煤礦供用水流量計量在線監(jiān)測系統(tǒng)應用
摘要：闡述了煤礦水資源的利用現(xiàn)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(jiān)測系統(tǒng)的構架、功能,以及該系統(tǒng)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(chǎn)量90%以上的礦區(qū)位于嚴重缺水的地區(qū),而這些地區(qū)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(qū)約有70%屬于缺水狀態(tài),其中40%嚴重缺水。近年來,由于煤炭行業(yè)的快速發(fā)展以及相關工業(yè)的興起,礦區(qū)水資源供需矛盾更為突出,水資源的短缺已經(jīng)成為制約礦區(qū)經(jīng)濟發(fā)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(jù)中科院的調(diào)查,在59個接受調(diào)查的中,我國排名第56位。另據(jù)統(tǒng)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(qū)工業(yè)的萬元產(chǎn)值取水量超過100m3,而發(fā)達僅為20~30m3。因此,礦區(qū)存在很大的節(jié)水潛力。
根據(jù)煤礦生產(chǎn)和生活的迫切需要,開發(fā)了一套煤礦供用水流量計量在線監(jiān)測系統(tǒng),并在華晉焦煤有限責任公司王家?guī)X礦應用,取得良好效果。
1現(xiàn)狀
王家?guī)X煤礦是華晉焦煤有限責任公司在鄉(xiāng)寧礦區(qū)建設的對礦井,位于山西省鄉(xiāng)寧縣和河津市境內(nèi),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(yōu)質瘦煤,是極好的煉焦配煤。王家?guī)X煤礦是由設計生產(chǎn)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(lián)供)和鐵路專用線構成的循環(huán)經(jīng)濟綜合建設項目。
近年來,王家?guī)X礦面對水資源短缺的現(xiàn)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(huán)等系統(tǒng),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(qū)采用傳統(tǒng)方式對供用水量進行管理,即采用現(xiàn)場儀表計量,人工定期抄數(shù),匯總并統(tǒng)計用水量再上報。由于礦區(qū)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(jīng)常存在漏抄、誤抄現(xiàn)象,而且即使數(shù)據(jù)出錯,也不容易被發(fā)現(xiàn)。
(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(xiàn)故障,并不能及時得到處理,造成用水量統(tǒng)計缺失,嚴重的還會影響生產(chǎn),造成不必要的損失。
(3)部分供水管道“跑、冒、滴、漏、長流水”現(xiàn)象嚴重。沒有有效統(tǒng)一地監(jiān)測管理,部分管道存在“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象,由于巡檢周期長,這些問題并不能及時發(fā)現(xiàn),一些偏僻區(qū)域更是無人問津,長流水現(xiàn)象嚴重。
(4)多為部門監(jiān)測,沒有形成全礦統(tǒng)一調(diào)度。隨著礦區(qū)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(tǒng),實現(xiàn)了井下排水的自動化控制,部分先進礦井實現(xiàn)了排水信息上傳至調(diào)度室及相關部門,很多用水部門也針對自身建立了水量監(jiān)測系統(tǒng),但多數(shù)只限部門內(nèi)部,用水數(shù)據(jù)無法共享,不能實現(xiàn)全礦范圍內(nèi)的統(tǒng)一調(diào)度。
(5)缺乏監(jiān)督機制,存在用水過量現(xiàn)象。礦區(qū)用水量是以部門為單位按周或按月上報,而實際生產(chǎn)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(jiān)督,下級單位沒有養(yǎng)成節(jié)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(xiàn)象開發(fā)了一套水流量在線監(jiān)測系統(tǒng),以幫助煤礦企業(yè)解決上述難題。
2系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由四大部分組成,分別為現(xiàn)場流量測量、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、計算機數(shù)據(jù)處理與存儲、數(shù)據(jù)發(fā)布,系統(tǒng)構架如圖1所示。2.1現(xiàn)場流量測量
系統(tǒng)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(jīng)取得礦用產(chǎn)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(shù)字通信接口,方便與系統(tǒng)連接。鑒于煤礦已經(jīng)安裝了其他類型的流量儀表,在此,專門研發(fā)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(tǒng)可用的信號,與系統(tǒng)對接。
2.2數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡
