瓦斯抽放监控系统专项方案.doc

阳煤集团景福煤业有限公司
瓦斯抽放监控系统

设计方案

太原佳泰兴科技有限公司

二○一三年十月

1 KJ30瓦斯抽放监控系统设计方案
1.1 设计目的
1) 对景福煤业瓦斯抽放监控系统实行科学管理；
2) 提高景福煤业瓦斯抽放监控系统安全性、精确性、可靠性；
3) 提高景福煤业瓦斯抽放监控系统自动化限度；
4) 保证景福煤业瓦斯抽放监控系统先进性和经济性得到最佳组合。
1.2 设计根据
1) 《煤矿瓦斯抽放泵站设计规范》
2) 《煤矿安全监控系统通用技术规定》（AQ6201-）
3) 《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-）
4) 《爆炸性环境用防爆电气设备通用规定》
5) 《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备规定》
6) 《煤矿安全规程》新版
7) 《煤矿安全质量原则化原则》
8) 《矿山电力设计规范 》（GB50070-）
9) 《爆炸及火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92）
10) 《煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范》（AQ1027-）
11) 《供配电系统设计规范》 （GB50052-95）
1.3 设计原则
在对瓦斯抽放监控系统设计过程中，咱们充分考虑了顾客实际应用需求，使用当前成熟、稳定且先进技术，来整体规划和设计系统方案构造。
1）先进性
系统既要采用先进、成熟气体流量和瓦斯浓度检测技术，保证设备满足应用需求，又要注意构造、设备等相对成熟度。规定采用设备、技术不但能反映业界先进水平，并且具备一定前瞻性，在将来若干年内能占主导地位。
2）实时性
由于瓦斯抽放对于煤矿安全生产重要性。因而，在设计上应保证系统对瓦斯抽放工况监测参数实时数据解决能力。
3）高可靠性
实时监控不可间断性决定了在系统设计中必要考虑提高设备运营可靠性；因而，在系统构造、技术办法、设备性能、系统管理、厂商技术支持及维修能力等方面着手，保证系统运营可靠性和稳定性。
4）灵活性
整个系统必要满足便于安装、便于管理、便于维护、便于使用规定。
5) 经济性
在一定资金资源下，尽量有效地运用，以恰当投入，建立一种尽量高水平、完善瓦斯抽采监控系统。所有设备选型配备和采购订货，坚持性能价格比最优原则，同步兼顾供货商资信度和维修服务能力。
1.4 项目简介
本项目重要对地面抽放泵站工程进行监控，工程详细状况如下：
1）地面泵站共建4台抽放泵，主进气管为2趟，主管径分别为DN800；
2）循环水泵3台；
3）冷却塔1台；
4）循环水池1座；
1.5 监控内容
1.5.1 系统监测参数
对于监控系统来说，可靠监测是瓦斯抽放系统安全运营保障。监测内容其重要涉及：
管道参数：管道工况、标况混合流量，管道瓦斯浓度、温度、压力、一氧化碳浓度，并依照以上参数自动计算出管道标况纯流量及其合计量、管道标况混合流量合计量；
泵站环境参数：瓦斯泵房环境瓦斯浓度、环境温度等；
工况参数：抽放泵先后轴温、电机先后轴温、瓦斯泵开停状态、水泵开停状态、冷却塔开停状态、阀门工作状态及防爆安全装置压差等；
供水参数：真空泵供水状态、热水池水位及水温、冷却水池水位及水温等。
1.5.2 控制内容
本系统对于瓦斯抽放系统中实行控制设备重要涉及：抽放泵启停、水泵启停、冷却塔、电动阀工作状态控制等。
此方案运用PLC对以上设备进行各种方式控制，保证系统高效、可靠、安全地运营，减少工人劳动量，以便管理。
1.6 系统构造
KJ30瓦斯抽放监控系统具备国家安标证，可单独成为系统。 地面泵站系统构造如下图，系统监测和监控功能有机结合为一种整体，数据共享以便、快捷、有效，各层次之间数据传播稳定、可靠；监测功能由所有传感器分别实现，然后通过监控柜采集整顿并上传数据至中心站，最后通过Web站点方式实时发布监测数据，实现远程网络监测所有功能；监控功能则依托监测所得各项数据，实时判断与否满足控制条件，以上位机运算和下发控制指令、PLC可编程控制柜接受指令并发出动作指令为核心实现全自动远程监控所有功能。
在监测构造方面，系统采用中心站、显示控制装置、检测传感器三层构造。中心管理层：中心站负责管理整个瓦斯抽采系统中各设备检测数据、抽放监控柜实时数据通讯、记录存储、屏幕显示、查询打印、网络通讯等任务；显示控制装置层（分站）：采集现场各传感器数据、数据计量及操作控制、故障保护、面板操作、现场数据显示、声光报警等；传感器层：采集瓦斯抽采系统中各种参数。
在控制构造方面，系统采用上位机、PLC可编程控制柜、受控设备三层构造，其中：上位机负责实时监控整个抽放系统所有设备运营状态，采集监测数据，判断控制条件，下发控制指令，共享控制权力（实现网络远程控制）；PLC可编程控制箱：PLC可编程控制箱集中控制现场合有受控设备，通过储存程序指令以条件式地判断分别精准地实现远程控制；受控设备：如抽放泵、电动阀等。

