XX煤矿瓦斯抽采泵站监控系统技术方案

XX煤业有限责任公司 瓦斯抽采泵站监控系统

技术方案

投标单位： （盖单位章）

2014 年 11 月 19 日

目 录

前言 .................................................................................................................................................. - 1 - 第一章 用户对瓦斯抽放监控系统的需求分析 ............................................................................. - 2 -

1.1 用户现状概述 ................................................................................................................... - 2 - 1.2 用户需求目标 ................................................................................................................... - 2 -

系统功能要求 ................................................................................................................... - 2 - （1）、监测部分实现功能 ............................................................................................. - 2 - （2）、自动控制部分主要功能和特点 ......................................................................... - 3 -

第二章 概述 ..................................................................................................................................... - 5 -

2.1 先进性 ............................................................................................................................... - 5 - 2.2 可靠性 ............................................................................................................................... - 5 - 2.3 安全性 ............................................................................................................................... - 5 - 2.4 扩展性 ............................................................................................................................... - 5 - 2.5 开放性 ............................................................................................................................... - 5 - 2.6 最新版国家标准（GB）和行业标准 ............................................................................... - 6 - 第三章 设计思想 ............................................................................................................................. - 7 -

3.1地面监控中心设计 ............................................................................................................ - 7 - 3.2系统主干传输方式设计 .................................................................................................... - 7 -

3.2.1采用通讯电缆 ........................................................................................................ - 7 - 3.2.2采用光缆 ................................................................................................................ - 7 - 3.2.3采用工业以太网 .................................................................................................... - 7 - 3.3前端数据采集、控制部分 ................................................................................................ - 8 - 第四章 系统解决方案 ..................................................................................................................... - 9 -

4.1 方案设计 ........................................................................................................................... - 9 -

4.1.1 地面监控中心设备配置 ....................................................................................... - 9 - 4.1.2 主干传输部分 ....................................................................................................... - 9 - 4.1.3 前端数据采集、控制部分 ................................................................................... - 9 - 4.2 系统构架 ......................................................................................................................... - 10 -

4.2.1 系统逻辑示意图 ................................................................................................. - 10 - 4.2.2 系统构架综述 ..................................................................................................... - 10 - 4.3 系统主要功能 ................................................................................................................. - 11 -

4.3.1 中心站功能 ......................................................................................................... - 11 - 4.3.2 实时监测 ............................................................................................................. - 12 - 4.3.3 实时控制 ............................................................................................................. - 13 - 4.4 系统主要技术优势 ......................................................................................................... - 13 - 第五章 主要设备技术参数 ........................................................................................................... - 15 -

5.1 KJ692-F矿用本安型分站 .............................................................................................. - 15 - 5.2 GJG100H(A)管道红外甲烷传感器 ................................................................................. - 15 - 5.3 GTH1000(A)管道一氧化碳传感器 ................................................................................. - 15 - 5.4 GLW30热线式流量传感器 .............................................................................................. - 16 - 5.5 KDW65多路不间断本安电源 .......................................................................................... - 16 - 5.6 KJK18本安型显示控制柜 .............................................................................................. - 16 - 5.7 KXJ11-660矿用隔爆兼本安型可编程控制箱 .............................................................. - 17 -

5.8 KGJ16B型瓦斯传感器 .................................................................................................... - 17 - 5.9 KGT15型设备开停传感器 .............................................................................................. - 17 - 5.10 GUC8型超声波物位传感器 .......................................................................................... - 18 - 5.11 GWP120B矿用本安型温度传感器 ................................................................................ - 18 - 5.12 GUY0.5型缺水传感器 .................................................................................................. - 18 - 5.13 KCC2-5型总线式I/O接口 .......................................................................................... - 18 - 5.14 KG3007A型矿用温度传感器 ........................................................................................ - 19 - 5.15 GPD5/100-1矿用差压传感器 ...................................................................................... - 19 - 5.16 MT8000型综合数据接口箱 .......................................................................................... - 19 - 5.17 KGY8-1矿用压力传感器 .............................................................................................. - 19 - 第六章 主要设备清单 ................................................................................................................... - 21 - 第七章 售后服务 ........................................................................................................................... - 22 -

7.1 技术支持 ......................................................................................................................... - 22 -

7.1.1 电话支持 ............................................................................................................. - 22 - 7.1.2 现场支持 ............................................................................................................. - 22 - 7.2 技术培训 ......................................................................................................................... - 23 -