數(shù)據(jù)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(yè)環(huán)網(wǎng)/局域網(wǎng)、電話線、光纖、專線等方式,可利用煤礦現(xiàn)有局域網(wǎng)或工業(yè)環(huán)網(wǎng)環(huán)境,通過RS485/RJ45信號轉換接口將儀表輸出數(shù)據(jù)引入網(wǎng)絡,也可通過RS485/CAN信號轉換接口將儀表數(shù)據(jù)通過電話線傳輸(適合煤礦井下沒有工業(yè)環(huán)網(wǎng)的區(qū)域),可單獨鋪設專用線路進行數(shù)據(jù)傳輸。無線方式利用中國移動GPRS公共網(wǎng)絡資源,通過GPRS無線傳輸分站將數(shù)據(jù)連入網(wǎng)絡。
2.3計算機數(shù)據(jù)處理、存儲
系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機作為硬件平臺,針對大型企業(yè)多用戶可采用專用數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸、處理。數(shù)據(jù)處理采用SQL server大型數(shù)據(jù)庫,保證數(shù)據(jù)存儲的準確性及安全性。
2.4數(shù)據(jù)發(fā)布
該系統(tǒng)軟件的網(wǎng)絡發(fā)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(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務器查看、操作數(shù)據(jù),如果將系統(tǒng)連入Internet網(wǎng)絡,可實現(xiàn)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)信息還可實現(xiàn)以GSM短信息的形式定時發(fā)送至手機,方便管理人員及時了解用水信息。
3系統(tǒng)特點
(1)***大程度利用煤礦的現(xiàn)有資源環(huán)境,包括智能流量儀表、煤礦的網(wǎng)絡環(huán)境等,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳、共享,可以極大地減少組建水流量監(jiān)測系統(tǒng)的成本。
(2)井下數(shù)據(jù)上傳采用電話線方式傳輸,專線專用,數(shù)據(jù)傳輸及時、準確、可靠;利用工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)采用TCP/IP協(xié)議,通信結束立即解除對環(huán)網(wǎng)公共資源的占用,采用數(shù)據(jù)傳輸保護技術防止對環(huán)網(wǎng)內(nèi)其他設備的干擾。
(3)無線數(shù)據(jù)傳輸利用中國移動GPRS公共網(wǎng)絡,傳輸不受距離限制,只要GPRS信號覆蓋區(qū)域均可實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(fā)出報警信號。
(5)GSM數(shù)據(jù)發(fā)布。通過短信息的方式將每日用水量或報警信息發(fā)至指定號碼的手機上,用戶可以在不用登陸系統(tǒng)的情況下及時了解用水信息。
(6)系統(tǒng)采用模塊化設計,可方便地增加、編輯、刪除測量點,系統(tǒng)平臺一次組建,后期開發(fā)成本低。
4系統(tǒng)功能
(1)數(shù)據(jù)采集存儲。
采取數(shù)據(jù)校驗措施,保證上傳數(shù)據(jù)準確性;系統(tǒng)采用SQL server大型數(shù)據(jù)庫,保證存儲數(shù)據(jù)的準確性,利用數(shù)據(jù)隱形技術將數(shù)據(jù)直接寫入硬盤并采用保護技術,防止數(shù)據(jù)被破壞。
(2)數(shù)據(jù)發(fā)布。
系統(tǒng)采用B/S結構,通過ASP技術發(fā)布數(shù)據(jù),用戶通過IE瀏覽器登錄系統(tǒng)服務器,瀏覽、操作數(shù)據(jù)。
(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(tǒng)管理。
采用用戶名、密碼的方式登錄系統(tǒng),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(shù)據(jù)不同。系統(tǒng)可記錄用戶登錄時間、操作信息等,方便日后查找。
5系統(tǒng)應用情況及效果
系統(tǒng)運行部分界面如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)運行部分界面圖
系統(tǒng)在華晉焦煤有限責任公司王家?guī)X煤礦組建并應用,初期測量點18個,實現(xiàn)了全礦各主要用水點的計量工作。系統(tǒng)自動運行,進行數(shù)據(jù)采集和處理,實時監(jiān)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(shù),可以直觀顯示在電子地圖中,并可查詢?nèi)我鈪^(qū)間的歷史數(shù)據(jù),也可以生成曲線或導出到Excel表格。在局域網(wǎng)內(nèi)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(guī)檢查、維護工作,大大節(jié)省人力資源。目前,系統(tǒng)測量點增至34個,***終目標實現(xiàn)全礦井上及井下全部主要用水點進入系統(tǒng)。
6結語
供用水流量計量在線監(jiān)測系統(tǒng),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(tǒng)的建立,實現(xiàn)了王家?guī)X礦供用水流量的全礦實時監(jiān)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(qū)用水總量、分區(qū)計量的匯總統(tǒng)計、實時查詢、及時上報,為礦區(qū)合理用水、節(jié)約水資源打下堅實基礎,為礦區(qū)的節(jié)能減排提供重要管理平臺,確保礦區(qū)節(jié)能減排工作的開展。