煤矿瓦斯抽采泵站监控系统技术方案.docx
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煤矿瓦斯抽采泵站监控系统技术方案
XX煤业有限责任公司
瓦斯抽采泵站监控系统
技术方案
投标单位：
（盖单位章）
2014年11月19日
前言
矿井瓦斯是指煤矿井下以甲烷为主的各种有害气体的总称。
瓦斯具有燃烧和爆炸性。
当空气中的瓦斯气体达到一定浓度时，遇到火源，就可能燃烧或爆炸。
瓦斯爆炸事故是煤矿安全生产的最大威胁，是煤矿安全生产的“第一杀手”。
建国以来煤矿发生22起一次死亡百人以上事故，其中20起为瓦斯爆炸事故。
因此《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》（2014年版）规定特定条件下的煤矿必须安装瓦斯抽放系统及瓦斯抽放监控系统。
煤矿瓦斯抽放监控系统主要用来监测瓦斯抽放中的抽放管道参数、瓦斯抽放泵参数、供水、供电参数以及储气罐参数，计算出瓦斯的抽放的标况混量和标况纯量，给出日、月以及年度的分析报表，并按工艺或应急处理流程控制各节点设备。
能随时向地面反映井下环境变化，使工作人员能及时了解井下瓦斯抽放系统有关参数的变化情况，对存在的隐患能够迅速作出处理决策，从而有效避免灾害发生。
因此煤矿瓦斯抽放监控系统在保障煤矿安全，提高煤矿生产效率等方面发挥着非常重要的作用。
第一章用户对瓦斯抽放监控系统的需求分析
1.1用户现状概述
地面瓦斯抽放泵站：
地面瓦斯抽放泵站共1条高负压进/出气管路气体需要监测；
管径为DN600mm；
地面瓦斯抽放泵站安设有2台瓦斯抽放泵；
地面瓦斯抽放泵站安设有2台循环水泵；
地面瓦斯抽放泵站安设有高、低位水池各一个；
1.2用户需求目标
系统功能要求
（1）、监测部分实现功能
通过管道安装的抽放管道流量传感器（流量、甲烷、压力、温度）实时运算各管道每分钟的混合流量、纯流量、时日月年累计流量，同时进行温度、压力自动实时修正补偿；通过轴承温度传感器、缺水信号开关和设备开停传感器监测抽放泵的工作状态；通过甲烷传感器实时监测抽放泵站机房的环境泄漏瓦斯浓度，并实现报警和断电保护；通过液位传感器和温度传感器实时监测抽放泵房循环水仓水位、水温状况，并实现报警和供水保护；利用上述监测数据实现整个瓦斯抽放泵站的综合保护和自动化控制功能。
系统实现功能具体如下：
1）、对抽放主管路的各参数进行检测，包括如下：
●抽放管路的管道流量；
●管路的管道负压；
●管道温度；
●管道瓦斯浓度；
●根据传感器检测的参数由检测装置自动计算出瞬时工况混合流量、工况纯瓦斯流量、标况纯瓦斯流量以及累计流量；
●检测装置通过独立显示屏就地显示所有测量参数，每个测量参数独立实时显示；
2）对抽放泵的运行参数实施监测，包括如下：
●抽放泵的开停状态；
●各抽放泵的轴温；
●抽放泵站的供水状态和水温；
●当出现非正常状态时，系统给出告警，并自动切断抽放泵站的电源；
3）对抽放泵环境状况实施监测：
●抽放泵站环境瓦斯浓度；
●抽放泵站环境温度；
●当环境瓦斯超限时自动切断抽放泵电源；
4）在地面的监控主机上实现数据的集中显示和上传矿调度中心。
（2）、自动控制部分主要功能和特点
1）该瓦斯抽放自动控制系统能够实现对瓦斯抽放系统的全自动化控制，可完全替代人工手动操作。
工作人员只需按动一个或几个按钮，并可以方便、快捷、省时、省力、安全地按照一定的顺序启动整个瓦斯抽放系统，实现一键控制。
根据特殊需求，还可以做到现场编程来实现不同顺序、不同设备的开停。
2）该瓦斯抽放自动控制系统能够实现手动／自动／检修三种状态的相互切换。
虽然自动控制能够满足日常绝大部分的需求,但是不可能把所有的可能情况都编程进去,对于一些特殊的需求,可以转换到手动状态下，手动单独开、关瓦斯、水泵、电动阀等功能，不影响其它设备正常运行。
在状态转换时，设备的原有工作状态并不改变，使用户可以更方便、更自由、更快捷地进行操作。
3）系统具有“自动闭锁”的功能，在相应管道蝶阀没有打开瓦斯泵是无法启动的。
