda ancha) como parte de sus sistemas de alerta. Además, puede utilizar Bluetooth, etiquetas RFID (Radio Frequency ID) o wifi para la gestión de áreas de control de acceso e identificación de equipos.
Todas estas funciones podrían estar enviando señales a los mineros al mismo tiempo. Cuando las señales de destello combinadas se vuelven demasiado complicadas, los mineros también podrían estar aprendiendo el código morse. Aquí es cuando la gestión de las señales intermitentes se vuelve crítica.
La gestión eficaz debe considerar las siguientes seis señales:
Destello rápido: Alta frecuencia, flashes rápidos.
Parpadeo en ráfaga: ráfaga de parpadeo rápido de alta frecuencia y bajo ciclo de trabajo seguida de una breve pausa.
Parpadeo lento
Parpadeo: un ciclo de trabajo bajo y una luz de baja frecuencia parpadean.
Brillo oscilante: la intensidad de la luz fluctúa entre brillo bajo y alto en una serie de transiciones suaves.
Frecuencia oscilante: los destellos fluctúan entre baja y alta frecuencia en una serie de transiciones suaves.
Aquí hay una serie de pautas para hacer que los sistemas de señales de destello sean simples, prácticos y efectivos:
Uso en el mundo real: las señales de destello deben ser tan simples e intuitivas como sea posible, basadas en sucesos cotidianos del mundo real.
La frecuencia de destello debe permanecer por debajo de 10 Hz, ya que la mayoría de las convulsiones ocurren entre 10 y 20 Hz. Por encima de 20 Hz, los destellos se vuelven demasiado rápidos para que el ojo humano los detecte y se perciben como un flujo constante de luz.
Las señales deben asignarse de manera que la mala interpretación de las señales no resulte en daño al minero.
Las alertas urgentes que requieren una velocidad de respuesta rápida por parte de los mineros deben asignarse con señales rápidas que puedan reconocerse de inmediato, para que los mineros puedan reaccionar rápidamente.
Debe haber una jerarquía de señales. Las señales más urgentes deben anular las señales menos urgentes.
Los LED de las lámparas no pueden parpadear entre APAGADO y ENCENDIDO para la señalización; deben parpadear entre un nivel de brillo alto y bajo.
Por motivos normativos y de seguridad, los LED nunca se pueden apagar durante el funcionamiento normal. Como tal, los LED de la lámpara minera no pueden parpadear si el dispositivo se encuentra apagado y deben parpadear entre un nivel de brillo alto y bajo.
El bajo contraste entre los destellos de brillo alto y bajo es difícil de ver en áreas bien iluminadas. Por el contrario, los destellos de alto contraste en áreas oscuras pueden cegar a los mineros. Debe lograrse un equilibrio adecuado entre los dos entornos de iluminación polarizada.
Una lámpara minera es una pieza crítica del equipo del EPP para un minero. Las lámparas tradicionales brindan iluminación en minas que carecen de otro tipo de iluminación, sin embargo, las lámparas de hoy en día son más que una simple fuente de luz porque pueden proporcionar funciones adicionales, como conectividad inalámbrica, señalización bidireccional, señales de alerta de colisión y advertencias en áreas peligrosas.
La conectividad inalámbrica incluye entre otras, wifi, bluetooth, LTE, RFID y UWB. Dependiendo del modelo, cualquier combinación de estas tecnologías podría incorporarse a la lámpara.
Funcionalidades modernas de la lámpara minera
En las últimas décadas, las minas han incorporado tecnología como el leaky feeder para la comunicación por radio o para la liberación de gases con olor para indicar una emergencia. Sin embargo, estos tipos de equipos de comunicación son costosos, engorrosos y requieren una comunicación de persona a persona esencial. Puede tomar más de 2 horas para que todos los mineros subterráneos sean contactados individualmente a través de una comunicación de alimentación con fugas en caso de una emergencia. En la actualidad, contamos con lámparas mineras modernas que son livianas, convenientes, de bajo costo y fáciles de implementar a escala. Los mineros tienen que usar lámparas para la iluminación, los fabricantes de EPP pueden aumentar el valor de estos dispositivos agregando funcionalidades de comunicación a la lámpara minera con una adición mínima de peso.
El sistema de alerta de colisión es otra función de las lámparas modernas para evitar los accidentes de vehículos en las minas que desafortunadamente son comunes. De hecho, los vehículos mineros suelen ser muchas veces más grandes incluso que los camiones y esto aumenta el alcance del punto ciego del conductor y hace que sea mucho más difícil ver a los peatones cerca del vehículo. Este sistema minimiza estos riesgos al alertar a los mineros y conductores cuando están cerca de un vehículo entrante.