7.2.1 项目实施前期 ..................................................................................................... - 23 - 7.1.2 工程实施期间 ..................................................................................................... - 23 - 7.1.3 工程实施结束后 ................................................................................................. - 23 - 7.3 售后服务 ......................................................................................................................... - 23 -

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前言

矿井瓦斯是指煤矿井下以甲烷为主的各种有害气体的总称。瓦斯具有燃烧和爆炸性。当空气中的瓦斯气体达到一定浓度时，遇到火源，就可能燃烧或爆炸。瓦斯爆炸事故是煤矿安全生产的最大威胁，是煤矿安全生产的“第一杀手”。建国以来煤矿发生22起一次死亡百人以上事故，其中20起为瓦斯爆炸事故。因此《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》(2014年版)规定特定条件下的煤矿必须安装瓦斯抽放系统及瓦斯抽放监控系统。

煤矿瓦斯抽放监控系统主要用来监测瓦斯抽放中的抽放管道参数、瓦斯抽放泵参数、供水、供电参数以及储气罐参数，计算出瓦斯的抽放的标况混量和标况纯量，给出日、月以及年度的分析报表，并按工艺或应急处理流程控制各节点设备。能随时向地面反映井下环境变化，使工作人员能及时了解井下瓦斯抽放系统有关参数的变化情况，对存在的隐患能够迅速作出处理决策，从而有效避免灾害发生。

因此煤矿瓦斯抽放监控系统在保障煤矿安全，提高煤矿生产效率等方面发挥着非常重要的作用。

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第一章 用户对瓦斯抽放监控系统的需求分析

1.1 用户现状概述

地面瓦斯抽放泵站：

地面瓦斯抽放泵站共1条高负压进/出气管路气体需要监测； 管径为DN600mm；

地面瓦斯抽放泵站安设有2台瓦斯抽放泵； 地面瓦斯抽放泵站安设有2台循环水泵； 地面瓦斯抽放泵站安设有高、低位水池各一个；

1.2 用户需求目标

系统功能要求

（1）、监测部分实现功能

通过管道安装的抽放管道流量传感器（流量、甲烷、压力、温度）实时运算各管道每分钟的混合流量、纯流量、时日月年累计流量，同时进行温度、压力自动实时修正补偿；通过轴承温度传感器、缺水信号开关和设备开停传感器监测抽放泵的工作状态；通过甲烷传感器实时监测抽放泵站机房的环境泄漏瓦斯浓度，并实现报警和断电保护；通过液位传感器和温度传感器实时监测抽放泵房循环水仓水位、水温状况，并实现报警和供水保护；利用上述监测数据实现整个瓦斯抽放泵站的综合保护和自动化控制功能。

系统实现功能具体如下：

1）、对抽放主管路的各参数进行检测，包括如下：

? 抽放管路的管道流量； ? 管路的管道负压； ? 管道温度； ? 管道瓦斯浓度；

? 根据传感器检测的参数由检测装置自动计算出瞬时工况混合流量、工

况纯瓦斯流量、标况纯瓦斯流量以及累计流量；

? 检测装置通过独立显示屏就地显示所有测量参数，每个测量参数独立

实时显示；

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太网设备进入工业以太网，系统监控主机通过访问贯穿整个矿井的工业以太网平台实现与现场各分站通讯。

特点：系统设备接入方便灵活，巡检周期短，成本较高。

3.3前端数据采集、控制部分

前端数据采集包括监控分站，热线式管道气体流量传感器，管道红外瓦斯传感器，管道一氧化碳传感器，汽水分离装置，PLC控制箱，本安型显示控制柜，抽放泵轴温传感器，总线式I/O接口，水池水温传感器，缺水传感器，超声波物位传感器，设备开停传感器、环境温度传感器，环境瓦斯传感器、三防装置差压传感器等。各类传感器将采集到的各种环境及生产信息传送给分站，分站将预处理过的各类传感器信息上传给监控主机实时显示、存储、并实现报警等。

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第四章 系统解决方案

4.1 方案设计

4.1.1 地面监控中心设备配置

XX煤矿煤矿地面瓦斯抽采泵站监控中心的监测主机选择2台工控机作为监控中心站，中心站通过矿方工业以太环网与地面瓦斯抽放泵房进行通讯。中心站可实时显示管道气体参数、抽放泵工况参数、供水参数、环境参数动、静态图形、数据、曲线等，并可根据现场工况情况实现对部分设备的远程紧急启停等。