在人工手动控制时，如果操作人员的失误，在没有打开循环水泵时就打开瓦斯泵时，会造成瓦斯泵损坏。
由于自动控制系统具有的“自动闭锁”功能，使得这种可能在本自动控制系统中不会出现，进一步提高了系统的安全性。
4）抽放显示控制柜上具有紧急停止控制按钮，相当于系统的电源总开关，抽放系统出现异常时可直接紧急关闭系统，避免重大事故的发生。
当紧急停止控制按钮被按下后，操作控制台上所有设备的自动控制继电器均同时执行断电指令，控制各自设备的电气执行装置强行执行断电保护；紧急停止控制按钮复位后，抽放控制显示柜上所有设备的自动控制继电器均同时执行复电指令，控制各自设备的电气执行装置解除强行断电保护，系统恢复正常工作状态。
5）不管是自动还是手动状态下，系统自动控制柜均接收和优先响应监控分站送来的水位、水温、瓦斯超限等信号，可以实现对抽放泵、水泵在环境瓦斯浓度超限、循环水缺水、水温过高等异常情况时自动开停、自动断电保护功能。
6）控制柜能够对蝶阀的“满开”、“满闭”、“故障”信号进行实时的监测。
当控制板需要开关某一蝶阀时，首先检测对应蝶阀的状态，以决定是否发出命令执行相应的动作，从而能够对蝶阀起到保护作用，以避免对蝶阀不正当的操作而导致其损坏。
7）抽放控制显示柜上设有每台泵的开停指示灯。
操作人员可以很方便地了解各个设备的运行状况，掌握整个系统的运行动态。
第二章概述
为满足XX煤矿瓦斯抽采监控系统工程的实际应用需求并同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，整体方案设计遵循以下设计原则：
2.1先进性
使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。
2.2可靠性
高效稳定的系统，能提供全年365天，一天24小时的不停顿运作。
对于核心设备包括主控机、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，特别考虑要适应煤矿井下高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定。
实时监控的不可间断性决定了在设计中必须考虑提高系统运行的可靠性。
因此，在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都必须高质量。
2.3安全性
煤矿瓦斯抽放监控系统本身的安全性不可忽视，系统的稳定安全运行是煤矿安全生产提供准确无误监测数据的前提，因此系统的软硬件均要达到这一要求。
煤矿井下各种设备种类繁多，电磁环境复杂，系统所有设备必须具备很强的抗干扰能力，同时系统采取单独接地从而最大程度提高系统运行的稳定性。
软件方面，坚持使用正版操作系统，为系统运行提供优良的运行平台。
2.4扩展性
随着矿井生产规模的扩大，井下瓦斯抽放管道的逐步延伸，用户所需的监测点会随之增加，因此系统必须具备良好的扩展性，方便用户随时添加监控分站及传感器。
2.5开放性
系统所有设备符合通用标准，分站、传感器符合200-1000Hz、4-20mA等信号制式，具有良好的开放性。
2.6最新版国家标准（GB）和行业标准
（1）《煤矿安全规程》（最新版）
（2）《煤矿安全监控系统通用技术要求》（AQ6201-2006）
（3）《煤矿安全监控系统及监测仪器使用规范》（AQ1029-2007）
（4）GB3836.1－2010爆炸性气体环境用电气设备第1部分：
通用要求
（5）GB3836.2－2010爆炸性气体环境用电气设备第2部分：
隔爆型“d”
（6）GB3836.4－2010爆炸性气体环境用电气设备第4部分：
本质安全型“i”
（7）《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006）
（8）《煤矿瓦斯抽采（放）监控系统通用技术条件》（MT/T1126-2011）
第三章设计思想
