瓦斯泵站自动化监测监控系统应用

王治鹏　原鸣

摘要：针对现有瓦斯泵站监测监控系统存在的监测参数不全面、泵站控制简单粗放、难以实现泵站减员增效等问题，设计了一种基于多种现场总线技术的涵盖抽采计量监测、电力监测、安全保护、设备监控和人机交互界面等功能模块的瓦斯泵站监测监控系统，并详细阐述了系统的结构和功能。结合专家系统和模糊PIC控制，使系统能够进行故障自诊断、抽采单元安全评价、自动调节和控制等，以实现瓦斯泵站的无人值守。

关键词：瓦斯泵站;自动化;监测监控

引言：

为了进一步提高矿井的综合管理水平和企业的核心竞争力，真正实现以自动化带动工业化，保障矿井的安全生产，瓦斯泵站进行自动化监测监控系统改造，将机器人巡检系统和瓦斯泵站控制系统结合，实现远程实时监测的自动化瓦斯泵站控制系统。实现瓦斯泵站的信息化、网络化、集成化，具体包括以下目标：

在已建立的瓦斯泵站监控系统的基础上，实现基于振动与视频为主的远程自动化监测监控系统，通过在瓦斯泵站现场设计巡检机器人，实现“机器代人”的国内一流的瓦斯泵站自动化监控系统。

1.系统范围

根据瓦斯泵站目前的现状，确定的建设内容包括：

1）瓦斯泵站控制子系统;

2）远程调度中心;

2.实现原则

瓦斯泵站机电装备的实际应用状况和未来发展趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，整体方案设计遵循以下设计原则：

可靠性：坚持“可靠是先进的重要标志”这一原则进行系统的设计和实施。瓦斯泵站无人值守监控系统必须保证高度可靠、稳定。确保7×24小时不间断工业现场工作。充分考虑和利用各系统的自诊断能力、高容错和容灾能力。

3.自动化监测监控系统总体设计

目前瓦斯泵站与远程调度中心的应用情况，设计如图1所示的自动化监控系统总体设计规划，远程调度中心通过矿用24口三层千兆网络交换机连接泵站进行网络通信;在其控制机房内设置相应的监控设备，如视频监控设备、工况参数监测设备以及巡检机器人配套设备等等。

3.1瓦斯泵站控制系统

瓦斯泵站控制系统实现了对瓦斯泵站的本地自动化控制，主要完成了对瓦斯泵站的部分传感监测与自动控制。操作人员通过操作台进行相关瓦斯泵站的控制，控制系统控制瓦斯泵站的电气执行部件实现瓦斯泵站的实际操作;同时，瓦斯泵站控制系统实时采集传感器参数，并通过现场面板显示。瓦斯泵站控制系统包括以下三个部分。

3.1.1监测模块

瓦斯泵站检测模块主要包括监控分站和传感器组成，实现在线监测管网中抽采气体的浓度、流量、温度、出口压力等信息。

3.1.2控制模块

控制模块主要由PLC控制柜、高低压配电柜、变频器、阀门控制箱、管网控制器等组成，主要对泵站内抽放泵、循环水泵、电动阀、电磁阀、冷却塔、排风扇等全部设备进行控制。

3.1.3电气模块

主要包括PLC控制柜、电机综合保护器和变频器等组成，在线监测配电柜的电压、电流、功率因数、分合闸位置、工作位置、试验位置、储能状态、变频器频率、输入输出电压电流等信息，实现对配电设备的监控和管理。

3.2远程调度中心

远程调度中心通过百兆网络进行数据传输，通过485网关与瓦斯泵站控制系统连接。在调试中心处，設有一远程主控PLC，主控PLC将瓦斯泵站控制系统的相关传感信息实时传输至远程调度中心，并在调度室演示画面中显示。

3.3千兆网络升级

瓦斯泵站控制系统与远程调度中心之间通过百兆以太网连接，新系统集成远程视频监控和机器人远程控制，需要进行升级改造视频监控信号、远程机器人巡检系统以及重大危害要素监控等子系统数据通过千兆以太网连接到调度中心。

3.4自动化监测监控系统

自动化监测监控系统需要在瓦斯泵站监控系统的基础上增加对瓦斯泵站的振动、润滑脂、烟雾与轴温进行监测，需要根据瓦斯泵站的具体工况，决定采用何种方式实现润滑油脂的自动控制。

3.5机器人巡检系统

机器人巡检测系统是实现瓦斯泵站全景监测核心部分，机器人巡检系统包括安置在瓦斯泵站机房固定位置的网络本安型摄像机与巡检机器人两大部分。

网络本安型摄像机，固定在瓦斯泵站特定位置，实现对瓦斯泵站关键设备的视频监控，同时通过第三方视角实现机器人巡检的全景监控。网络本安型摄像机与千兆网络通过交换机/电力交换机进行视频信号传输。

3.6远程监控中心

在现有远程监测功能基础上，增加视频监控，主轴振动监测，环境瓦斯监测、烟雾监测和机器人巡检监测。其中机器人巡检监测包括：机器人启停、机器人行走和云台控制，机器人视频监控，机器人红外成像监控三个功能。

远程监控中心安置一台远程主控PLC，实现与本地主控PLC的实时数据通信。通过远程主控PLC，可实现瓦斯泵站的远程操控。

3.7重大灾害要素监测子系统

重大灾害要素监测子系统主要实现视频、振动、烟雾、瓦斯、红外热源等危险要素的远程监测。

瓦斯泵站的重大危害要素监测部分采用专家系统。通过专家系统中录入好的相关知识，与现场长安器采集的振动、温度、压力、烟雾与热源等数据形成对策表，采用粗糙集理论进行决策，由推理机通过正向循环推理求解，将最终的危害要素监测结果通过操作员站呈现给用户。

3.8控制方式

系统设有自动、手动、检修三种工作方式以及本地、远程两种控制方式。瓦斯泵站目前已具备自动工作，操作台可进行按钮控制，需要完善的是计算机远程控制。

自动方式：自动方式分为全自动和计算机远程控制。全自动方式采用模糊PID控制，对监测到的数据采用模糊规则进行模糊推理，进行控制参数的自整定，从而实现对瓦斯泵站的智能控制。

4效益分析：

瓦斯泵站自动化实现后，每班定期（1小时/次）由巡检机器人进行巡视，压风机房真正意义上实现无人值守，由原来的一个圆班需要岗位工8人和维修人员2人，到现在无人值守，只需要安排1名远程操作人员和2名维修人员定期维护、保养、维修即可，每年可减少职工工资支出：7人*4200（元*人/月）*12月=35.28万元。

5结论：

本系统的完成可以实现以下目标：

1）采集、显示瓦斯泵站各设备运行的电气参数、电气设备运行的状况。

2）瓦斯泵站的启动、停止，严格按启动程序控制各设备的起、停。

参考文献：

[1]  翟旭阳，煤矿瓦斯抽排泵站的自动化改造[J].煤，2008（06）.

[2]  李喜员、谢海龙、刘国正、徐长安，平顶山矿区深井开采瓦斯治理技术浅探[J].中州煤炭，2010（01）.

（作者单位：山西锦兴能源有限责任公司）