煤礦供用水流量計(jì)量在線監(jiān)測(cè)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(wèn)題。介紹了水量計(jì)量在線監(jiān)測(cè)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(shí)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(guó)淡水資源十分短缺,人均水資源占有量?jī)H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(guó)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(wàn)km2。全國(guó)煤炭總儲(chǔ)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?jī)H占全國(guó)總量的20%。我國(guó)八十多個(gè)重點(diǎn)礦區(qū)約有70%屬于缺水狀態(tài),其中40%嚴(yán)重缺水。近年來(lái),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(shí),我國(guó)還是全世界浪費(fèi)自然資源***嚴(yán)重的之一,根據(jù)中科院的調(diào)查,在59個(gè)接受調(diào)查的中,我國(guó)排名第56位。另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)顯示,我國(guó)的能源利用率僅為美國(guó)的26.9%、日本的11.5%[2] 。礦區(qū)工業(yè)的萬(wàn)元產(chǎn)值取水量超過(guò)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(jì)量在線監(jiān)測(cè)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(duì)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(chǔ)量23.42億t,可采儲(chǔ)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(jì)生產(chǎn)能力600萬(wàn)t/a礦井、入洗原煤600萬(wàn)t/a選煤廠、2×5萬(wàn)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(xiàng)目。
近年來(lái),王家?guī)X礦面對(duì)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(wèn)題。
(1)管理效率低。以前礦區(qū)采用傳統(tǒng)方式對(duì)供用水量進(jìn)行管理,即采用現(xiàn)場(chǎng)儀表計(jì)量,人工定期抄數(shù),匯總并統(tǒng)計(jì)用水量再上報(bào)。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(cuò),也不容易被發(fā)現(xiàn)。
(2)儀表巡檢、維護(hù)周期長(zhǎng)。由于煤礦儀表多,巡檢周期長(zhǎng),工作量大,一旦儀表出現(xiàn)故障,并不能及時(shí)得到處理,造成用水量統(tǒng)計(jì)缺失,嚴(yán)重的還會(huì)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(zhǎng)流水”現(xiàn)象嚴(yán)重。沒(méi)有有效統(tǒng)一地監(jiān)測(cè)管理,部分管道存在“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象,由于巡檢周期長(zhǎng),這些問(wèn)題并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),一些偏僻區(qū)域更是無(wú)人問(wèn)津,長(zhǎng)流水現(xiàn)象嚴(yán)重。
(4)多為部門監(jiān)測(cè),沒(méi)有形成全礦統(tǒng)一調(diào)度。隨著礦區(qū)自動(dòng)化程度的提高,煤礦井下中央泵房建立了排水自動(dòng)化管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了井下排水的自動(dòng)化控制,部分先進(jìn)礦井實(shí)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(duì)自身建立了水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),但多數(shù)只限部門內(nèi)部,用水?dāng)?shù)據(jù)無(wú)法共享,不能實(shí)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(guò)量現(xiàn)象。礦區(qū)用水量是以部門為單位按周或按月上報(bào),而實(shí)際生產(chǎn)中有沒(méi)有嚴(yán)格按照工藝要求,是否存在過(guò)量用水,上級(jí)單位并不知曉。正因?yàn)槿鄙偕霞?jí)單位監(jiān)督,下級(jí)單位沒(méi)有養(yǎng)成節(jié)水意識(shí),進(jìn)一步加劇用水浪費(fèi)。
其它煤礦用水管理上也存在以上類似問(wèn)題,因此,針對(duì)此現(xiàn)象開發(fā)了一套水流量在線監(jiān)測(cè)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(chǎng)流量測(cè)量、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)發(fā)布,系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。2.1現(xiàn)場(chǎng)流量測(cè)量
系統(tǒng)以LZD系列電磁流量計(jì)作為測(cè)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(xiǎn)的煤礦井下場(chǎng)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?jī)x表,在此,專門研發(fā)了帶有專利技術(shù)的通用信號(hào)轉(zhuǎn)換器[4] ,可將這些儀表的輸出信號(hào)(如4~20 m A電流、頻率、RS485等)轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)可用的信號(hào),與系統(tǒng)對(duì)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(wú)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(guò)RS485/RJ45信號(hào)轉(zhuǎn)換接口將儀表輸出數(shù)據(jù)引入網(wǎng)絡(luò),也可通過(guò)RS485/CAN信號(hào)轉(zhuǎn)換接口將儀表數(shù)據(jù)通過(guò)電話線傳輸(適合煤礦井下沒(méi)有工業(yè)環(huán)網(wǎng)的區(qū)域),可單獨(dú)鋪設(shè)專用線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線方式利用中國(guó)移動(dòng)GPRS公共網(wǎng)絡(luò)資源,通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸分站將數(shù)據(jù)連入網(wǎng)絡(luò)。