如上所述，中心机房主要由下列设备组成： 监控中心站；

综合数据接口箱、本安型显示控制柜等；

4.1.2 主干传输部分

本系统利用后期建立的工业以太环网作为传输通道;前期独立运行，后期通过光缆将分站接入瓦斯抽放、发电站环网交换机,实现与调度中心站汇接。

4.1.3 前端数据采集、控制部分

根据XX煤业有限责任公司技术要求，本次设计主要设备配置如下：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设备名称 管道红外甲烷传感器 管道一氧化碳传感器 气水分离装置 压力传感器 矿用设备开停传感器 管道流量传感器 泵轴温度传感器 压差传感器 本安型显示控制柜 PLC控制箱 环境温度传感器 低浓度环境甲烷传感器 超声波物位传感器 型号 GJG100H(A) GTH1000(A) KPP2 KGY8-1 KGT15 GLW30 GWP120 GPD5/100-1 KJK18 KXJ11-660 KG3007A KGJ16B GUC8 数量 2 2 4 1 4 2 4 2 2 1 2 3 2 备注 -天地（常州）自动化股份有限公司- - 9 -

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14 15 16 17 18 19 20 21 水温传感器 缺水传感器 总线式IO接口 IO接口电源箱 监控分站 分站电源箱 综合数据接口箱 V锥流量计 GWP120 GUY0.5 KCC2-5S KDW65 KJ692-F KDW65 MT8000 DN600，含GD3多参数传感器、GJG100H（A）瓦斯传感器、KPP1汽水分离装置 2 2 5 1 6 6 1 1 注：以上设备均不包含备用。 4.2 系统构架

4.2.1 系统逻辑示意图

4.2.2 系统构架综述

工业以太网方式

监控中心：监控主机，本安型显示控制柜，综合数据接口箱。 主干传输：光缆/以太环网传输。

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前端数据采集、控制部分：PLC控制箱，采集分站，各类传感器。

4.3 系统主要功能

4.3.1 中心站功能

我公司提供的KJ692（A）型煤矿瓦斯抽放监控系统是一个综合性的监控系统，实现了信息共享和局部环节的自动化控制。整个系统是典型三级网络架构，是一种先进的集散型微处理机系统。先进可靠的软件，总线型的分站和传感器使系统保持领先的技术水平，局部传感器及其连接线的故障不会影响系统的正常工作，从而确保整个系统的可靠性。系统具有技术先进、结构合理、运行可靠、故障分散、维修方便等优点。

? 自动监测地面瓦斯抽放系统管道瓦斯浓度、管道压力、管道温度、管道一氧化碳浓度、管道工况及标况混合流量等管道参数；

? 根据管道参数自动计算出管道标况纯流量；

? 自动统计管道标况混合流量和管道标况纯流量的年、月、日累计量； ? 自动监测瓦斯抽放系统中环境温度、环境瓦斯浓度等环境参数，当监测点瓦斯浓度值达到报警值时，系统进行声光报警并显示该点报警信息；

? 自动监测瓦斯抽放系统中瓦斯抽放泵、水泵的运行状态、瓦斯泵轴承温度、三防装置两端差压等工况参数；

? 自动监测瓦斯抽放系统中瓦斯抽放泵供水状态、水池水位、水池水温等供水参数；

? 自动监测及控制瓦斯抽放泵、循环水泵的开闭状态；

? 以上各监测参数和瓦斯累计量等在瓦斯抽放监控系统上位机实时显示； ? 对系统的控制，提供控制触点，而且常开/常闭状态，触点之间是否需要互锁可以自由选择，完全满足现场不同设备的控制接入需要；

? 系统设置远程、集中控制方式。远程控制方式系指在控制室的上位机上通过鼠标、键盘按所设程序自动或手动完成操作，集中控制方式系指在瓦斯抽放值班室的操作台面板上按所设程序自动或手动完成操作；

? 系统控制模式灵活，根据不同的需要，可以选择自动、手动控制模式； ? 可在上位机组态画面上实现对瓦斯抽放系统的远程监控；

? 可编程控制柜在与上位机通讯中断的情况下仍可以对泵站中各设备进行控

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制和保护；

? 系统具有自诊断功能，抽放系统运行出现异常时，可以根据异常状态的不同，对系统发出不同的控制动作，在中心站发出报警信号，同时可在中心站上可查询异常发生的详细状况；

