王治鵬　原鳴

摘要：針對現(xiàn)有瓦斯泵站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)存在的監(jiān)測參數(shù)不全面、泵站控制簡單粗放、難以實(shí)現(xiàn)泵站減員增效等問題，設(shè)計(jì)了一種基于多種現(xiàn)場總線技術(shù)的涵蓋抽采計(jì)量監(jiān)測、電力監(jiān)測、安全保護(hù)、設(shè)備監(jiān)控和人機(jī)交互界面等功能模塊的瓦斯泵站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。結(jié)合專家系統(tǒng)和模糊PIC控制，使系統(tǒng)能夠進(jìn)行故障自診斷、抽采單元安全評價(jià)、自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制等，以實(shí)現(xiàn)瓦斯泵站的無人值守。

關(guān)鍵詞：瓦斯泵站;自動(dòng)化;監(jiān)測監(jiān)控

引言：

為了進(jìn)一步提高礦井的綜合管理水平和企業(yè)的核心競爭力，真正實(shí)現(xiàn)以自動(dòng)化帶動(dòng)工業(yè)化，保障礦井的安全生產(chǎn)，瓦斯泵站進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)改造，將機(jī)器人巡檢系統(tǒng)和瓦斯泵站控制系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測的自動(dòng)化瓦斯泵站控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)瓦斯泵站的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化，具體包括以下目標(biāo)：

在已建立的瓦斯泵站監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)基于振動(dòng)與視頻為主的遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，通過在瓦斯泵站現(xiàn)場設(shè)計(jì)巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器代人”的國內(nèi)一流的瓦斯泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。

1.系統(tǒng)范圍

根據(jù)瓦斯泵站目前的現(xiàn)狀，確定的建設(shè)內(nèi)容包括：

1）瓦斯泵站控制子系統(tǒng);

2）遠(yuǎn)程調(diào)度中心;

2.實(shí)現(xiàn)原則

瓦斯泵站機(jī)電裝備的實(shí)際應(yīng)用狀況和未來發(fā)展趨勢，各系統(tǒng)的實(shí)際需求及具體的使用特性，同時(shí)兼顧技術(shù)新舊更替不斷加快的特點(diǎn)，整體方案設(shè)計(jì)遵循以下設(shè)計(jì)原則：

可靠性：堅(jiān)持“可靠是先進(jìn)的重要標(biāo)志”這一原則進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。瓦斯泵站無人值守監(jiān)控系統(tǒng)必須保證高度可靠、穩(wěn)定。確保7×24小時(shí)不間斷工業(yè)現(xiàn)場工作。充分考慮和利用各系統(tǒng)的自診斷能力、高容錯(cuò)和容災(zāi)能力。

3.自動(dòng)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

目前瓦斯泵站與遠(yuǎn)程調(diào)度中心的應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)如圖1所示的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)規(guī)劃，遠(yuǎn)程調(diào)度中心通過礦用24口三層千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接泵站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信;在其控制機(jī)房內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備，如視頻監(jiān)控設(shè)備、工況參數(shù)監(jiān)測設(shè)備以及巡檢機(jī)器人配套設(shè)備等等。

3.1瓦斯泵站控制系統(tǒng)

瓦斯泵站控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對瓦斯泵站的本地自動(dòng)化控制，主要完成了對瓦斯泵站的部分傳感監(jiān)測與自動(dòng)控制。操作人員通過操作臺(tái)進(jìn)行相關(guān)瓦斯泵站的控制，控制系統(tǒng)控制瓦斯泵站的電氣執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)瓦斯泵站的實(shí)際操作;同時(shí)，瓦斯泵站控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集傳感器參數(shù)，并通過現(xiàn)場面板顯示。瓦斯泵站控制系統(tǒng)包括以下三個(gè)部分。

3.1.1監(jiān)測模塊

瓦斯泵站檢測模塊主要包括監(jiān)控分站和傳感器組成，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測管網(wǎng)中抽采氣體的濃度、流量、溫度、出口壓力等信息。

3.1.2控制模塊

控制模塊主要由PLC控制柜、高低壓配電柜、變頻器、閥門控制箱、管網(wǎng)控制器等組成，主要對泵站內(nèi)抽放泵、循環(huán)水泵、電動(dòng)閥、電磁閥、冷卻塔、排風(fēng)扇等全部設(shè)備進(jìn)行控制。

3.1.3電氣模塊

主要包括PLC控制柜、電機(jī)綜合保護(hù)器和變頻器等組成，在線監(jiān)測配電柜的電壓、電流、功率因數(shù)、分合閘位置、工作位置、試驗(yàn)位置、儲(chǔ)能狀態(tài)、變頻器頻率、輸入輸出電壓電流等信息，實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備的監(jiān)控和管理。

3.2遠(yuǎn)程調(diào)度中心

遠(yuǎn)程調(diào)度中心通過百兆網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過485網(wǎng)關(guān)與瓦斯泵站控制系統(tǒng)連接。在調(diào)試中心處，設(shè)有一遠(yuǎn)程主控PLC，主控PLC將瓦斯泵站控制系統(tǒng)的相關(guān)傳感信息實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程調(diào)度中心，并在調(diào)度室演示畫面中顯示。

