煤矿供水远程监测系统研究_李鑫.pdf

1912023 年第 2 期李 鑫：煤矿供水远程监测系统研究李 鑫：煤矿供水远程监测系统研究煤矿供水远程监测系统研究李 鑫（晟泰公司机电安装分公司，山西 晋城 048006）摘 要 针对供水系统的计量与测试手段滞后、对水资源的节约无法实现精确量化、供水系统出现故障无法及时发现及排除的问题，设计一种远程无线数据采集、通信、参数监测、故障识别系统，详细描述了总体技术框架、实现方案和组态编程。通过工业性试验，系统具有远程监视、数据自动采集及现场或远程处理、数据无线传送、数据记录和分析功能。关键词 供水系统；无线；参数监测；远程；自动采集中图分类号 TU991.41；TD76 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.066Research on Remote Monitoring System of Coal Mine Water SupplyLi Xin(Shengtai Company Mechanical and Electrical Installation Branch,Shanxi Jincheng 048006)Abstract:In view of the lag of the measurement and testing means of the water supply system,the saving of water resources can not be quantified accurately,and the faults of the water supply system can not be found and eliminated in time,a remote wireless data acquisition,communication,parameter monitoring and fault identification system is designed,and the overall technical framework,implementation scheme and configuration programming are described in detail.Through the industrial test,the system has the functions of remote monitoring,automatic data acquisition and on-site or remote processing,wireless data transmission,data recording and analysis.Key words:water supply system;wireless;parameter monitoring;remote;automatic acquisition收稿日期 2022-07-13作者简介 李鑫（1986），男，山西晋城人，2013 年毕业于河北工程大学采矿工程专业，本科，助理工程师，现从事机电管理技术工作，研究方向：矿山机电设备。李 鑫：煤矿供水远程监测系统研究李 鑫：煤矿供水远程监测系统研究随着煤矿供水管网的复杂程度不断提高，供水系统的优化调度的重要性显得更为突出。目前存在的问题为计量与测试手段滞后，对水资源的节约无法实现精确量化，供水系统出现故障无法及时发现及排除，造成巨大损失。国内外学者针对供水管网监控系统开展了广泛的研究，文献 1 针对供水管网漏水监测技术做了系统的阐述，提出了目前常用的 8 种漏水监测方法，并介绍了各自的优缺点及其实现的原理、步骤；文献 2 设计了基于集对分析方法的漏损预报模型，从同、异、反三个方面对采集信息进行分析，并与其他预报模型进行了对比研究，为供水系统泄漏监测提供了参考依据；文献 3 针对传统供水管理模式的缺点，提出一种基于计算机网络技术的综合信息系统，为供水管理提供了有力的科学依据。国内外针对水源井远程监控的研究都非常重视，取得了不少研究成果，如文献 4 依靠通信与测控技术实现了水源井的远程无线控制，取得了良好的效果；文献 5 采用 GPRS 无线数据采集传输模块，实现了水源井的多参数监测；文献 6 应用单片机采集三相电流、电压及流量信号，设计了水源井自动保护仪，解决了水源井使用上存在的问题。因此，设计一种基于无线数传技术的远程无线数据采集、通信、参数监测、故障识别系统，具有远程监视、数据自动采集及现场或远程处理、数据无线传送、数据记录和分析功能，解决系统无线传输中可靠性及传输协议构建问题。通过该系统实现科学管理与维护，降低系统运行成本，为节能降耗提供可靠参考数据，减小系统故障带来的损失。1 总体技术框架本文提出 24 套监控单元的方案，综合考虑监控单元测点增加及管网泄漏监测的需求，并考虑未来发展的需要，7 套为水源井监控，15 套为管网监1922023 年第 2 期控，1 套备用，1 套安装在监控中心。对管网监测可通过流量与压力监测，通过流量分配与计算以及压力变化适时分析管网水流信息，在保证计量信息的同时，对管网水压波动及设备故障造成的流体波动做出故障预警。对水源井监测可通过流量传感器、电流传感器、水位传感器等实现多参数监测，同时可实现监控室、就地、远程三种报警功能。技术框架图如图 1。图 1 监控系统技术框架图2 系统设计方案系统由水源井监控分站、管网监控分站、监控主站和上位机软件组成。分站和主站采集水源井和管网的各类水文数据，通过无线通信网络将数据传输给地面监控中心，实现对各个水源井和管网的实时监控。