? 可以进行历史数据查询、报警查询和报表打印功能，对数据的保存2年以上(系统中心站硬盘空间需满足存储要求)。

? 可在地面的监控主机上实现数据的集中显示和上传矿调度中心。

4.3.2 实时监测

1) 管道参数监测

对地面1条高负压瓦斯管路正/负压侧内气体的流量、温度、压力、甲烷浓度、一氧化碳浓度进行连续监测。自动计算管道标况瓦斯混合量及累计量、标况瓦斯纯量及累计量，并能自动记录、查询、打印各类数据和报表。采用流量传感器等监测管道参数。

所需设备及数量：热线式气体流量计2台、管道红外甲烷传感器2台、管道CO传感器2台、汽水分离装置4台、监控分站及分站电源2台。 2) 排空管内气体参数监测

对地面1条高负压瓦斯管路排空管内气体的流量、温度、压力、甲烷浓度进行连续监测。自动计算管道标况瓦斯混合量及累计量、标况瓦斯纯量及累计量，并能自动记录、查询、打印各类数据和报表。采用流量传感器等监测管道参数。 所需设备及数量：V锥流量计1台、管道红外甲烷传感器1台、压力传感器1台、汽水分离装置1台、监控分站及分站电源1台。 3) 工况参数监测

对真空泵前后轴温、抽放泵/水泵电机开停状态、三防装置差压进行连续监测。 所需设备及数量：轴温传感器4台、总线式I/O接口5台、开停传感器4台、三防装置差压传感器2台。 4) 供水参数监测

对真空泵供水状态、水池水位、水温进行连续监测。

所需传感器及数量：缺水传感器2台、水温传感器2台、超声波物位传感器2台。

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5) 环境参数监测

对瓦斯抽放泵站环境温度、环境瓦斯浓度进行连续监测。

所需传感器及数量：环境温度传感器2台、环境瓦斯浓度传感器3台。 以上设备均不包含备用在内；

4.3.3 实时控制

采集分站完成对管道流量、管道负压、瓦斯浓度、CO浓度、管道温度、水池水温、水位、抽放泵轴温电机开停状态、三防装置差压等的数据采集、处理，防爆PLC控制箱及本安型显示控制柜完成对冷却水是否断流、轴温、电机绕组温度、设备运行状态等的检测，完成对设备启停、冷却水自动循环和逻辑保护控制。

4.4 系统主要技术优势

管道红外瓦斯传感器

因为管道环境复杂，水汽、杂质气体以及管道压力可能都会对管道瓦斯测量带来影响，造成管道瓦斯测量一直存在测不准的现象。

研发的管道红外瓦斯传感器，采用了温度、压力的动态补偿并采用了先进的汽水分离装置，使管道红外瓦斯传感器不仅精度高而且长期稳定性好、使用寿命长、标记周期长，便于现场维护。

名称 热导 红外

测量范围 0-100% 0-100%

测量精度 低 高

工作稳定性 短 长

使用寿命 一般 长

抗干扰性 差 好

V型锥管道流量计

自主研发的V锥流量计，精度高、抗振动、直管段要求低、压损小、自整流、自清洁等特点，在可靠性、稳定性、准确性方面较其他流量传感器有较突出的优势，很好地适合中国煤矿现场使用。

热线式管道流量计

自主研发的热线式流量计，精度高、抗振动、压损小等特点，在可靠性、稳定性、准确性方面较其他流量传感器有较突出的优势，很好地适合中国煤矿现场使用。

常用的流量计的性能特点进行比较。 名称 精度 孔板流量计 1.5级 文丘利管 1.5级 涡街流量计 2.0级 涡轮流量计 1.5级 文丘利喷嘴 1级 喷嘴 1级 科氏力流量计 0.5级 V锥流量计 1级 热线式流量计 1.5级别 -天地（常州）自动化股份有限公司- - 13 -

