2013瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)方案

1、安徽神源煤化工有限公司鄒莊礦井瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案中煤科工集團(tuán)重慶研究院二一三年一月1 KJ30瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案1.1 設(shè)計目標(biāo) 1) 對鄒莊礦井瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)實施科學(xué)管理；2) 提高鄒莊礦井瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)安全性、準(zhǔn)確性、可靠性；3) 提高鄒莊礦井瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)自動化程度；4) 確保鄒莊礦井瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性得到最佳組合。1.2 設(shè)計依據(jù)1) 煤礦瓦斯抽放泵站設(shè)計規(guī)范2) 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求（AQ6201-2006）3) 煤礦瓦斯抽放規(guī)范（AQ1027-2007）4) 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求5) 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備本質(zhì)安全型電路和電氣設(shè)

2、備要求6) 煤礦安全規(guī)程新版7) 煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)8) 礦山電力設(shè)計規(guī)范 （GB50070-2009） 9) 爆炸及火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范（GB50058-92）10) 煤礦低濃度瓦斯管道輸送安全保障系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（AQ1027-2009）11) 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范 （GB50052-95）1.3 設(shè)計原則在對瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計過程中，我們充分考慮了用戶實際應(yīng)用的需求，使用目前成熟、穩(wěn)定且先進(jìn)的技術(shù)，來整體規(guī)劃和設(shè)計系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)。1）先進(jìn)性系統(tǒng)既要采用先進(jìn)、成熟的氣體流量和瓦斯?jié)舛葯z測技術(shù)，確保設(shè)備滿足應(yīng)用的需求，又要注意結(jié)構(gòu)、設(shè)備等的相對成熟度。要求采用的設(shè)備、技術(shù)不但能反映業(yè)

3、界的先進(jìn)水平，而且具有一定的前瞻性，在未來若干年內(nèi)能占主導(dǎo)地位。2）實時性由于瓦斯抽放對于煤礦安全生產(chǎn)的重要性。因此，在設(shè)計上應(yīng)保證系統(tǒng)對瓦斯抽放工況監(jiān)測參數(shù)的實時數(shù)據(jù)處理能力。3）高可靠性實時監(jiān)控的不可間斷性決定了在系統(tǒng)設(shè)計中必須考慮提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性；因此，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備性能、系統(tǒng)管理、廠商技術(shù)支持及維修能力等方面著手，確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。4）靈活性整個系統(tǒng)必須滿足便于安裝、便于管理、便于維護(hù)、便于使用的要求。 5) 經(jīng)濟(jì)性在一定的資金資源下，盡量有效地利用，以適當(dāng)?shù)耐度耄⒁粋€盡可能高水平的、完善的瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)。所有設(shè)備的選型配置和采購訂貨，堅持性能價格比最

4、優(yōu)的原則，同時兼顧供貨商的資信度和維修服務(wù)能力。1.4 項目簡介本項目主要對地面抽放泵站工程進(jìn)行監(jiān)控，工程具體情況如下：1）地面泵站共建4臺抽放泵，主進(jìn)氣管為2趟，主管徑分別為DN700和DN600；2）循環(huán)水泵4臺；3）冷卻塔2臺；4）循環(huán)水池2座； 5）電動閥門24臺。1.5 監(jiān)控內(nèi)容1.5.1 系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)對于監(jiān)控系統(tǒng)來說，可靠的監(jiān)測是瓦斯抽放系統(tǒng)安全運(yùn)行的保障。監(jiān)測內(nèi)容其主要包括：管道參數(shù)：管道工況、標(biāo)況混合流量，管道瓦斯?jié)舛?、溫度、壓力、一氧化碳濃度，并根?jù)以上參數(shù)自動計算出管道標(biāo)況純流量及其累計量、管道標(biāo)況混合流量的累計量；泵站環(huán)境參數(shù)：瓦斯泵房環(huán)境瓦斯?jié)舛?、環(huán)境溫度等；工況參數(shù)：