2.1 水源井监控分站设计水源井分站在设计上结合实际需求，配有 8 路模拟量采集，液位 1 路、流量 1 路、压力 1 路、电流 3 路，分别连接对应的液位传感器、流量传感器、压力传感器、电流传感器，对液位、流量、压力、电流数据进行采集。在供电方面，分站通过 220 V交流电进行供电，通过电压转换模块将 220 V 电压转换为 12 V/24 V 直流电，给数传电台和 PLC 模块供电。在保护方面，分站内设计浪涌保护器，保障系统的稳定运行。分站设计如图 2。图 2 水源井分站2.2 管网监控分站设计管网分站在设计上结合实际需求，配有 8 路模拟量采集，流量 4 路、压力 4 路，分别连接对应的流量传感器、压力传感器，对流量、压力数据进行采集。在供电方面，分站通过 220 V 交流电进行供电，通过电压转换模块将 220 V 电压转换为 12 V/24 V 直流电，给数传电台和 PLC 模块供电。在保护方面，分站内设计浪涌保护器，保障系统的稳定运行。分站设计如图 3。图 3 管网分站2.3 监控主站设计管网监控主站在设计上结合实际需求，配有以太网通信模块 1 个，将采集的数据传输给地面工控机。在供电方面，分站通过 220 V 交流电进行供电，通过电压转换模块将 220 V 电压转换为 12 V/24 V直流电，给数传电台和 PLC 模块供电，在保护方面，分站内设计浪涌保护器，保障系统的稳定运行。监控中心主站如图 4。图 4 监控中心主单元3 组态编程监控软件包括监控总览、各水源井详细参数图、实时曲线、历史曲线、实时报表、历史报表、报警查询及数据查询图。通过系统动态显示画面可以通览 23 个监控单元的工作状态，可以实时显示该站当前的工作模式、水泵状态、当前时间、电流、电压、流量、水位、压力、开机时间和停机时间等数据，以及水源井各参数的实时趋势，使操作人员能1932023 年第 2 期李 鑫：煤矿供水远程监测系统研究李 鑫：煤矿供水远程监测系统研究及时、方便地了解系统运行工况。如需进行远程操控，必须进行远程操作申请，输入当前操作员的名称和密码并经系统验证后才能操作。在手动工作模式下，监控人员可通过鼠标点击启停按钮来远程启停水泵，也可调节报警参数。在自动模式下只能调节报警参数，水泵的启停工作状态由传感器信号通过程序来自动控制。操作完成后，系统自动注销该操作员的远程操作申请，以保证系统安全。使用上位机组态软件技术，记录供水系统参数，对设备的监测参数进行实时显示并记录，可实现历史查询，记录报警信息，为维修维护提供决策依据。4 结语该系统在晋能控股煤业集团赵庄矿进行了工业性试验，矿区主要有 7 口水源井，监测点分别装在了 28 号井。压力传感器、流量计都装在了水源井出水口，电流传感器监测水泵三相电流，液位传感器投入水井底部。供水管网共安装 17 个监测点。经过试验能准确监测液位、压力、流量、电流等数据，获取每个水源井及覆盖管网各个节点的采集数据，同时组态软件能对采集的数据进行分析存储，实现实时监控，进一步保障了煤矿的安全生产。【参考文献】1 王富东，王宇，刘西涛，等.地下供水管网漏水检测技术现状及发展趋势 J.甘肃科技，2012，28（13）：57-58.2 张明，李鹏，周润娟.基于集对分析的供水管网漏损预测模型 J.供水技术，2012，6（03）：28-31.3 孟潇，梁伟，党志良.基于 GIS 的供水管网系统设计研究 J.西南给排水，2009，31（06）：42-44.4 薛海鸿，陈丽珺，李元红.水源井供水远程监控系统设计与应用J.中国仪器仪表，2009，（09）：68-71.5 黄加丽，彭耀，孙振宇.无线通讯的水源井群监控系统的研究与应用 J.山东煤炭科技，2007（06）：70-71.6 解立春，雷占祥，赵金玲.水源井自动保护智能控制仪的研制与应用 J.石油机械，2007，35（11）：73-74.五举选煤厂通过重介智能分选、精煤灰分回控等智能措施，预测能提高精煤回收率 0.6%。按精煤平均价格 400 元/t，年入洗量 240 万 t 测算，升级后每年可创造利润 576 万元。通过 MES 精准管理，可延长设备寿命，减少材料消耗，整体降低材料消耗约 10%20%，年可节约费用 124 万元。综上所述，选煤厂智能措施实施后每年可创效 576+124=700 万元。选煤厂智能管理系统投入运行后，管控平台将会采集大量的生产数据和过程数据，建立专家知识库和多元化的数据分析模型。通过对模型的分析，将会培养一批选煤厂智能化管理和生产专家，实现选煤厂高质量发展。同时，选煤厂实现智能化后能够降低工作人员的数量和工作强度，通过智能化先进工作方式，提高员工的幸福感和成就感。【参考文献】1 匡亚莉.智能化选煤厂建设的内涵与框架 J.选煤技术，2018（01）：85-91.2 朱建军.选煤厂信息智能化网络构建基础 J.煤炭加工与综合利用，2019（01）：27-29.3 王敬国.浅谈我国的洗煤选煤技术及设备 J.科技与企业，2011（08）：16.4 郗永秋.选煤厂集中控制系统的研究与设计 D.重庆：重庆大学，2007.（上接第 187 页）（上接第 190 页）7 黎影，董广印.煤泥水净化及自动控制系统在东庞矿选煤厂的应用 J.选煤技术，2012（06）：114-116+122.8 杨津灵.灰色模糊 PID 算法在煤泥水絮凝沉降过程控制中的应用研究 D.太原：太原理工大学，2012.9 高贵军.絮凝剂溶解液制备及自动添加机理研究D.太原：太原理工大学，2010.10 庞新宇.絮凝剂制备及其自动添加系统研究 D.太原：太原理工大学，2004.