煤矿供用水流量计量在线监测系统应用
摘要：阐述了煤矿水资源的利用现状,指出了煤矿水资源管理工作中存在的问题。介绍了水量计量在线监测系统的构架、功能,以及该系统在水资源管理工作中的实际应用情况,为煤矿的水源管理工作提供一种可行方法。
我国淡水资源十分短缺,人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4,并且分布严重不平衡。正常年份,我国总体缺水量多达500亿m3,有近2/3的城市不同程度缺水,地下水超采面积约30万km2。全国煤炭总储量80%与原煤生产量90%以上的矿区位于严重缺水的地区,而这些地区的水资源拥有量仅占全国总量的20%。我国八十多个重点矿区约有70%属于缺水状态,其中40%严重缺水。近年来,由于煤炭行业的快速发展以及相关工业的兴起,矿区水资源供需矛盾更为突出,水资源的短缺已经成为制约矿区经济发展的重要因素[1] 。
同时,我国还是全世界浪费自然资源***严重的之一,根据中科院的调查,在59个接受调查的中,我国排名第56位。另据统计显示,我国的能源利用率仅为美国的26.9%、日本的11.5%[2] 。矿区工业的万元产值取水量超过100m3,而发达仅为20~30m3。因此,矿区存在很大的节水潜力。
根据煤矿生产和生活的迫切需要,开发了一套煤矿供用水流量计量在线监测系统,并在华晋焦煤有限责任公司王家岭矿应用,取得良好效果。
1现状
王家岭煤矿是华晋焦煤有限责任公司在乡宁矿区建设的对矿井,位于山西省乡宁县和河津市境内,井田面积约180 km2,地质储量23.42亿t,可采储量10.36亿t,主要开采2#、10#煤,其中2#煤平均厚度6.5m,煤种为中灰、低硫、特低磷的优质瘦煤,是极好的炼焦配煤。王家岭煤矿是由设计生产能力600万t/a矿井、入洗原煤600万t/a选煤厂、2×5万k W的综合利用电厂(热电联供)和铁路专用线构成的循环经济综合建设项目。
近年来,王家岭矿面对水资源短缺的现状,修建了污水处理设施,建立了污水回收、中水回用、矿井水再循环等系统,虽在一定程度上缓解了用水压力,但在用水管理中仍存在一些问题。
(1)管理效率低。以前矿区采用传统方式对供用水量进行管理,即采用现场仪表计量,人工定期抄数,汇总并统计用水量再上报。由于矿区仪表繁多且比较分散,需要大量专职人员,致使效率低、工作量大,经常存在漏抄、误抄现象,而且即使数据出错,也不容易被发现。
(2)仪表巡检、维护周期长。由于煤矿仪表多,巡检周期长,工作量大,一旦仪表出现故障,并不能及时得到处理,造成用水量统计缺失,严重的还会影响生产,造成不必要的损失。
(3)部分供水管道“跑、冒、滴、漏、长流水”现象严重。没有有效统一地监测管理,部分管道存在“跑、冒、滴、漏”现象,由于巡检周期长,这些问题并不能及时发现,一些偏僻区域更是无人问津,长流水现象严重。
(4)多为部门监测,没有形成全矿统一调度。随着矿区自动化程度的提高,煤矿井下中央泵房建立了排水自动化管理系统,实现了井下排水的自动化控制,部分先进矿井实现了排水信息上传至调度室及相关部门,很多用水部门也针对自身建立了水量监测系统,但多数只限部门内部,用水数据无法共享,不能实现全矿范围内的统一调度。
(5)缺乏监督机制,存在用水过量现象。矿区用水量是以部门为单位按周或按月上报,而实际生产中有没有严格按照工艺要求,是否存在过量用水,上级单位并不知晓。正因为缺少上级单位监督,下级单位没有养成节水意识,进一步加剧用水浪费。
其它煤矿用水管理上也存在以上类似问题,因此,针对此现象开发了一套水流量在线监测系统,以帮助煤矿企业解决上述难题。
2系统组成
系统由四大部分组成,分别为现场流量测量、数据传输网络、计算机数据处理与存储、数据发布,系统构架如图1所示。2.1现场流量测量
系统以LZD系列电磁流量计作为测量源,该仪表为矿用防爆型,已经取得矿用产品安全标志,可安装用于有爆炸性危险的煤矿井下场所。仪表均具有RS485数字通信接口,方便与系统连接。鉴于煤矿已经安装了其他类型的流量仪表,在此,专门研发了带有专利技术的通用信号转换器[4] ,可将这些仪表的输出信号(如4~20 m A电流、频率、RS485等)转换为本系统可用的信号,与系统对接。
