瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)方案

1、陽煤集團景福煤業(yè)有限公司瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)設計方案太原佳泰興科技有限公司1 KJ30瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)設計方案設計目標對景福煤業(yè)瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)實施科學管理；提高景福煤業(yè)瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)安全性、準確性、可靠性；提高景福煤業(yè)瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)自動化程度；確保景福煤業(yè)瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)的先進性和經濟性得到最佳組合。設計依據煤礦瓦斯抽放泵站設計規(guī)范煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術要求(AQ6201-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范(AQ1027-2007爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備本質安全型電路和電氣設備要求煤礦安全規(guī)程新版煤礦安全質量標準化標準礦山電力設計規(guī)范 (GB50070-2009爆炸及

2、火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范(GB50058-92煤礦低濃度瓦斯管道輸送安全保障系統(tǒng)設計規(guī)范(AQ1027-200911)供配電系統(tǒng)設計規(guī)范(GB50052-95設計原則在對瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)的設計過程中，我們充分考慮了用戶實際應用的需求，使用目前成熟、穩(wěn)定且先進的技術，來整體規(guī)劃和設計系統(tǒng)方案結構。1)先進性系統(tǒng)既要采用先進、成熟的氣體流量和瓦斯?jié)舛葯z測技術，確保設備滿足應 用的需求，又要注意結構、設備等的相對成熟度。要求采用的設備、技術不但能 反映業(yè)界的先進水平，而且具有一定的前瞻性，在未來若干年內能占主導地位。2）實時性由于瓦斯抽放對于煤礦安全生產的重要性。因此，在設計上應保證系統(tǒng)對瓦 斯

3、抽放工況監(jiān)測參數的實時數據處理能力。3）高可靠性實時監(jiān)控的不可間斷性決定了在系統(tǒng)設計中必須考慮提高設備運行的可靠 性；因此，在系統(tǒng)結構、技術措施、設備性能、系統(tǒng)管理、廠商技術支持及維修 能力等方面著手，確保系統(tǒng)運行的可靠性和穩(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、便于使用的要求。5）經濟性在一定的資金資源下，盡量有效地利用，以適當的投入，建立一個盡可能高 水平的、完善的瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)。所有設備的選型配置和采購訂貨，堅持性能價格比最優(yōu)的原則，同時兼顧供貨商的資信度和維修服務能力。項目簡介本項目主要對地面抽放泵站工程進行監(jiān)控，工程具體情況如下：1）地面泵站共建4臺抽放泵，

4、主進氣管為2趟，主管彳分別為DN8002）循環(huán)水泵3臺；3）冷卻塔1臺；4）循環(huán)水池1座；監(jiān)控內容系統(tǒng)監(jiān)測參數對于監(jiān)控系統(tǒng)來說，可靠的監(jiān)測是瓦斯抽放系統(tǒng)安全運行的保障。監(jiān)測內容 其主要包括：管道參數：管道工況、標況混合流量，管道瓦斯?jié)舛?、溫度、壓力、一氧化碳濃度，并根據以上參數自動計算出管道標況純流量及其累計量、管道標況混合流量的累計量；泵站環(huán)境參數：瓦斯泵房環(huán)境瓦斯?jié)舛?、環(huán)境溫度等；工況參數：抽放泵前后軸溫、電機前后軸溫、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：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?？刂苾热荼鞠到y(tǒng)對于瓦斯抽

5、放系統(tǒng)中實施控制的設備主要包括：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對以上設備進行多種方式控制，確保系統(tǒng)高效、可靠、安 全地運行，降低工人勞動量，方便管理。系統(tǒng)結構KJ30瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)具有國家安標證，可單獨成為系統(tǒng)。地面泵站系統(tǒng)結構如下圖，系統(tǒng)監(jiān)測和監(jiān)控功能有機結合為一個整體，數據共享方便、快捷、 有效，各層次之間的數據傳輸穩(wěn)定、可靠；監(jiān)測功能由所有傳感器分別實現，然 后通過監(jiān)控柜采集整理并上傳數據至中心站， 最后通過We驚占點方式實時發(fā)布監(jiān) 測數據，實現遠程網絡監(jiān)測的全部功能； 監(jiān)控功能則依靠監(jiān)測所得各項數據， 實 時判斷是否滿足控制條件，以上位機運