5、抽放泵前后軸溫、電機(jī)前后軸溫、瓦斯泵開停狀態(tài)、水泵開停狀態(tài)、冷卻塔開停狀態(tài)、閥門工作狀態(tài)及防爆安全裝置壓差等；供水參數(shù)：真空泵供水狀態(tài)、熱水池水位及水溫、冷卻水池水位及水溫等。1.5.2 控制內(nèi)容本系統(tǒng)對于瓦斯抽放系統(tǒng)中實施控制的設(shè)備主要包括：抽放泵的啟停、水泵的啟停、冷卻塔、電動閥的工作狀態(tài)控制等。 此方案利用PLC對以上設(shè)備進(jìn)行多種方式控制，確保系統(tǒng)高效、可靠、安全地運(yùn)行，降低工人勞動量，方便管理。1.6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)KJ30瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)具有國家安標(biāo)證，可單獨(dú)成為系統(tǒng)，也可作為子系統(tǒng)接入到KJ90監(jiān)控系統(tǒng)中。本方案充分利用礦現(xiàn)有資源，將井下管道抽放參數(shù)通過分站直接接入礦現(xiàn)有的KJ90NA安

6、全監(jiān)控系統(tǒng)中；地面抽放泵站監(jiān)控部分獨(dú)立成為子系統(tǒng)。 地面泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖，系統(tǒng)監(jiān)測和監(jiān)控功能有機(jī)結(jié)合為一個整體，數(shù)據(jù)共享方便、快捷、有效，各層次之間的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、可靠；監(jiān)測功能由所有傳感器分別實現(xiàn)，然后通過監(jiān)控柜采集整理并上傳數(shù)據(jù)至中心站，最后通過Web站點(diǎn)方式實時發(fā)布監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的全部功能；監(jiān)控功能則依靠監(jiān)測所得各項數(shù)據(jù)，實時判斷是否滿足控制條件，以上位機(jī)運(yùn)算和下發(fā)控制指令、PLC可編程控制柜接收指令并發(fā)出動作指令為核心實現(xiàn)全自動遠(yuǎn)程監(jiān)控的全部功能。在監(jiān)測結(jié)構(gòu)方面，系統(tǒng)采用中心站、顯示控制裝置、檢測傳感器三層結(jié)構(gòu)。中心管理層：中心站負(fù)責(zé)管理整個瓦斯抽采系統(tǒng)中各設(shè)備檢測的數(shù)據(jù)

7、、抽放監(jiān)控柜實時數(shù)據(jù)通訊、統(tǒng)計存儲、屏幕顯示、查詢打印、網(wǎng)絡(luò)通訊等任務(wù)；顯示控制裝置層（分站）：采集現(xiàn)場各傳感器數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)計量及操作控制、故障保護(hù)、面板操作、現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示、聲光報警等；傳感器層：采集瓦斯抽采系統(tǒng)中的各種參數(shù)。在控制結(jié)構(gòu)方面，系統(tǒng)采用上位機(jī)、PLC可編程控制柜、受控設(shè)備三層結(jié)構(gòu)，其中：上位機(jī)負(fù)責(zé)實時監(jiān)控整個抽放系統(tǒng)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷控制條件，下發(fā)控制指令，共享控制權(quán)力（實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制）；PLC可編程控制箱：PLC可編程控制箱集中控制現(xiàn)場所有受控設(shè)備，通過儲存的程序指令以條件式地判斷分別精確地實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；受控設(shè)備：如抽放泵、電動閥等。1.7 系統(tǒng)功能1) 自

8、動監(jiān)測瓦斯抽放系統(tǒng)管道瓦斯?jié)舛?、管道壓力、管道溫度、管道工況流量、管道CO等管道參數(shù)；2) 根據(jù)以上管道參數(shù)自動計算出管道標(biāo)況混合流量和標(biāo)況純流量；3) 自動統(tǒng)計出管道標(biāo)況混合流量和管道標(biāo)況純流量的年、月、日、分累計量；4) 自動監(jiān)測瓦斯抽放系統(tǒng)中抽放泵軸溫、電機(jī)軸溫度、抽放泵開停、閥門工作狀態(tài)、冷卻塔開停、水泵開停、防爆安全裝置壓差等工況參數(shù)；5) 自動監(jiān)測真空泵供水狀態(tài)、熱水池水位、水溫、冷卻水池水位、水溫供水參數(shù)；6) 以上各監(jiān)測參數(shù)和累計量等在監(jiān)控柜和上位機(jī)實時顯示；7) 對系統(tǒng)的控制，提供無源的控制觸點(diǎn)，而且常開/常閉狀態(tài)，觸點(diǎn)之間是否需要互鎖可以自由選擇，完全滿足現(xiàn)場不同設(shè)備的控制