3.3千兆網(wǎng)絡(luò)升級

瓦斯泵站控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程調(diào)度中心之間通過百兆以太網(wǎng)連接，新系統(tǒng)集成遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和機(jī)器人遠(yuǎn)程控制，需要進(jìn)行升級改造視頻監(jiān)控信號、遠(yuǎn)程機(jī)器人巡檢系統(tǒng)以及重大危害要素監(jiān)控等子系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過千兆以太網(wǎng)連接到調(diào)度中心。

3.4自動(dòng)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

自動(dòng)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)需要在瓦斯泵站監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加對瓦斯泵站的振動(dòng)、潤滑脂、煙霧與軸溫進(jìn)行監(jiān)測，需要根據(jù)瓦斯泵站的具體工況，決定采用何種方式實(shí)現(xiàn)潤滑油脂的自動(dòng)控制。

3.5機(jī)器人巡檢系統(tǒng)

機(jī)器人巡檢測系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)瓦斯泵站全景監(jiān)測核心部分，機(jī)器人巡檢系統(tǒng)包括安置在瓦斯泵站機(jī)房固定位置的網(wǎng)絡(luò)本安型攝像機(jī)與巡檢機(jī)器人兩大部分。

網(wǎng)絡(luò)本安型攝像機(jī)，固定在瓦斯泵站特定位置，實(shí)現(xiàn)對瓦斯泵站關(guān)鍵設(shè)備的視頻監(jiān)控，同時(shí)通過第三方視角實(shí)現(xiàn)機(jī)器人巡檢的全景監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)本安型攝像機(jī)與千兆網(wǎng)絡(luò)通過交換機(jī)/電力交換機(jī)進(jìn)行視頻信號傳輸。

3.6遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

在現(xiàn)有遠(yuǎn)程監(jiān)測功能基礎(chǔ)上，增加視頻監(jiān)控，主軸振動(dòng)監(jiān)測，環(huán)境瓦斯監(jiān)測、煙霧監(jiān)測和機(jī)器人巡檢監(jiān)測。其中機(jī)器人巡檢監(jiān)測包括：機(jī)器人啟停、機(jī)器人行走和云臺(tái)控制，機(jī)器人視頻監(jiān)控，機(jī)器人紅外成像監(jiān)控三個(gè)功能。

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心安置一臺(tái)遠(yuǎn)程主控PLC，實(shí)現(xiàn)與本地主控PLC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。通過遠(yuǎn)程主控PLC，可實(shí)現(xiàn)瓦斯泵站的遠(yuǎn)程操控。

3.7重大災(zāi)害要素監(jiān)測子系統(tǒng)

重大災(zāi)害要素監(jiān)測子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)視頻、振動(dòng)、煙霧、瓦斯、紅外熱源等危險(xiǎn)要素的遠(yuǎn)程監(jiān)測。

瓦斯泵站的重大危害要素監(jiān)測部分采用專家系統(tǒng)。通過專家系統(tǒng)中錄入好的相關(guān)知識，與現(xiàn)場長安器采集的振動(dòng)、溫度、壓力、煙霧與熱源等數(shù)據(jù)形成對策表，采用粗糙集理論進(jìn)行決策，由推理機(jī)通過正向循環(huán)推理求解，將最終的危害要素監(jiān)測結(jié)果通過操作員站呈現(xiàn)給用戶。

3.8控制方式

系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)、檢修三種工作方式以及本地、遠(yuǎn)程兩種控制方式。瓦斯泵站目前已具備自動(dòng)工作，操作臺(tái)可進(jìn)行按鈕控制，需要完善的是計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制。

自動(dòng)方式：自動(dòng)方式分為全自動(dòng)和計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制。全自動(dòng)方式采用模糊PID控制，對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)采用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，進(jìn)行控制參數(shù)的自整定，從而實(shí)現(xiàn)對瓦斯泵站的智能控制。

4效益分析：

瓦斯泵站自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)后，每班定期（1小時(shí)/次）由巡檢機(jī)器人進(jìn)行巡視，壓風(fēng)機(jī)房真正意義上實(shí)現(xiàn)無人值守，由原來的一個(gè)圓班需要崗位工8人和維修人員2人，到現(xiàn)在無人值守，只需要安排1名遠(yuǎn)程操作人員和2名維修人員定期維護(hù)、保養(yǎng)、維修即可，每年可減少職工工資支出：7人*4200（元*人/月）*12月=35.28萬元。

5結(jié)論：

本系統(tǒng)的完成可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1）采集、顯示瓦斯泵站各設(shè)備運(yùn)行的電氣參數(shù)、電氣設(shè)備運(yùn)行的狀況。

2）瓦斯泵站的啟動(dòng)、停止，嚴(yán)格按啟動(dòng)程序控制各設(shè)備的起、停。

參考文獻(xiàn)：

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[2] ?李喜員、謝海龍、劉國正、徐長安，平頂山礦區(qū)深井開采瓦斯治理技術(shù)淺探[J].中州煤炭，2010（01）.

（作者單位：山西錦興能源有限責(zé)任公司）