La capacidad de advertencia de áreas de peligro también es una función clave de las lámparas de casco inalámbricas y las señales de advertencia del área de peligro físico son fundamentales, pero no siempre son efectivas. A veces, los letreros no son claramente visibles o pueden faltar o ser confusos. Los destellos de advertencia de áreas de peligro de las lámparas minera brindan una capa adicional de alerta a los mineros ayudando a evitar accidentes.
Hasta ahora, la industria METS ha tenido problemas para incorporar señalización bidireccional, alerta de colisiones, advertencias de áreas peligrosas y llamada de emergencia en una lámpara minera manteniendo un bajo peso, bajo costo, batería de larga duración y facilidad de despliegue.
La combinación de estas tecnologías en una lámpara minera es una tarea compleja que presenta nuevos desafíos, en particular, para el sistema de señal de destello. Los patrones de señal basados en luz se implementan principalmente con la combinación de las siguientes variables:
Frecuencia del ciclo de destellos
• Ciclo de trabajo de LED
• Brillo LED
• Intervalos entre ciclos de luz.
Usar este conjunto de herramientas limitado para una variedad de mensajes de comunicación puede ser un desafío. Si se hace incorrectamente, el sistema de señales se vuelve confuso y enrevesado; similar a aprender el código morse.
Sin embargo, si se hace correctamente, un sistema de señales de flash bien desarrollado es fácil de aprender y rápido de reconocer, lo que brinda a los mineros tiempo suficiente para responder a las señales.
Nuestro estudio de personalización de las señales de las lámpara mineras
Desarrollamos un sistema de prueba para este estudio que incluye una lámpara minera, una aplicación para teléfonos inteligentes y también la consola Roobuck Internet of Things (RIoTC). Estas aplicaciones se diseñaron especialmente para probar la función de las señales de destello de las lámparas. Todos los parámetros de las señales intermitentes se pueden configurar a través de un teléfono inteligente o una computadora conectándose de forma remota al RIoTC. Esto incluye el ajuste de alto brillo, bajo brillo, frecuencia, ciclo de trabajo, período de pausa, número de pulsos repetidos y parámetros de oscilación, como son la frecuencia y el estilo de oscilación.
Las aplicaciones se pueden utilizar para configurar y controlar las lámparas mineras de prueba a través de un protocolo de comunicación basado en MQTT a través de wifi. Con estas aplicaciones, se pueden probar todo tipo de destellos en cualquier lugar, cómo túneles o workshops. Las pruebas de laboratorio por sí solas son insuficientes.
Este sistema de prueba se suministra a cada cliente como parte de RIoTC. El sistema de señal de destello propuesto por Roobuck es la recomendación predeterminada y creemos que es adecuado para la mayoría de los requisitos.
Sin embargo, cada cliente tiene necesidades diferentes, por lo que hemos configurado todos los parámetros. Los clientes pueden usar ambas aplicaciones de prueba para realizar sus propias pruebas y tomar sus propias decisiones para configurar cada parámetro.
Nuestra solución propuesta
Patrones de señales de destello
Para enviar señales y advertencias al minero, los LED de la lámpara minera destellan de acuerdo con ciertos patrones y hay muchos tipos y subtipos diferentes de señales. A través de nuestra investigación, proponemos seis tipos de señales de destello:
Destello rápido: Son de alta frecuencia con un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, la luz tiene un brillo alto el 50 % del tiempo y un brillo bajo el otro 50 % del tiempo.
• Flash de ráfaga: una serie de destellos rápidos seguidos de una pausa y luego se repite.
• Parpadeo lento: parpadeos de baja frecuencia con un ciclo de trabajo del 50 %.
• Parpadeo: destellos de baja frecuencia con un ciclo de trabajo del 20 %; es decir, la luz tiene un brillo alto el 80% del tiempo y con poco brillo el otro 20% del tiempo.
• Brillo oscilante: las luces fluctúan entre brillo bajo y alto en una serie de transiciones suaves.
• Frecuencia oscilante: los destellos fluctúan entre baja y alta frecuencia en una serie de transiciones suaves.
Directrices generales para la asignación de señales
Aquí hay una serie de pautas propuestas para hacer que los sistemas de señales de destello sean prácticos y efectivos:
• Casos del mundo real: las señales de destello deben ser tan simples e intuitivas como sea posible. Un sistema de señales eficaz debe utilizar los estándares mundiales actuales para definir los significados de las señales, de modo que las señales puedan reconocerse rápidamente.
• La frecuencia de los destellos debe permanecer por debajo de 10 Hz, y por encima de este rango, los destellos se vuelven indetectables a simple vista y se perciben como un flujo constante de luz. Por ejemplo, la velocidad de fotogramas estándar de una película es de 24 fotogramas por segundo.
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