2.3計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)
系統(tǒng)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為硬件平臺(tái),針對(duì)大型企業(yè)多用戶可采用專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器,滿足多用戶登錄要求。軟件采用.net構(gòu)架設(shè)計(jì),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(kù),保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(guò)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(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)信息還可實(shí)現(xiàn)以GSM短信息的形式定時(shí)發(fā)送至手機(jī),方便管理人員及時(shí)了解用水信息。
3系統(tǒng)特點(diǎn)
(1)***大程度利用煤礦的現(xiàn)有資源環(huán)境,包括智能流量?jī)x表、煤礦的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等,實(shí)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(cè)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(shí)、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(duì)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(duì)環(huán)網(wǎng)內(nèi)其他設(shè)備的干擾。
(3)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸利用中國(guó)移動(dòng)GPRS公共網(wǎng)絡(luò),傳輸不受距離限制,只要GPRS信號(hào)覆蓋區(qū)域均可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
(4)異常事件記錄。當(dāng)水量異常時(shí),及時(shí)記錄事件的起止時(shí)間及用水信息,必要時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
(5)GSM數(shù)據(jù)發(fā)布。通過(guò)短信息的方式將每日用水量或報(bào)警信息發(fā)至指定號(hào)碼的手機(jī)上,用戶可以在不用登陸系統(tǒng)的情況下及時(shí)了解用水信息。
(6)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),可方便地增加、編輯、刪除測(cè)量點(diǎn),系統(tǒng)平臺(tái)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(chǔ)。
采取數(shù)據(jù)校驗(yàn)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(kù),保證存儲(chǔ)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(guò)ASP技術(shù)發(fā)布數(shù)據(jù),用戶通過(guò)IE瀏覽器登錄系統(tǒng)服務(wù)器,瀏覽、操作數(shù)據(jù)。
(3)報(bào)表生成及輸出。
用戶可按自己需求設(shè)計(jì)報(bào)表,支持報(bào)表導(dǎo)出到Excel文件,支持報(bào)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(duì)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(shí)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(yùn)行部分界面如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)運(yùn)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(cè)量點(diǎn)18個(gè),實(shí)現(xiàn)了全礦各主要用水點(diǎn)的計(jì)量工作。系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各用水點(diǎn)的瞬時(shí)流量、瞬時(shí)流速、累計(jì)流量、運(yùn)行時(shí)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(tái)計(jì)算機(jī)均可通過(guò)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(cè)量點(diǎn)增至34個(gè),***終目標(biāo)實(shí)現(xiàn)全礦井上及井下全部主要用水點(diǎn)進(jìn)入系統(tǒng)。
6結(jié)語(yǔ)
供用水流量計(jì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),是融計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)和傳感器測(cè)流技術(shù)、電子技術(shù)為一體的綜合自動(dòng)化平臺(tái)。該系統(tǒng)的建立,實(shí)現(xiàn)了王家?guī)X礦供用水流量的全礦實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),全面、及時(shí)、準(zhǔn)確地反饋各點(diǎn)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(jì)量的匯總統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)查詢、及時(shí)上報(bào),為礦區(qū)合理用水、節(jié)約水資源打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),為礦區(qū)的節(jié)能減排提供重要管理平臺(tái),確保礦區(qū)節(jié)能減排工作的開展。