煤礦供用水流量計量在線監測系統應用
摘要：闡述了煤礦水資源的利用現狀,指出了煤礦水資源管理工作中存在的問題。介紹了水量計量在線監測系統的構架、功能,以及該系統在水資源管理工作中的實際應用情況,為煤礦的水源管理工作提供一種可行方法。
我國淡水資源十分短缺,人均水資源占有量僅為世界平均水平的1/4,并且分布嚴重不平衡。正常年份,我國總體缺水量多達500億m3,有近2/3的城市不同程度缺水,地下水超采面積約30萬km2。全國煤炭總儲量80%與原煤生產量90%以上的礦區位于嚴重缺水的地區,而這些地區的水資源擁有量僅占全國總量的20%。我國八十多個重點礦區約有70%屬于缺水狀態,其中40%嚴重缺水。近年來,由于煤炭行業的快速發展以及相關工業的興起,礦區水資源供需矛盾更為突出,水資源的短缺已經成為制約礦區經濟發展的重要因素[1] 。
同時,我國還是全世界浪費自然資源***嚴重的之一,根據中科院的調查,在59個接受調查的中,我國排名第56位。另據統計顯示,我國的能源利用率僅為美國的26.9%、日本的11.5%[2] 。礦區工業的萬元產值取水量超過100m3,而發達僅為20~30m3。因此,礦區存在很大的節水潛力。
根據煤礦生產和生活的迫切需要,開發了一套煤礦供用水流量計量在線監測系統,并在華晉焦煤有限責任公司王家嶺礦應用,取得良好效果。
1現狀
王家嶺煤礦是華晉焦煤有限責任公司在鄉寧礦區建設的對礦井,位于山西省鄉寧縣和河津市境內,井田面積約180 km2,地質儲量23.42億t,可采儲量10.36億t,主要開采2#、10#煤,其中2#煤平均厚度6.5m,煤種為中灰、低硫、特低磷的優質瘦煤,是極好的煉焦配煤。王家嶺煤礦是由設計生產能力600萬t/a礦井、入洗原煤600萬t/a選煤廠、2×5萬k W的綜合利用電廠(熱電聯供)和鐵路專用線構成的循環經濟綜合建設項目。
近年來,王家嶺礦面對水資源短缺的現狀,修建了污水處理設施,建立了污水回收、中水回用、礦井水再循環等系統,雖在一定程度上緩解了用水壓力,但在用水管理中仍存在一些問題。
(1)管理效率低。以前礦區采用傳統方式對供用水量進行管理,即采用現場儀表計量,人工定期抄數,匯總并統計用水量再上報。由于礦區儀表繁多且比較分散,需要大量專職人員,致使效率低、工作量大,經常存在漏抄、誤抄現象,而且即使數據出錯,也不容易被發現。
(2)儀表巡檢、維護周期長。由于煤礦儀表多,巡檢周期長,工作量大,一旦儀表出現故障,并不能及時得到處理,造成用水量統計缺失,嚴重的還會影響生產,造成不必要的損失。
(3)部分供水管道“跑、冒、滴、漏、長流水”現象嚴重。沒有有效統一地監測管理,部分管道存在“跑、冒、滴、漏”現象,由于巡檢周期長,這些問題并不能及時發現,一些偏僻區域更是無人問津,長流水現象嚴重。
(4)多為部門監測,沒有形成全礦統一調度。隨著礦區自動化程度的提高,煤礦井下中央泵房建立了排水自動化管理系統,實現了井下排水的自動化控制,部分先進礦井實現了排水信息上傳至調度室及相關部門,很多用水部門也針對自身建立了水量監測系統,但多數只限部門內部,用水數據無法共享,不能實現全礦范圍內的統一調度。
(5)缺乏監督機制,存在用水過量現象。礦區用水量是以部門為單位按周或按月上報,而實際生產中有沒有嚴格按照工藝要求,是否存在過量用水,上級單位并不知曉。正因為缺少上級單位監督,下級單位沒有養成節水意識,進一步加劇用水浪費。
其它煤礦用水管理上也存在以上類似問題,因此,針對此現象開發了一套水流量在線監測系統,以幫助煤礦企業解決上述難題。
2系統組成
系統由四大部分組成,分別為現場流量測量、數據傳輸網絡、計算機數據處理與存儲、數據發布,系統構架如圖1所示。2.1現場流量測量
系統以LZD系列電磁流量計作為測量源,該儀表為礦用防爆型,已經取得礦用產品安全標志,可安裝用于有爆炸性危險的煤礦井下場所。儀表均具有RS485數字通信接口,方便與系統連接。鑒于煤礦已經安裝了其他類型的流量儀表,在此,專門研發了帶有專利技術的通用信號轉換器[4] ,可將這些儀表的輸出信號(如4~20 m A電流、頻率、RS485等)轉換為本系統可用的信號,與系統對接。