2.2数据传输网络
数据传输可选择有线传输方式和无线传输方式(适用于煤矿井上)。有线传输可选择工业环网/局域网、电话线、光纤、专线等方式,可利用煤矿现有局域网或工业环网环境,通过RS485/RJ45信号转换接口将仪表输出数据引入网络,也可通过RS485/CAN信号转换接口将仪表数据通过电话线传输(适合煤矿井下没有工业环网的区域),可单独铺设专用线路进行数据传输。无线方式利用中国移动GPRS公共网络资源,通过GPRS无线传输分站将数据连入网络。
2.3计算机数据处理、存储
系统以工业控制计算机作为硬件平台,针对大型企业多用户可采用专用数据存储服务器,满足多用户登录要求。软件采用.net构架设计,模块化制作,方便数据传输、处理。数据处理采用SQL server大型数据库,保证数据存储的准确性及安全性。
2.4数据发布
该系统软件的网络发布部分采用B/S(浏览器/服务器)结构,用户通过IE浏览器登录联网的数据服务器查看、操作数据,如果将系统连入Internet网络,可实现全网的数据共享。数据信息还可实现以GSM短信息的形式定时发送至手机,方便管理人员及时了解用水信息。
3系统特点
(1)***大程度利用煤矿的现有资源环境,包括智能流量仪表、煤矿的网络环境等,实现数据的上传、共享,可以极大地减少组建水流量监测系统的成本。
(2)井下数据上传采用电话线方式传输,专线专用,数据传输及时、准确、可靠;利用工业环网传输数据采用TCP/IP协议,通信结束立即解除对环网公共资源的占用,采用数据传输保护技术防止对环网内其他设备的干扰。
(3)无线数据传输利用中国移动GPRS公共网络,传输不受距离限制,只要GPRS信号覆盖区域均可实现数据传输。
(4)异常事件记录。当水量异常时,及时记录事件的起止时间及用水信息,必要时发出报警信号。
(5)GSM数据发布。通过短信息的方式将每日用水量或报警信息发至指定号码的手机上,用户可以在不用登陆系统的情况下及时了解用水信息。
(6)系统采用模块化设计,可方便地增加、编辑、删除测量点,系统平台一次组建,后期开发成本低。
4系统功能
(1)数据采集存储。
采取数据校验措施,保证上传数据准确性;系统采用SQL server大型数据库,保证存储数据的准确性,利用数据隐形技术将数据直接写入硬盘并采用保护技术,防止数据被破坏。
(2)数据发布。
系统采用B/S结构,通过ASP技术发布数据,用户通过IE浏览器登录系统服务器,浏览、操作数据。
(3)报表生成及输出。
用户可按自己需求设计报表,支持报表导出到Excel文件,支持报表打印等。
(4)系统管理。
采用用户名、密码的方式登录系统,可以按用户名对用户进行授权,也可按用户组授权,不同授权可浏览、操作的数据不同。系统可记录用户登录时间、操作信息等,方便日后查找。
5系统应用情况及效果
系统运行部分界面如图2所示。
图2 系统运行部分界面图
系统在华晋焦煤有限责任公司王家岭煤矿组建并应用,初期测量点18个,实现了全矿各主要用水点的计量工作。系统自动运行,进行数据采集和处理,实时监测各用水点的瞬时流量、瞬时流速、累计流量、运行时间等参数,可以直观显示在电子地图中,并可查询任意区间的历史数据,也可以生成曲线或导出到Excel表格。在局域网内任何一台计算机均可通过IE浏览器进行登录操作,由机电科负责管理,日常只需一人定期进行常规检查、维护工作,大大节省人力资源。目前,系统测量点增至34个,***终目标实现全矿井上及井下全部主要用水点进入系统。
6结语
供用水流量计量在线监测系统,是融计算机技术、通讯技术、控制技术和传感器测流技术、电子技术为一体的综合自动化平台。该系统的建立,实现了王家岭矿供用水流量的全矿实时监测,全面、及时、准确地反馈各点供用水情况的详细信息,完成了矿区用水总量、分区计量的汇总统计、实时查询、及时上报,为矿区合理用水、节约水资源打下坚实基础,为矿区的节能减排提供重要管理平台,确保矿区节能减排工作的开展。