9、接入需要；8) 系統(tǒng)控制方式靈活，根據(jù)不同的需要，可以選擇自動、手動、檢修等控制模式；9) 在自動模式下，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)接收到啟動、停止或者切換等信號時，可以根據(jù)工藝流程按順序自動啟動、自動停止或者切換抽放泵和相應(yīng)設(shè)備（電動閥、冷卻塔、水泵等）；10) 在手動模式下，可以對系統(tǒng)中各設(shè)備實施分步操作，但是各環(huán)節(jié)之間存在先后順序的閉鎖；11) 在檢修模式下，可以對系統(tǒng)中各設(shè)備實施分別操作，各環(huán)節(jié)之間將不存在先后順序的閉鎖；12) 可以在上位操作計算機(jī)組態(tài)畫面上實現(xiàn)對瓦斯抽放系統(tǒng)的集中監(jiān)控；13) 系統(tǒng)具有自診斷和故障保護(hù)控制功能，當(dāng)系統(tǒng)檢測到瓦斯抽放站發(fā)生異常狀態(tài)時，可以根據(jù)故障狀態(tài)的差異，對瓦斯抽放

10、站內(nèi)被控設(shè)備發(fā)出控制指令，同時發(fā)出聲光報警信號，并可以從抽放站和上位機(jī)上查詢故障發(fā)生原因； 14) 當(dāng)泵房環(huán)境泄漏瓦斯?jié)舛瘸迺r，管道瓦斯抽放濃度過低、一氧化碳濃度過高時能發(fā)出聲光報警，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^斷電值時，能發(fā)出聲光報警同時對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行斷電控制；15) 具有抽放泵缺水保護(hù)功能，能發(fā)出聲光報警并實行控制；16) 對其它參數(shù)如泵軸溫、水溫等也可設(shè)置超限報警功能；17) 系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析處理、屏幕查詢顯示,并形成相應(yīng)的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù), 存儲日、旬、月報表，系統(tǒng)可存儲十年以上的歷史數(shù)據(jù)，供有關(guān)人員隨時查閱和打?。?8) 系統(tǒng)表格豐富,格式可由用戶任意編排,或由礦方提供具體報表格式，以

11、滿足各監(jiān)測管理數(shù)據(jù)報表的形成輸出。實時監(jiān)視畫面，可對屏幕任意顯示測點(diǎn)單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單，快速的查詢該點(diǎn)的數(shù)據(jù)、曲線、定義、運(yùn)行狀況等信息。19) 在上位機(jī)所有的操作都具有操作權(quán)限管理和操作記錄功能；20) 上位機(jī)軟件具有WEB發(fā)布功能和數(shù)據(jù)上傳功能，在全礦局域網(wǎng)上任何一臺計算機(jī)上，只要具備相應(yīng)的權(quán)限（密碼保護(hù)），即可以瀏覽瓦斯抽放系統(tǒng)的運(yùn)行情況；21) 系統(tǒng)可通過高速工業(yè)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)實時連接到調(diào)度中心；22) 當(dāng)交流斷電時，系統(tǒng)可連續(xù)供電2小時以上，保證在停電情況下系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)不丟失；23) 系統(tǒng)留有20%的I/O接口點(diǎn)數(shù)備用。1.8 系統(tǒng)優(yōu)勢系統(tǒng)在管道瓦斯?jié)舛取⒘髁窟@兩個關(guān)鍵參數(shù)檢測

12、上，采取與國外先進(jìn)技術(shù)相同的途徑，設(shè)備性能指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，很好地解決了國內(nèi)煤礦生產(chǎn)企業(yè)長期以來瓦斯抽放過程中瓦斯?jié)舛?、流量測量不準(zhǔn)確的難題。一）管道流量監(jiān)測的優(yōu)勢在瓦斯抽放監(jiān)控領(lǐng)域，中煤科工集團(tuán)重慶研究院走在了國內(nèi)的前列。經(jīng)過長時間的努力，在煤炭行業(yè)最先研發(fā)成功的V錐流量計，含管道溫度、壓力監(jiān)測，一個傳感器相當(dāng)于3個傳感器，自主研發(fā)的“V”錐流量傳感器不僅具有精度高、壓損小、直管段要求低（前3D，后1D）、自整流、自清潔等特點(diǎn)，還在抗干擾、防雷擊等方面采取了相應(yīng)措施，與國外同類產(chǎn)品相比，更適合中國煤礦現(xiàn)場使用。具體比較見下表。多種流量計的綜合性能比較二）管道瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測的優(yōu)勢對于管道瓦