2.2數據傳輸網絡
數據傳輸可選擇有線傳輸方式和無線傳輸方式(適用于煤礦井上)。有線傳輸可選擇工業環網/局域網、電話線、光纖、專線等方式,可利用煤礦現有局域網或工業環網環境,通過RS485/RJ45信號轉換接口將儀表輸出數據引入網絡,也可通過RS485/CAN信號轉換接口將儀表數據通過電話線傳輸(適合煤礦井下沒有工業環網的區域),可單獨鋪設專用線路進行數據傳輸。無線方式利用中國移動GPRS公共網絡資源,通過GPRS無線傳輸分站將數據連入網絡。
2.3計算機數據處理、存儲
系統以工業控制計算機作為硬件平臺,針對大型企業多用戶可采用專用數據存儲服務器,滿足多用戶登錄要求。軟件采用.net構架設計,模塊化制作,方便數據傳輸、處理。數據處理采用SQL server大型數據庫,保證數據存儲的準確性及安全性。
2.4數據發布
該系統軟件的網絡發布部分采用B/S(瀏覽器/服務器)結構,用戶通過IE瀏覽器登錄聯網的數據服務器查看、操作數據,如果將系統連入Internet網絡,可實現全網的數據共享。數據信息還可實現以GSM短信息的形式定時發送至手機,方便管理人員及時了解用水信息。
3系統特點
(1)***大程度利用煤礦的現有資源環境,包括智能流量儀表、煤礦的網絡環境等,實現數據的上傳、共享,可以極大地減少組建水流量監測系統的成本。
(2)井下數據上傳采用電話線方式傳輸,專線專用,數據傳輸及時、準確、可靠;利用工業環網傳輸數據采用TCP/IP協議,通信結束立即解除對環網公共資源的占用,采用數據傳輸保護技術防止對環網內其他設備的干擾。
(3)無線數據傳輸利用中國移動GPRS公共網絡,傳輸不受距離限制,只要GPRS信號覆蓋區域均可實現數據傳輸。
(4)異常事件記錄。當水量異常時,及時記錄事件的起止時間及用水信息,必要時發出報警信號。
(5)GSM數據發布。通過短信息的方式將每日用水量或報警信息發至指定號碼的手機上,用戶可以在不用登陸系統的情況下及時了解用水信息。
(6)系統采用模塊化設計,可方便地增加、編輯、刪除測量點,系統平臺一次組建,后期開發成本低。
4系統功能
(1)數據采集存儲。
采取數據校驗措施,保證上傳數據準確性;系統采用SQL server大型數據庫,保證存儲數據的準確性,利用數據隱形技術將數據直接寫入硬盤并采用保護技術,防止數據被破壞。
(2)數據發布。
系統采用B/S結構,通過ASP技術發布數據,用戶通過IE瀏覽器登錄系統服務器,瀏覽、操作數據。
(3)報表生成及輸出。
用戶可按自己需求設計報表,支持報表導出到Excel文件,支持報表打印等。
(4)系統管理。
采用用戶名、密碼的方式登錄系統,可以按用戶名對用戶進行授權,也可按用戶組授權,不同授權可瀏覽、操作的數據不同。系統可記錄用戶登錄時間、操作信息等,方便日后查找。
5系統應用情況及效果
系統運行部分界面如圖2所示。
圖2 系統運行部分界面圖
系統在華晉焦煤有限責任公司王家嶺煤礦組建并應用,初期測量點18個,實現了全礦各主要用水點的計量工作。系統自動運行,進行數據采集和處理,實時監測各用水點的瞬時流量、瞬時流速、累計流量、運行時間等參數,可以直觀顯示在電子地圖中,并可查詢任意區間的歷史數據,也可以生成曲線或導出到Excel表格。在局域網內任何一臺計算機均可通過IE瀏覽器進行登錄操作,由機電科負責管理,日常只需一人定期進行常規檢查、維護工作,大大節省人力資源。目前,系統測量點增至34個,***終目標實現全礦井上及井下全部主要用水點進入系統。
6結語
供用水流量計量在線監測系統,是融計算機技術、通訊技術、控制技術和傳感器測流技術、電子技術為一體的綜合自動化平臺。該系統的建立,實現了王家嶺礦供用水流量的全礦實時監測,全面、及時、準確地反饋各點供用水情況的詳細信息,完成了礦區用水總量、分區計量的匯總統計、實時查詢、及時上報,為礦區合理用水、節約水資源打下堅實基礎,為礦區的節能減排提供重要管理平臺,確保礦區節能減排工作的開展。