井下供水供風(fēng)管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測及壓力再平衡技術(shù)任務(wù)書

#井下供水供風(fēng)管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測及壓力再平衡技術(shù)（任務(wù)書）隨著礦井生產(chǎn)接續(xù)的不斷延伸，井下供水供風(fēng)系統(tǒng)管網(wǎng)的鋪設(shè)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，在現(xiàn)場的實(shí)際使用中，供水供風(fēng)系統(tǒng)普遍存在著兩個(gè)難題，一個(gè)是供水供風(fēng)管路的泄漏問題，一個(gè)是各個(gè)用水用風(fēng)點(diǎn)壓力不平衡問題。由于這兩個(gè)問題的存在，不僅造成了大量的水資源及能源的浪費(fèi)，還會(huì)由于水壓、風(fēng)壓分配的不平衡導(dǎo)致局部管路的失壓或超壓，致使部分水力及風(fēng)動(dòng)設(shè)備無法正常工作甚至損壞。因此，國內(nèi)外同行業(yè)多有對(duì)此問題進(jìn)行公關(guān)的企業(yè)，但至今仍沒有可以適應(yīng)各種井下復(fù)雜條件的通用完美方案，因此煤礦在科技大學(xué)的技術(shù)支持下，依據(jù)本礦井下的實(shí)際地質(zhì)及供水供風(fēng)管網(wǎng)條件，探索一種能基本適用于的我國豎井采煤礦井的供水供風(fēng)管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測及壓力再平衡的解決方案。本方案的基本設(shè)計(jì)思路是，通過在供水供風(fēng)管路的每一個(gè)分支點(diǎn)及支路末端安裝壓力傳感器，系統(tǒng)自動(dòng)采集各個(gè)分支點(diǎn)的壓力并進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的：一是通過分析每一對(duì)相鄰分支點(diǎn)（或支路末端）的壓力差的大小判斷該段管路是否有泄漏情況；二是根據(jù)各個(gè)壓力監(jiān)測點(diǎn)所取得的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整供水供風(fēng)管路分支點(diǎn)的電磁閥流量，從而實(shí)現(xiàn)供水供風(fēng)管路的壓力在平衡。供水供風(fēng)系統(tǒng)壓力的失調(diào)，可分為靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)。靜態(tài)失調(diào)是由于某些環(huán)路存在剩余壓頭，即某些環(huán)路的阻力過小時(shí)，這些環(huán)路的實(shí)際流量就將超過設(shè)計(jì)流量，由于總的流量一定，則其他部分就達(dá)不到設(shè)定流量，就會(huì)出現(xiàn)流量不均，壓力失調(diào)；在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，當(dāng)某些環(huán)路的流量發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)的壓力分布發(fā)生變化，從而干擾到其他環(huán)路，從而使其他環(huán)路本不應(yīng)有的變化產(chǎn)生。本項(xiàng)目針對(duì)供水供風(fēng)管路的泄漏問題將對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行研究：1．管道利用情況技術(shù)研究。運(yùn)用流體力學(xué)原理，分析管道系統(tǒng)中流體的流動(dòng)過程，建立管道模型，再結(jié)合實(shí)測信息，在線分析管道沿程的壓力、流量分布隨時(shí)間變化的過程，研究供水管道中關(guān)鍵部位的水流量、壓力，及供風(fēng)管道中關(guān)鍵部位的氣體壓力。2.供水檢測水力模型的研究。采用負(fù)壓-流量法管道泄漏監(jiān)測技術(shù)通過監(jiān)測負(fù)壓波和流量對(duì)管道泄漏進(jìn)行判斷。3．供風(fēng)泄漏檢測模型的建立。利用差壓法對(duì)壓力管道的氣體泄漏進(jìn)行檢測建立模型。4．優(yōu)化礦井管網(wǎng)系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)。采用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)提高信息的全面性；融合多種智能診斷方法提高診斷的準(zhǔn)確性；建立基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程協(xié)作診斷系統(tǒng)，最大限度地保證管道檢測的正確性與可靠性。5．動(dòng)態(tài)泄漏監(jiān)測軟件的開發(fā)。監(jiān)測系統(tǒng)的軟件主要包括以下幾個(gè)功能模塊：數(shù)據(jù)采集與變換模塊，可以采集負(fù)壓信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制格式保存；數(shù)據(jù)傳輸模塊；數(shù)據(jù)處理及診斷模塊，在監(jiān)控中心進(jìn)行小波變換、濾波等處理，確保能準(zhǔn)確找到壓力拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；泄漏范圍定位程序；數(shù)據(jù)保存模塊；歷史數(shù)據(jù)分析程序等。