1.7 系统功能
1) 自动监测瓦斯抽放系统管道瓦斯浓度、管道压力、管道温度、管道工况流量、管道CO等管道参数；
2) 依照以上管道参数自动计算出管道标况混合流量和标况纯流量；
3) 自动记录出管道标况混合流量和管道标况纯流量年、月、日、分合计量；
4) 自动监测瓦斯抽放系统中抽放泵轴温、电机轴温度、抽放泵开停、阀门工作状态、冷却塔开停、水泵开停、防爆安全装置压差等工况参数；
5) 自动监测真空泵供水状态、热水池水位、水温、冷却水池水位、水温供水参数；
6) 以上各监测参数和合计量等在监控柜和上位机实时显示；
7) 对系统控制，提供无源控制触点，并且常开/常闭状态，触点之间与否需要互锁可以自由选取，完全满足现场不同设备控制接入需要；
8) 系统控制方式灵活，依照不同需要，可以选取自动、手动、检修等控制模式；
9) 在自动模式下，当监控系统接受到启动、停止或者切换等信号时，可以依照工艺流程按顺序自动启动、自动停止或者切换抽放泵和相应设备（电动阀、冷却塔、水泵等）；
10) 在手动模式下，可以对系统中各设备实行分步操作，但是各环节之间存在先后顺序闭锁；
11) 在检修模式下，可以对系统中各设备实行分别操作，各环节之间将不存在先后顺序闭锁；
12) 可以在上位操作计算机组态画面上实现对瓦斯抽放系统集中监控；
13) 系统具备自诊断和故障保护控制功能，当系统检测到瓦斯抽放站发生异常状态时，可以依照故障状态差别，对瓦斯抽放站内被控设备发出控制指令，同步发出声光报警信号，并可以从抽放站和上位机上查询故障发生因素；
14) 当泵房环境泄漏瓦斯浓度超限时，管道瓦斯抽放浓度过低、一氧化碳浓度过高时能发出声光报警，当瓦斯浓度超过断电值时，能发出声光报警同步对有关设备进行断电控制；
15) 具备抽放泵缺水保护功能，能发出声光报警并实行控制；
16) 对其他参数如泵轴温、水温等也可设立超限报警功能；
17) 系统对采集到数据进行实时分析解决、屏幕查询显示,并形成相应历史记录数据，存储日、旬、月报表，系统可存储十年以上历史数据，供关于人员随时查阅和打印；
18) 系统表格丰富,格式可由顾客任意编排,或由矿方提供详细报表格式，以满足各监测管理数据报表形成输出。实时监视画面，可对屏幕任意显示测点单击鼠标右键，弹出快捷菜单，迅速查询该点数据、曲线、定义、运营状况等信息。
19) 在上位机所有操作都具备操作权限管理和操作记录功能；
20) 上位机软件具备WEB发布功能和数据上传功能，在全矿局域网上任何一台计算机上，只要具备相应权限（密码保护），即可以浏览瓦斯抽放系统运营状况；
21) 系统可通过高速工业以太网将数据实时连接到调度中心；
22) 当交流断电时，系统可持续供电2小时以上，保证在停电状况下系统监测数据不丢失；
23) 系统留有20%I/O接口点数备用。
1.8 系统优势
系统在管道瓦斯浓度、流量这两个核心参数检测上，采用与国外先进技术相似途径，设备性能指标达到了国际先进水平，较好地解决了国内煤矿生产公司长期以来瓦斯抽放过程中瓦斯浓度、流量测量不精确难题。
一）管道流量监测优势
在瓦斯抽放监控领域，中煤科工集团重庆研究院走在了国内前列。通过长时间努力，在煤炭行业最先研发成功V锥流量计，含管道温度、压力监测，一种传感器相称于3个传感器，自主研发“V”锥流量传感器不但具备精度高、压损小、直管段规定低（前3D，后1D）、自整流、自清洁等特点，还在抗干扰、防雷击等方面采用了相应办法，与国外同类产品相比，更适合中华人民共和国煤矿现场使用。详细比较见下表。