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永久压损 稳定性 量程比 可动部件 直管段要求 振动影响 耐脏防堵性 高流速测量 低流速测量 19.992 差 1:3 无 前10D后5D 无 <4.9 好 1:10 无 前25D后4D 无 13.41 一般 1:7 无 前25D14.94 一般 1:10 有 前25D<4.98 好 1:10 无 前25D后4D 无 9.961 好 1:10 无 前25D后4D 无 29.882 好 1:20 无 前10D后3D 无 <4.9 好 1:10 无 前3D后1D 无 ≈0 好 1:40 无 前10D后5D 无 后15D 后5D 大 大 差 好 一般 差 一般 一般 好 好 好 差 差 好 好 差 差 好 好 好 差 好 差 差 好 好 好 好 好

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第五章 主要设备技术参数

5.1 KJ692-F矿用本安型分站

工作电压：DC18V； 工作电流≤150mA； 信号制：

分站具有4路485双向通信及工作状态指示功能； 分站具有1路以太网通信及工作状态指示功能；

分站具有16路输入口，开关量输入信号采用无波触电型信号；分站具有8路输出控制功能。

5.2 GJG100H(A)管道红外甲烷传感器

防爆型式：矿用本质安全型 ； 工作电压：DC12～24V； 工作电流：≤110mA； 测量范围：0 ～ 100% CH4；

测量误差：±0.07 %（0.00% ～ 1.00%）； 真值的±7 %（1.00% ～ 100%） ； 适应压力范围（绝压）：50KPa ～ 130KPa； 适应温度范围：0 ～ +40℃ ；

信号输出制式：200 ～ 1000Hz或RS485。

5.3 GTH1000(A)管道一氧化碳传感器

防爆型式：矿用本质安全型 ； 工作电压：DC9～24.5V； 工作电流：≤100mA； 测量范围：0 ～ 1000 ppm； 测量误差：±4 %（0 ～ 100ppm）； ±5 %（101 ～ 500ppm）； ±6 %（501 ～ 1000ppm）；

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适应压力范围（绝压）：50KPa ～ 130KPa； 适应温度范围：0 ～40℃ ；

信号输出制式：200 ～ 1000Hz或RS485。

5.4 GLW30热线式流量传感器

额定工作电压：DC18V(波动范围：DC15V～24.5V)； 额定工作电流：≤100mA； 传输口：1路485传输； 传输速率：1200bps； 最大传输距离：2km；

流速测量范围： 0.8m/s～30m/s 压力测试范围：0Kpa～200Kpa（绝压） 温度测试范围：0℃～80℃ 误差：±1.5%（F.S）

5.5 KDW65多路不间断本安电源

防爆型式：矿用隔爆兼本质安全型 ； 输入电压：AC127V/AC220V/AC660V；

输出电压：DC18V/18V/18V三路隔离本安输出； 输出电流：900 mA /900 mA /900 mA； 直接显示：具备液晶显示功能。

5.6 KJK18本安型显示控制柜

工作电压：AC660V、380V、220V、127V； 单路显示板配置：

开关量输入端口：16个； 开关量输出端口：16个； LED智能自动识别总线：2路； 通讯端口： 1路RS485或CAN； 显示方式：多位数码管、指示灯； 操作输入：按钮、旋钮。

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5.7 KXJ11-660矿用隔爆兼本安型可编程控制箱

防爆型式：矿用隔爆兼本安型。

供电电源： AC 127 V、220 V、660 V ；

电源输出：2路独立的本安输出，分别为DC 15 V/1 A、DC 18 V/0.9A； 信号：

⑴ 开关量输入(DI)：不少于24路； ⑵ 开关量输出(DO）：不少于24路； ⑶ 模拟量信号输入(AI)：不少于16路； 通信接口：

⑴ 以太网电接口(本安)：2路，10/100 Mbit/s自适应； ⑵ RS485接口(本安)：2路，传输速率9600 bit/s；

5.8 KGJ16B型瓦斯传感器

防爆型式：矿用隔爆兼本质安全型 ； 测量范围： 0～4%CH4 ； 测量误差：

0.00～1.00 0.10 1.00～3.00 真值的0.10% 3.00～4.00 0.30； 输出信号 ：频率/电流/RS485； 工作电压： DC9～18V ；

工作电流： 频率和电流型DC 18V 不大于120mA，RS485不大于120mA。

5.9 KGT15型设备开停传感器

防爆型式：矿用本质安全型。 被测设备电流：不小于5A； 输出信号： 1.5mA； 电缆外径：ф18～ф80mm； 供电电源： DC11～18V小于10mA。

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