13、斯?jié)舛缺O(jiān)測，我院在煤炭行業(yè)最先研發(fā)成功的管道紅外甲烷濃度傳感器，解決了一直困擾瓦斯抽放管道濃度監(jiān)測領(lǐng)域的測量不準(zhǔn)、穩(wěn)定性差等諸多難題，其傳感元件壽命長（5年），測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)性好等特點(diǎn)。其與管道熱導(dǎo)瓦斯?jié)舛葌鞲衅飨啾热缦卤硭荆好Q測量范圍測量精度工作穩(wěn)定性使用壽命抗干擾性備注熱導(dǎo)0-100%低短一般選擇性差，易受背景氣體影響影響測量準(zhǔn)確性的因素較多且不易補(bǔ)償紅外0-100%高長長選擇性好，不受背景氣體影響為保證長期工作穩(wěn)定性，必須有壓力、溫度補(bǔ)償措施和氣體預(yù)處理措施管道紅外瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c管道熱導(dǎo)瓦斯?jié)舛葌鞲衅餍阅鼙容^三）自動控制上的優(yōu)勢系統(tǒng)對瓦斯抽放泵站采用全自動監(jiān)控技術(shù)，

14、為實現(xiàn)泵站無人值守提供了技術(shù)支撐。同時，系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)定值實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)抽放負(fù)壓、抽放濃度、抽放量等，保證抽放系統(tǒng)運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)。系統(tǒng)能通過自動分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)故障預(yù)警、保護(hù)等功能，保障抽放系統(tǒng)安全運(yùn)行。1.9 主要設(shè)備介紹1.9.1 瓦斯抽放監(jiān)控柜工作電壓：127V/220V/380V/660VAC通訊方式：RS485、Ethernet傳感器輸入信號格式：(200-1000)Hz,（420）mA,RS485傳感器輸入容量：2路V錐流量計，16路其它傳感器控制輸出格式：無源觸點(diǎn)觸點(diǎn)容量：220VAC,8A 主要功能：（1）提供瓦斯抽放系統(tǒng)各主要運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測及直觀顯示以及查詢界面；（2）提

15、供對瓦斯抽放系統(tǒng)中各主要設(shè)備的集中操作界面；（3）部分參數(shù)的設(shè)置；（4）聲光報警及故障診斷。瓦斯抽放監(jiān)控顯示柜面板上設(shè)置以下幾部分內(nèi)容：（1）數(shù)碼管顯示窗，實時顯示以下監(jiān)控參數(shù)內(nèi)容：井下瓦斯抽放管道和地面瓦斯抽放管道的管道瓦斯?jié)舛取⒐艿澜^對壓力、管道溫度、管道工況混合流量、管道標(biāo)況混合流量及其年累計量與日累計量、管道標(biāo)況純流量及其年累計量和日累計量；各三防裝置兩端的壓差；每臺抽放泵的軸溫、電流、電壓、有功功率、供水狀態(tài)；循環(huán)水池水位、水溫；環(huán)境瓦斯?jié)舛?、環(huán)境溫度；電動閥工作狀況；（2）液晶屏：可以查詢（1）中的所有實時數(shù)據(jù)；可以按年、月、日查詢標(biāo)況混合流量和標(biāo)況純流量的累計量；可以按照時間段查

16、詢?nèi)我鈨商熘g的標(biāo)況混合流量和標(biāo)況純流量的累計量；可以查詢故障記錄；設(shè)定抽放泵機(jī)組與抽放管道組合狀態(tài)等；（3）蜂鳴器：在故障時刻發(fā)出聲報警信號；（4）指示燈：指示系統(tǒng)工作模式（自動/手動/檢修）；在故障時刻發(fā)出光報警信號；抽放泵運(yùn)行狀態(tài)；水泵運(yùn)行狀態(tài)等；（5）按鈕：電動閥的開、關(guān)、停操作；抽放泵開、停操作；水泵開、停操作等；（6）向監(jiān)控終端傳送監(jiān)控數(shù)據(jù)。1.9.2 可編程控制箱KXJ660礦用隔爆兼本質(zhì)安全型PLC可編程控制箱是一種適用于煤礦有瓦斯及煤塵爆炸危險場所的自動化控制設(shè)備，它采用德國西門子、美國AB等國際知名品牌PLC作為監(jiān)控核心。PLC控制箱采用模塊化設(shè)計，系統(tǒng)架構(gòu)配置靈活，可根據(jù)