6、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。由監(jiān)控終端、監(jiān)控中心和遠(yuǎn)程訪問三部分組成。實(shí)施時(shí)在副井口、南翼（副井底南門、南一石門、十采車場、南大巷、六采軌道巷等）及北翼（副井口北門、七采石門、1301巖集軌、1305礦泉水車場等）分別安裝供水管路流量傳感器、壓力傳感器，用于采集各主干線的水管壓力和流量；在供風(fēng)管路壓力傳感器，采集各主干線的風(fēng)管壓力。具體運(yùn)行形程：現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換以及濾波等預(yù)處理，通過串行通信，將數(shù)據(jù)直接送往主控計(jì)算機(jī)；采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。上位機(jī)軟件主要對(duì)單片機(jī)通過串口轉(zhuǎn)過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，在工控機(jī)界面上可以看到井下各管路實(shí)時(shí)運(yùn)行情況和歷史數(shù)據(jù)曲線。本項(xiàng)目針對(duì)供水供風(fēng)管路壓力不平衡問題采用壓差控制技術(shù)調(diào)節(jié)，是通過動(dòng)態(tài)壓力平衡設(shè)備將雙管并聯(lián)的系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)壓差恒定在設(shè)計(jì)壓差。基于壓差控制的動(dòng)態(tài)壓力平衡調(diào)節(jié)主要有以下幾種形式:1、自力式壓差調(diào)節(jié)器:當(dāng)某一支路流量發(fā)生變化時(shí)，壓差調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)集水（風(fēng)）器、分水（風(fēng)）器之間的壓差，使其保持恒定，從而其余各個(gè)支路流量保持不變。2、電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置:包括二通裝置、三通裝置、分流裝置等形式，通過調(diào)節(jié)旁通水（風(fēng)）流量，從而使集水（風(fēng)）、分水（風(fēng)）器壓差或支路兩端壓差保持恒定。3、水泵（空壓機(jī)）變頻:調(diào)節(jié)水泵（空壓機(jī)）電壓頻率來調(diào)整水泵（空壓機(jī)）流量，穩(wěn)定集水（風(fēng)）、分水（風(fēng)）器壓差。4、動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié):當(dāng)其他管路特性發(fā)生變化時(shí)，動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)整兩端壓差，使其保持恒定，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)裝置的流量特性曲線與理想特性曲線一致，不會(huì)發(fā)生變形，調(diào)節(jié)性能好。流量控制調(diào)節(jié)，是近幾年新出現(xiàn)的一種方法，主要的形式是智能流量裝置。智能流量裝置:當(dāng)調(diào)節(jié)裝置兩端壓差發(fā)生變化時(shí)，裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)開度，使得所在支路流量恒定在設(shè)定值。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)能源節(jié)約的要求越來越高。國家也提出了節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、建設(shè)低碳社會(huì)的要求。各種流體管網(wǎng)系統(tǒng)，如建筑空調(diào)系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、化工行業(yè)里的輸送設(shè)備、電廠的熱工裝置等都是能源消耗的大戶，有極大的節(jié)能潛力。因此，人們對(duì)流體管網(wǎng)系統(tǒng)的水力平衡提出了更高的要求，在達(dá)到平衡的情況下，還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)節(jié)能。針對(duì)供水供風(fēng)管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測部分，關(guān)鍵技術(shù)如下：1．提出符合煤礦井下管線監(jiān)測的方法和技術(shù)；2．設(shè)計(jì)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)，對(duì)供水供風(fēng)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，統(tǒng)計(jì)分析各干線的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以及計(jì)量和控制各干線使用量；3．便于系統(tǒng)的擴(kuò)展，為以后更為強(qiáng)大的信息化管理系統(tǒng)提供接口。