各种流量计综合性能比较
二）管道瓦斯浓度监测优势
对于管道瓦斯浓度监测，我院在煤炭行业最先研发成功管道红外甲烷浓度传感器，解决了始终困扰瓦斯抽放管道浓度监测领域测量不准、稳定性差等诸多难题，其传感元件寿命长（5年），测量精度高，抗干扰能力强，适应性好等特点。其与管道热导瓦斯浓度传感器相例如下表所示：

名称
测量
范畴
测量精度
工作稳
定性
使用
寿命
抗干扰性
备注
热导
0-100%
低
短
普通
选取性差，易受背景气体影响
影响测量精确性因素较多且不易补偿
红外
0-100%
高
长
长
选取性好，不受背景气体影响
为保证长期工作稳定性，必要有压力、温度补偿办法和气体预解决办法
管道红外瓦斯浓度传感器与管道热导瓦斯浓度传感器性能比较
三）自动控制上优势
系统对瓦斯抽放泵站采用全自动监控技术，为实现泵站无人值守提供了技术支撑。同步，系统可以依照设定值实现自动调节抽放负压、抽放浓度、抽放量等，保证抽放系统运营在最佳工作状态。系统能通过自动分析运营数据，实现故障预警、保护等功能，保障抽放系统安全运营。
1.9 重要设备简介
1.9.1 瓦斯抽放监控柜

工作电压：127V/220V/380V/660VAC
通讯方式：RS485、Ethernet
传感器输入信号格式：(200-1000)Hz,（4～20）mA,RS485
传感器输入容量：2路V锥流量计，16路其他传感器
控制输出格式：无源触点
触点容量：220VAC,8A
重要功能：（1）提供瓦斯抽放系统各重要运营参数监测及直观显示以及查询界面；
（2）提供对瓦斯抽放系统中各重要设备集中操作界面；
（3）某些参数设立；
（4）声光报警及故障诊断。
瓦斯抽放监控显示柜面板上设立如下几某些内容：
（1）数码管显示窗，实时显示如下监控参数内容：井下瓦斯抽放管道和地面瓦斯抽放管道管道瓦斯浓度、管道绝对压力、管道温度、管道工况混合流量、管道标况混合流量及其年合计量与日合计量、管道标况纯流量及其年合计量和日合计量；各三防装置两端压差；每台抽放泵轴温、电流、电压、有功功率、供水状态；循环水池水位、水温；环境瓦斯浓度、环境温度；电动阀工作状况；
（2）液晶屏：可以查询（1）中所有实时数据；可以按年、月、日查询标况混合流量和标况纯流量合计量；可以按照时间段查询任意两天之间标况混合流量和标况纯流量合计量；可以查询故障记录；设定抽放泵机组与抽放管道组合状态等；
（3）蜂鸣器：在故障时刻发出声报警信号；
（4）批示灯：批示系统工作模式（自动/手动/检修）；在故障时刻发出光报警信号；抽放泵运营状态；水泵运营状态等；
（5）按钮：电动阀开、关、停操作；抽放泵开、停操作；水泵开、停操作等；
（6）向监控终端传送监控数据。
1.9.2 可编程控制箱