17、不同的需要來設(shè)計程序，使現(xiàn)場復(fù)雜的邏輯控制變得簡單易行。2 主要技術(shù)指標(biāo)1) 工作電壓和電流工作電壓：AC220V/380V/660V工作電流：2A2) 系統(tǒng)容量本安開關(guān)量輸入：16點(diǎn)（可擴(kuò)展）；非本安開關(guān)量輸入：8點(diǎn) （可擴(kuò)展）；本安開關(guān)量輸出：16點(diǎn)（可擴(kuò)展）， 觸點(diǎn)容量：DC24V/0.5A；非本安開關(guān)量輸出：16點(diǎn) 常開/常閉觸點(diǎn)輸出（可擴(kuò)展）。3) 信號制式模擬量輸入信號：020 mA 、420mA 、010V；模擬量輸出信號：020 mA 、420mA 、010V；開關(guān)量輸入信號:按鈕、接近開關(guān)、無源觸點(diǎn)；開關(guān)量輸出信號:無源觸點(diǎn)、指示燈；RS485通訊：2路；以太網(wǎng)通訊：1路。1

18、.9.3 V形錐流量計主要特點(diǎn)：1）抗干擾能力強(qiáng)； 2) V形錐流量計可以測量低流速，可達(dá)到0.5m/s；3）設(shè)備具有自整流功能，對直管段沒有要求，可以安裝于管路條件復(fù)雜的場所； 4）測量元件不與被測介質(zhì)直接接觸，調(diào)校方便；5）設(shè)備具有自清潔功能，所以不易堵塞；6）由于配置的壓力傳感器是直接測量管道內(nèi)絕對壓力，可以避免因為當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤兓诹髁繐Q算中引起的系統(tǒng)誤差；7）配置的溫度探頭能夠深入到管道中，受管壁溫度變化影響有限；8）管道標(biāo)況混合流量累計量由流量傳感器自身計算，再輸出，避免了因為信號傳輸帶來的誤差。技術(shù)參數(shù)：1）精密等級：1.5級；2）重復(fù)性：優(yōu)于0.1%；3）工作穩(wěn)定性：節(jié)流面積長

19、期穩(wěn)定，信號穩(wěn)定；4）測量管徑：15mm-3600mm；5）輸出信號：可輸出200-1000HZ、4-20mA、RS485智能信號等；6）量程比：不低于10:1，最低可測0.5m/s；7) 公稱壓力PN：（0-2）MPa；8) 介質(zhì)溫度：（0-100）。1.9.4 紅外管道瓦斯傳感器主要特點(diǎn)：1）采用紅外吸收原理，性能可靠、壽命長，調(diào)校周期半年；2）完備的汽水分離裝置，不會因管道內(nèi)含水含塵而影響檢測精度；3）特殊的氣路設(shè)計，適用于正壓及負(fù)壓管道甲烷濃度檢測；4）采用紅外遙控設(shè)置傳感器參數(shù)及標(biāo)定，使用簡單方便；5）溫度補(bǔ)償精確，精度不會因溫度變化而漂移；6）抗干擾能力強(qiáng)，檢測精度不受水蒸汽、H2

20、S、H2、SO2等等雜質(zhì)氣體影響；7）信號輸出：可輸出4-20mA、RS-485、CAN等數(shù)據(jù)輸出接口，與多種接口兼容；8）測量誤差：真值的3；9）適應(yīng)壓力范圍（絕壓）：30kPa150 kPa； 10）適應(yīng)溫度范圍：2050；11）測量范圍：（0100）VOL。1.10 系統(tǒng)軟件采用工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場CAN總線多主傳輸網(wǎng)作為系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)通信平臺，使這種系統(tǒng)在反應(yīng)速度、可靠性、傳輸距離、系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)容量、集成能力、兼容性及開發(fā)性方面與現(xiàn)有系統(tǒng)相比有質(zhì)的飛躍。1.10.1 功能特點(diǎn)1) 系統(tǒng)傳輸平臺采用采用工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場CAN總線多主傳輸；2) 通訊速率高，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾和雷擊能力強(qiáng)；3) 采用先進(jìn)的多主并發(fā)通訊模式，系統(tǒng)檢測速度快，實時性強(qiáng)；4) 徹底突破了低速總線下的技術(shù)瓶頸，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)容量大大增加；5) 系統(tǒng)支持冗余環(huán)網(wǎng)工