根据上述技术需求和设计原则，本次设计选用我公司生产的KJ692（A）瓦斯抽采监控系统。
KJ692（A）瓦斯抽采监控系统系统采用集散式多级体系结构，配置灵活，可满足煤矿不同情况的需要。
KJ95N矿井监测监控部分采用三级结构：
第一级为地面监控中心；第二级为主干传输链路；第三级为前端数据采集、控制部分，包括监测分站、各类传感器、控制器等设备。
3.1地面监控中心设计
地面监控中心是瓦斯抽放监控系统的大脑，负责监控系统的运行情况及监测数据的管理、定义配置、实时数据采集、分析处理、统计存储、屏幕显示、查询打印、实时控制、远程传输、画面编辑等任务。
3.2系统主干传输方式设计
系统主干传输方式是指系统内第一级地面监控主机与第三级井下各现场监测分站组成的系统总线之间的数据采集通道的通讯方式。
目前国内的煤矿瓦斯抽放监控系统监控中心站与分站的通讯方式根据传输介质、信号制式的不同，大体可以分为以下三种：
3.2.1采用通讯电缆
系统监控主机通过数据接口与监测分站的RS485总线通讯，实现监测数据的采集。
特点：
结构简单，施工方便，成本低，抗干扰能力稍弱。
3.2.2采用光缆
监测分站的RS485总线接入本安数据光端机，光端机将其转换为以太网信号并通过光缆传输，系统监控主机通过地面综合数据光端机或交换机与井下本安数据光端机通讯，实现监测数据的采集。
特点：
抗干扰能力强、数据传输需要光端机、需进行光缆熔接等操作。
3.2.3采用工业以太网
井下分站可通过多条线路单独接入就近的以太网设备，各监测数据由各地点以太网设备进入工业以太网，系统监控主机通过访问贯穿整个矿井的工业以太网平台实现与现场各分站通讯。
特点：
系统设备接入方便灵活，巡检周期短，成本较高。
3.3前端数据采集、控制部分
前端数据采集包括监控分站，热线式管道气体流量传感器，管道红外瓦斯传感器，管道一氧化碳传感器，汽水分离装置，PLC控制箱，本安型显示控制柜，抽放泵轴温传感器，总线式I/O接口，水池水温传感器，缺水传感器，超声波物位传感器，设备开停传感器、环境温度传感器，环境瓦斯传感器、三防装置差压传感器等。
各类传感器将采集到的各种环境及生产信息传送给分站，分站将预处理过的各类传感器信息上传给监控主机实时显示、存储、并实现报警等。
第四章系统解决方案
4.1方案设计
4.1.1地面监控中心设备配置
XX煤矿煤矿地面瓦斯抽采泵站监控中心的监测主机选择2台工控机作为监控中心站，中心站通过矿方工业以太环网与地面瓦斯抽放泵房进行通讯。
中心站可实时显示管道气体参数、抽放泵工况参数、供水参数、环境参数动、静态图形、数据、曲线等，并可根据现场工况情况实现对部分设备的远程紧急启停等。
如上所述，中心机房主要由下列设备组成：
监控中心站；
综合数据接口箱、本安型显示控制柜等；
4.1.2主干传输部分
本系统利用后期建立的工业以太环网作为传输通道;前期独立运行，后期通过光缆将分站接入瓦斯抽放、发电站环网交换机,实现与调度中心站汇接。
4.1.3前端数据采集、控制部分
根据XX煤业有限责任公司技术要求，本次设计主要设备配置如下：
序号
设备名称
型号
数量
备注
1
管道红外甲烷传感器
GJG100H（A）
2
2
管道一氧化碳传感器
GTH1000（A）
2
3
气水分离装置
KPP2
4
4
压力传感器
KGY8-1
1
5
矿用设备开停传感器
KGT15
4
6
管道流量传感器
GLW30
2
7
泵轴温度传感器
GWP120
4
8
压差传感器
GPD5/100-1
2
9
本安型显示控制柜
KJK18
2
10
PLC控制箱
KXJ11-660
1
11
环境温度传感器
KG3007A
2
12
低浓度环境甲烷传感器
KGJ16B
3
13
超声波物位传感器
GUC8
2
14
水温传感器
GWP120
2
15
缺水传感器
GUY0.5
2
16
总线式IO接口
KCC2-5S
5
17
IO接口电源
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