KXJ660矿用隔爆兼本质安全型PLC可编程控制箱是一种合用于煤矿有瓦斯及煤尘爆炸危险场合自动化控制设备，它采用德国西门子、美国AB等国际知名品牌PLC作为监控核心。PLC控制箱采用模块化设计，系统架构配备灵活，可依照不同需要来设计程序，使现场复杂逻辑控制变得简朴易行。
2 重要技术指标
1) 工作电压和电流
工作电压：AC220V/380V/660V
工作电流：≤2A
2) 系统容量
本安开关量输入：16点（可扩展）；
非本安开关量输入：8点 （可扩展）；
本安开关量输出：16点（可扩展）， 触点容量：DC24V/0.5A；
非本安开关量输出：16点 常开/常闭触点输出（可扩展）。
3) 信号制式
模仿量输入信号：0～20 mA 、4～20mA 、0～10V；
模仿量输出信号：0～20 mA 、4～20mA 、0～10V；
开关量输入信号:按钮、接近开关、无源触点；
开关量输出信号:无源触点、批示灯；
RS485通讯：2路；
以太网通讯：1路。
1.9.3 V形锥流量计
重要特点：
1）抗干扰能力强；
2) V形锥流量计可以测量低流速，可达到0.5m/s；
3）设备具备自整流功能，对直管段没有规定，可以安装于管路条件复杂场合；
4）测量元件不与被测介质直接接触，调校以便；
5）设备具备自清洁功能，因此不易堵塞；
6）由于配备压力传感器是直接测量管道内绝对压力，可以避免由于本地大气压变化而在流量换算中引起系统误差；
7）配备温度探头可以进一步到管道中，受管壁温度变化影响有限；
8）管道标况混合流量合计量由流量传感器自身计算，再输出，避免了由于信号传播带来误差。
技术参数：
1）精密级别：1.5级；
2）重复性：优于0.1%；
3）工作稳定性：节流面积长期稳定，信号稳定；
4）测量管径：15mm---3600mm；
5）输出信号：可输出200-1000HZ、4-20mA、RS485智能信号等；
6）量程比：不低于10:1，最低可测0.5m/s；
7) 公称压力PN：（0-2）MPa；
8) 介质温度：（0-100）℃。
1.9.4 红外管道瓦斯传感器
重要特点：
1）采用红外吸取原理，性能可靠、寿命长，调校周期>半年；
2）完备汽水分离装置，不会因管道内含水含尘而影响检测精度；
3）特殊气路设计，合用于正压及负压管道甲烷浓度检测；
4）采用红外遥控设立传感器参数及标定，使用简朴以便；
5）温度补偿精准，精度不会因温度变化而漂移；
6）抗干扰能力强，检测精度不受水蒸汽、H2S、H2、SO2等等杂质气体影响；
7）信号输出：可输出4-20mA、RS-485、CAN等数据输出接口，与各种接口兼容；
8）测量误差：真值±3％；
9）适应压力范畴（绝压）：30kPa～150 kPa；
10）适应温度范畴：－20℃～50℃；
11）测量范畴：（0～100％）VOL。
1.10 系统软件
采用工业以太网+现场CAN总线多主传播网作为系统重要数据通信平台，使这种系统在反映速度、可靠性、传播距离、系统节点容量、集成能力、兼容性及开发性方面与既有系统相比有质奔腾。
1.10.1 功能特点
1) 系统传播平台采用采用工业以太网+现场CAN总线多主传播；
2) 通讯速率高，传播距离远，抗干扰和雷击能力强；
3) 采用先进多主并发通讯模式，系统检测速度快，实时性强；
4) 彻底突破了低速总线下技术瓶颈，系统节点容量大大增长；
5) 系统支持冗余环网工作模式，故障自愈时间短，通信可靠；
1.10.2 软件界面
一）中心站监控界面
1) 提供直观监控界面；
2) 提供便捷集中操作界面；
3) 发出报警信息；
4) 提供对抽放监控系统设立；
5) 提供历史数据查询、报警信息查询以及抽放报表；

二）组态软件界面
采用组态软件开发工业监控工程，可以极大地增强顾客系统控制能力、提高煤矿安全生产力和效率、提高监控系统可控质量、减少成本及原材料消耗。它合用于从单一设备运营管理和故障诊断，到网络构造分布式大型集中监控管理系统开发。 结合PLC可编程控制箱实现整个抽放泵站自动控制，是煤矿瓦斯抽放监测监控系统全自动控制抱负解决方案。

1.11 工程业绩
KJ30型瓦斯抽放监控系统自推广使用以来，已成功用于国内各种煤矿“CDM”项目及众多瓦斯抽采项目中。系统技术先进性、合用性得到了联合国“CDM”项目评审机构承认。
已完毕山西阳城民生燃气、晋城寺河电厂、四川芙蓉、河南磴槽金岭矿、贵州盘江山脚树电厂、贵州水城矿业集团、四川华蓥山广能集团等一批“CDM”项目计量监控项目。其中阳城民生燃气、晋城寺河电厂已经拿到联合国基金。
完毕晋煤集团成庄煤矿、霍尔辛赫煤业公司、阳煤集团寺家庄煤矿、冀中能源段王煤业公司、山煤集团左权宏远煤业、淮南矿业集团、淮北矿业集团、河南义马集团、川煤集团等矿区全自动瓦斯抽放监控系统。
还完毕了义马、神华、淮北、淮南、晋城、平顶山、潞安、邢台、阳泉、晋中、松藻、南桐、天府、广旺、华蓥山、汾西、黄陵、北票、七台河、新集、郑煤、皖北、左权等矿区瓦斯抽放监控项目。
1.12 设备清单（见附件）