6、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全自動遠程監(jiān)控的全部功能。在監(jiān)測結構方面，系統(tǒng)采用中心站、顯示控制裝置、檢測傳感器三層結構。 中心管理層：中心站負責管理整個瓦斯抽采系統(tǒng)中各設備檢測的數據、抽放監(jiān)控柜實時數據通訊、統(tǒng)計存儲、屏幕顯示、查詢打印、網絡通訊等任務；顯示控制 裝置層（分站）：采集現場各傳感器數據、數據計量及操作控制、故障保護、面 板操作、現場數據顯示、聲光報警等；傳感器層：采集瓦斯抽采系統(tǒng)中的各種參 數。在控制結構方面，系統(tǒng)采用上位機、PLC可編程控制柜、受控設備三層結構， 其中：上位機負責實時監(jiān)控整個抽放系統(tǒng)所有設備的運行狀態(tài)，采集監(jiān)測數據，判斷控

7、制條件，下發(fā)控制指令，共享控制權力（實現網絡遠程控制）；PLC可編程控制箱：PLC可編程控制箱集中控制現場所有受控設備，通過儲存的程序指令 以條件式地判斷分別精確地實現遠程控制；受控設備：如抽放泵、電動閥等。1.7 系統(tǒng)功能1）自動監(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C*管道參數；2）根據以上管道參數自動計算出管道標況混合流量和標況純流量；3）自動統(tǒng)計出管道標況混合流量和管道標況純流量的年、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；5）自動監(jiān)測真空泵供水狀

8、態(tài)、熱水池水位、水溫、冷卻水池水位、水溫供 水參數；6）以上各監(jiān)測參數和累計量等在監(jiān)控柜和上位機實時顯示；7）對系統(tǒng)的控制，提供無源的控制觸點，而且常開/常閉狀態(tài)，觸點之間是 否需要互鎖可以自由選擇，完全滿足現場不同設備的控制接入需要；8）系統(tǒng)控制方式靈活，根據不同的需要，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設備（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)中各設備實施分

9、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組態(tài)畫面上實現對瓦斯抽放系統(tǒng)的集中監(jiān)控；13）系統(tǒng)具有自診斷和故障保護控制功能， 當系統(tǒng)檢測到瓦斯抽放站發(fā)生異 常狀態(tài)時，可以根據故障狀態(tài)的差異，對瓦斯抽放站內被控設備發(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上查詢故障 發(fā)生原因；14）當泵房環(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，當瓦斯?jié)舛瘸^斷電值時，能發(fā)出聲光報警 同時對相關設備進行斷電控制；15）具有抽放泵缺水保護功能，能發(fā)出聲光報警并實行控制；16）對其它參數如泵軸溫、水溫等也可設置超限報警功能；17）系統(tǒng)

10、對采集到的數據進行實時分析處理、屏幕查詢顯示，并形成相應的 歷史統(tǒng)計數據，存儲日、旬、月報表，系統(tǒng)可存儲十年以上的歷史數據， 供有關人員隨時查閱和打??；18）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 滿足各監(jiān)測管理數據報表的形成輸出。實時監(jiān)視畫面，可對屏幕任意顯 示測點單擊鼠標右鍵，彈出快捷菜單，快速的查詢該點的數據、曲線、 定義、運行狀況等信息。19）在上位機所有的操作都具有操作權限管理和操作記錄功能；20）上位機軟件具有WE映布功能和數據上傳功能，在全礦局域網上任何一 臺計算機上，只要具備相應的權限（密碼保護），即可以瀏覽瓦斯抽放 系統(tǒng)的運行情況；21）系統(tǒng)可通過高

11、速工業(yè)以太網將數據實時連接到調度中心；22）當交流斷電時，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) 測數據不丟失；23）系統(tǒng)留有20%勺I/O接口點數備用。系統(tǒng)優(yōu)勢系統(tǒng)在管道瓦斯?jié)舛?、流量這兩個關鍵參數檢測上，采取與國外先進技術相 同的途徑，設備性能指標達到了國際先進水平， 很好地解決了國內煤礦生產企業(yè) 長期以來瓦斯抽放過程中瓦斯?jié)舛?、流量測量不準確的難題。一）管道流量監(jiān)測的優(yōu)勢在瓦斯抽放監(jiān)控領域，中煤科工集團重慶研究院走在了國內的前列。經過長時間的努力，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、

12、 壓損小、直管段要求低（前3D,后1D）、自整流、自清潔等特點，還在抗干擾、 防雷擊等方面采取了相應措施，與國外同類產品相比，更適合中國煤礦現場使用。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)測領域的測量不準、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，適應性好等 特點。具與管道熱導瓦斯?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0-100%低短選擇性差，易受背 景氣體影響影響測量準確性的因素較

13、多 且不易補償紅外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、溫度補償措施和氣體 預處理措施管道紅外瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c管道熱導瓦斯?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，為實現泵站無人值守提供了技術支撐。同時，系統(tǒng)能夠根據設定值實現自動調節(jié)抽放負壓、抽放濃度、抽放量等,保證抽放系統(tǒng)運行在最佳工作狀態(tài)。 系統(tǒng)能通過自動分析運行數據，實現故障預 警、保護等功能，保障抽放系統(tǒng)安全運行。主要設備介紹瓦斯抽放監(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-

