煤礦供用水流量計量在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)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(gòu)架、功能,以及該系統(tǒng)在水資源管理工作中的實際應(yīng)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(yán)重不平衡。正常年份,我國總體缺水量多達(dá)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(yán)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(yán)重缺水。近年來,由于煤炭行業(yè)的快速發(fā)展以及相關(guān)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(jì)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(yán)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(dá)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(zé)任公司王家?guī)X礦應(yīng)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(zé)任公司在鄉(xiāng)寧礦區(qū)建設(shè)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(zhì)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(zhì)瘦煤,是極好的煉焦配煤。王家?guī)X煤礦是由設(shè)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(gòu)成的循環(huán)經(jīng)濟(jì)綜合建設(shè)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(shè)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(jìn)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(hù)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(yán)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(yán)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(yán)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(jìn)礦井實現(xiàn)了排水信息上傳至調(diào)度室及相關(guān)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?dāng)?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(jī)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(yán)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(jìn)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(luò)、計算機(jī)數(shù)據(jù)處理與存儲、數(shù)據(jù)發(fā)布,系統(tǒng)構(gòu)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(biāo)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(shù)的通用信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(luò)
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(zhuǎn)換接口將儀表輸出數(shù)據(jù)引入網(wǎng)絡(luò),也可通過RS485/CAN信號轉(zhuǎn)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(shè)專用線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無線方式利用中國移動GPRS公共網(wǎng)絡(luò)資源,通過GPRS無線傳輸分站將數(shù)據(jù)連入網(wǎng)絡(luò)。
2.3計算機(jī)數(shù)據(jù)處理、存儲
系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機(jī)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(wù)器,滿足多用戶登錄要求。軟件采用.net構(gòu)架設(shè)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(zhǔn)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(luò)發(fā)布部分采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu),用戶通過IE瀏覽器登錄聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器查看、操作數(shù)據(jù),如果將系統(tǒng)連入Internet網(wǎng)絡(luò),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(jī),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(luò)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(zhǔn)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(jié)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(hù)技術(shù)防止對環(huán)網(wǎng)內(nèi)其他設(shè)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(luò),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(dāng)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(jī)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(shè)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(zhǔn)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(zhǔn)確性,利用數(shù)據(jù)隱形技術(shù)將數(shù)據(jù)直接寫入硬盤并采用保護(hù)技術(shù),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(jié)構(gòu),通過ASP技術(shù)發(fā)布數(shù)據(jù),用戶通過IE瀏覽器登錄系統(tǒng)服務(wù)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(shè)計報表,支持報表導(dǎo)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(jìn)行授權(quán),也可按用戶組授權(quán),不同授權(quán)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(yīng)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(zé)任公司王家?guī)X煤礦組建并應(yīng)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(jìn)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?qū)С龅紼xcel表格。在局域網(wǎng)內(nèi)任何一臺計算機(jī)均可通過IE瀏覽器進(jìn)行登錄操作,由機(jī)電科負(fù)責(zé)管理,日常只需一人定期進(jìn)行常規(guī)檢查、維護(hù)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(biāo)實現(xiàn)全礦井上及井下全部主要用水點進(jìn)入系統(tǒng)。
6結(jié)語
供用水流量計量在線監(jiān)測系統(tǒng),是融計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)和傳感器測流技術(shù)、電子技術(shù)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(zhǔn)確地反饋各點供用水情況的詳細(xì)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(chǔ),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。