瓦斯泵站自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)應用

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、難以實現(xiàn)泵站減員增效等問題，設計了一種基于多種現(xiàn)場總線技術的涵蓋抽采計量監(jiān)測、電力監(jiān)測、安全保護、設備監(jiān)控和人機交互界面等功能模塊的瓦斯泵站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并詳細闡述了系統(tǒng)的結構和功能。結合專家系統(tǒng)和模糊PIC控制，使系統(tǒng)能夠進行故障自診斷、抽采單元安全評價、自動調節(jié)和控制等，以實現(xiàn)瓦斯泵站的無人值守。

關鍵詞：瓦斯泵站;自動化;監(jiān)測監(jiān)控

引言：

為了進一步提高礦井的綜合管理水平和企業(yè)的核心競爭力，真正實現(xiàn)以自動化帶動工業(yè)化，保障礦井的安全生產(chǎn)，瓦斯泵站進行自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)改造，將機器人巡檢系統(tǒng)和瓦斯泵站控制系統(tǒng)結合，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測的自動化瓦斯泵站控制系統(tǒng)。實現(xiàn)瓦斯泵站的信息化、網(wǎng)絡化、集成化，具體包括以下目標：

在已建立的瓦斯泵站監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上，實現(xiàn)基于振動與視頻為主的遠程自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，通過在瓦斯泵站現(xiàn)場設計巡檢機器人，實現(xiàn)“機器代人”的國內(nèi)一流的瓦斯泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

1.系統(tǒng)范圍

根據(jù)瓦斯泵站目前的現(xiàn)狀，確定的建設內(nèi)容包括：

1）瓦斯泵站控制子系統(tǒng);

2）遠程調度中心;

2.實現(xiàn)原則

瓦斯泵站機電裝備的實際應用狀況和未來發(fā)展趨勢，各系統(tǒng)的實際需求及具體的使用特性，同時兼顧技術新舊更替不斷加快的特點，整體方案設計遵循以下設計原則：

可靠性：堅持“可靠是先進的重要標志”這一原則進行系統(tǒng)的設計和實施。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、高容錯和容災能力。

3.自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)總體設計

目前瓦斯泵站與遠程調度中心的應用情況，設計如圖1所示的自動化監(jiān)控系統(tǒng)總體設計規(guī)劃，遠程調度中心通過礦用24口三層千兆網(wǎng)絡交換機連接泵站進行網(wǎng)絡通信;在其控制機房內(nèi)設置相應的監(jiān)控設備，如視頻監(jiān)控設備、工況參數(shù)監(jiān)測設備以及巡檢機器人配套設備等等。

3.1瓦斯泵站控制系統(tǒng)

瓦斯泵站控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對瓦斯泵站的本地自動化控制，主要完成了對瓦斯泵站的部分傳感監(jiān)測與自動控制。操作人員通過操作臺進行相關瓦斯泵站的控制，控制系統(tǒng)控制瓦斯泵站的電氣執(zhí)行部件實現(xiàn)瓦斯泵站的實際操作;同時，瓦斯泵站控制系統(tǒng)實時采集傳感器參數(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、電動閥、電磁閥、冷卻塔、排風扇等全部設備進行控制。

3.1.3電氣模塊

主要包括PLC控制柜、電機綜合保護器和變頻器等組成，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、試驗位置、儲能狀態(tài)、變頻器頻率、輸入輸出電壓電流等信息，實現(xiàn)對配電設備的監(jiān)控和管理。

3.2遠程調度中心

遠程調度中心通過百兆網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，通過485網(wǎng)關與瓦斯泵站控制系統(tǒng)連接。在調試中心處，設有一遠程主控PLC，主控PLC將瓦斯泵站控制系統(tǒng)的相關傳感信息實時傳輸至遠程調度中心，并在調度室演示畫面中顯示。

3.3千兆網(wǎng)絡升級

瓦斯泵站控制系統(tǒng)與遠程調度中心之間通過百兆以太網(wǎng)連接，新系統(tǒng)集成遠程視頻監(jiān)控和機器人遠程控制，需要進行升級改造視頻監(jiān)控信號、遠程機器人巡檢系統(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)連接到調度中心。

3.4自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)需要在瓦斯泵站監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上增加對瓦斯泵站的振動、潤滑脂、煙霧與軸溫進行監(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現(xiàn)潤滑油脂的自動控制。

3.5機器人巡檢系統(tǒng)

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

網(wǎng)絡本安型攝像機，固定在瓦斯泵站特定位置，實現(xiàn)對瓦斯泵站關鍵設備的視頻監(jiān)控，同時通過第三方視角實現(xiàn)機器人巡檢的全景監(jiān)控。網(wǎng)絡本安型攝像機與千兆網(wǎng)絡通過交換機/電力交換機進行視頻信號傳輸。

3.6遠程監(jiān)控中心

在現(xiàn)有遠程監(jiān)測功能基礎上，增加視頻監(jiān)控，主軸振動監(jiān)測，環(huán)境瓦斯監(jiān)測、煙霧監(jiān)測和機器人巡檢監(jiān)測。其中機器人巡檢監(jiān)測包括：機器人啟停、機器人行走和云臺控制，機器人視頻監(jiān)控，機器人紅外成像監(jiān)控三個功能。

遠程監(jiān)控中心安置一臺遠程主控PLC，實現(xiàn)與本地主控PLC的實時數(shù)據(jù)通信。通過遠程主控PLC，可實現(xiàn)瓦斯泵站的遠程操控。

3.7重大災害要素監(jiān)測子系統(tǒng)

重大災害要素監(jiān)測子系統(tǒng)主要實現(xiàn)視頻、振動、煙霧、瓦斯、紅外熱源等危險要素的遠程監(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)中錄入好的相關知識，與現(xiàn)場長安器采集的振動、溫度、壓力、煙霧與熱源等數(shù)據(jù)形成對策表，采用粗糙集理論進行決策，由推理機通過正向循環(huán)推理求解，將最終的危害要素監(jiān)測結果通過操作員站呈現(xiàn)給用戶。

3.8控制方式

系統(tǒng)設有自動、手動、檢修三種工作方式以及本地、遠程兩種控制方式。瓦斯泵站目前已具備自動工作，操作臺可進行按鈕控制，需要完善的是計算機遠程控制。

自動方式：自動方式分為全自動和計算機遠程控制。全自動方式采用模糊PID控制，對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)采用模糊規(guī)則進行模糊推理，進行控制參數(shù)的自整定，從而實現(xiàn)對瓦斯泵站的智能控制。

4效益分析：

瓦斯泵站自動化實現(xiàn)后，每班定期（1小時/次）由巡檢機器人進行巡視，壓風機房真正意義上實現(xiàn)無人值守，由原來的一個圓班需要崗位工8人和維修人員2人，到現(xiàn)在無人值守，只需要安排1名遠程操作人員和2名維修人員定期維護、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結論：

本系統(tǒng)的完成可以實現(xiàn)以下目標：

1）采集、顯示瓦斯泵站各設備運行的電氣參數(shù)、電氣設備運行的狀況。

2）瓦斯泵站的啟動、停止，嚴格按啟動程序控制各設備的起、停。

參考文獻：

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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淺探[J].中州煤炭，2010（01）.

（作者單位：山西錦興能源有限責任公司）