14、1000）Hz, （4-20） 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：無源觸點觸點容量：220VAC,8A主要功能：(1)提供瓦斯抽放系統(tǒng)各主要運行參數的監(jiān)測及直觀顯示以及查詢界面；(2)提供對瓦斯抽放系統(tǒng)中各主要設備的集中操作界面；(3)部分參數的設置；(4)聲光報警及故障診斷。瓦斯抽放監(jiān)控顯示柜面板上設置以下幾部分內容：(1)數碼管顯示窗，實時顯示以下監(jiān)控參數內容：井下瓦斯抽放管道和地 面瓦斯抽放管道的管道瓦斯?jié)舛?、管道絕對壓力、管道溫度、管道工況混合流量、 管道標況混合流量及其年累計量與日累計量、管道標況純流量及其年累計量和日累計量；各三防裝置兩端

15、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)中的所有實時數據；可以按年、月、日查詢標 況混合流量和標況純流量的累計量；可以按照時間段查詢任意兩天之間的標況混 合流量和標況純流量的累計量；可以查詢故障記錄；設定抽放泵機組與抽放管道 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；抽放泵運行狀態(tài)；水泵運行狀態(tài)等；(5)按鈕：電動閥的開、關、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)控數據

16、。1.9.2可編程控制箱KXJ660礦用隔爆兼本質安全型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計，系統(tǒng)架構配置靈活，可 根據不同的需要來設計程序，使現場復雜的邏輯控制變得簡單易行。2主要技術指標1）工作電壓和電流工作電壓：AC220V/380V/660V工作電流： 2A2）系統(tǒng)容量本安開關量輸入：16點（可擴展）；非本安開關量輸入：8點（可擴展）；本安開關量輸出：16點（可擴展），觸點容量：DC24V/非本安開關量輸出：16點 常開/常閉觸點輸出（可擴展）。3）信號制式

17、模擬量輸入信號：020 mA、420mA、010V;模擬量輸出信號：020 mA、420mA、010V;開關量輸入信號：按鈕、接近開關、無源觸點；開關量輸出信號：無源觸點、指示燈；RS485通訊：2路；以太網通訊：1路。1.9.3 V形錐流量計主要特點：1）抗干擾能力強；2） V形錐流量計可以測量低流速，可達到 0.5m/s；3）設備具有自整流功能，對直管段沒有要求，可以安裝于管路條件復雜的 場所；4）測量元件不與被測介質直接接觸，調校方便；5）設備具有自清潔功能，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絕對壓力，可以避免因為當地 大氣壓變化而在流量換算中引起的系統(tǒng)誤差；7）配置

18、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。技術參數：1）精密等級：級；2）重復性：優(yōu)于%3）工作穩(wěn)定性：節(jié)流面積長期穩(wěn)定，信號穩(wěn)定；4）測量管徑：15mm-3600mm5）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） MPa8）介質溫度：（0-100） C。1.9.4紅外管道瓦斯傳感器主要特點：1）采用紅外吸收原理，性能可靠、壽命長，調校周期半年；2）完備的汽水分離裝置，不會因管道內含水

19、含塵而影響檢測精度；3）特殊的氣路設計，適用于正壓及負壓管道甲烷濃度檢測；4）采用紅外遙控設置傳感器參數及標定，使用簡單方便；5）溫度補償精確，精度不會因溫度變化而漂移；6）抗干擾能力強，檢測精度不受水蒸汽、HS、H、SO等等雜質氣體影響;）信號輸出：可輸出4-20mA RS-48S CAN數據輸出接口，與多種接口 兼容；8）測量誤差：真值的 3%;9）適應壓力范圍（絕壓）：30kPa150 kPa；10）適應溫度范圍：20c50C；11）測量范圍：（0100%） VOL系統(tǒng)軟件采用工業(yè)以太網+現場CAN總線多主傳輸網作為系統(tǒng)的主要數據通信平臺， 使這種系統(tǒng)在反應速度、可靠性、傳輸距離、系統(tǒng)節(jié)點容量、集成能力、兼容性 及開發(fā)性方面與現有系統(tǒng)相比有質的飛躍。1）系統(tǒng)傳輸平臺采用采用工業(yè)以太網+現場CAN總線多主傳輸;2）通訊速率高，傳輸距離遠，抗干擾和雷擊能力強；3）采用先進的多主并發(fā)通訊模式，系統(tǒng)檢測速度快，實時性強；4）徹底突破了低速總線下的技術瓶頸，系統(tǒng)節(jié)點容量大大增加；5）系統(tǒng)支持冗余環(huán)網工作模式，故障自愈時間短，通信可靠