所采用的研究、實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)路線：通過現(xiàn)場調(diào)研f提出總體設(shè)計(jì)方案f完成泄漏監(jiān)測設(shè)備的生產(chǎn)f完成監(jiān)測及保護(hù)系統(tǒng)元件的開發(fā)f完成成套裝置的組裝及系統(tǒng)調(diào)試f用戶應(yīng)用。整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)由放置在中央控制室的一臺(tái)工控機(jī)和若干個(gè)子站點(diǎn)的壓力采集系統(tǒng)組成。管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)的軟件主要分為兩大部分，即為上位機(jī)部分和下位機(jī)部分。下位機(jī)部分為單片機(jī)部分，接收現(xiàn)場一次數(shù)據(jù)。具體又可分為信號(hào)采樣系統(tǒng)（包括流量變送器、壓力變送器、溫度變送器等）、信號(hào)處理系統(tǒng)、報(bào)警裝置。安裝在管道的上、下游站的高精度壓力變送器、溫度變送器和流量信號(hào)發(fā)生器等儀表，對(duì)現(xiàn)場信號(hào)進(jìn)行采集，信號(hào)通過傳感器傳送到高速采集設(shè)備，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，中心的工控機(jī)接收到信號(hào)后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理處理，對(duì)接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理后，實(shí)時(shí)監(jiān)測管道的運(yùn)行狀況，給出報(bào)警或提示。針對(duì)供水供風(fēng)管路壓力不平衡問題，情況較為復(fù)雜。因煤礦井下供水供風(fēng)系統(tǒng)覆蓋區(qū)域大，管網(wǎng)也非常復(fù)雜。目前由于井下條件的復(fù)雜性及設(shè)備、成本等因素，井下供水（風(fēng)）遠(yuǎn)沒有達(dá)到恒壓供水（風(fēng)）的程度。井下供水管網(wǎng)壓力平衡系統(tǒng)是為了提高井下供水（風(fēng)）管網(wǎng)供水（風(fēng)）壓力穩(wěn)定性，通過數(shù)據(jù)采集，分析，控制分支管路流水流量等來達(dá)到供水（風(fēng)）點(diǎn)的出水（風(fēng)）壓力要求。該系統(tǒng)通過對(duì)項(xiàng)目目標(biāo)、設(shè)備工作環(huán)境以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等因素和設(shè)備技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析，提出利用現(xiàn)有管網(wǎng)測壓設(shè)備對(duì)管網(wǎng)重要調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行遙測、遙控的技術(shù)方案，及時(shí)應(yīng)對(duì)適應(yīng)工況變化和管網(wǎng)事故，提高供水管理和服務(wù)水平。本項(xiàng)目是通過動(dòng)態(tài)水（風(fēng)）力平衡設(shè)備將雙管并聯(lián)的系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)壓差恒定在設(shè)計(jì)壓差。針對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行研究實(shí)施：（一）研究內(nèi)容1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的理論研究。針對(duì)井下用水（風(fēng)）情況的變化，根據(jù)對(duì)井下供水（風(fēng)）管網(wǎng)各供水（風(fēng)）點(diǎn)出水（風(fēng)）壓力的要求，制定井下供水（風(fēng)）管網(wǎng)壓力平衡系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。通過井下供水（風(fēng)）管網(wǎng)特點(diǎn)的研究及管道供水（風(fēng)）流體力學(xué)的分析，選取主要調(diào)控節(jié)點(diǎn)，通過遠(yuǎn)程控制水（風(fēng)）量，設(shè)定合適的壓力控制點(diǎn)及上下限。調(diào)節(jié)時(shí)間和控制方式，實(shí)現(xiàn)供水（風(fēng)）管網(wǎng)的壓力調(diào)節(jié)，從而保證各用水（風(fēng)）點(diǎn)的用水（風(fēng)）需要。2、通訊結(jié)構(gòu)的研究。以總線結(jié)構(gòu)作為供水（風(fēng)）系統(tǒng)的通訊結(jié)構(gòu)，利用工業(yè)以太網(wǎng)做為現(xiàn)場總線進(jìn)行現(xiàn)場控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，井下以太環(huán)網(wǎng)將A/D采集模塊采集到的信號(hào)傳送到監(jiān)控室?，F(xiàn)場控制層以PLC、電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及壓力傳感器構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。同時(shí)基于Web的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)供水（風(fēng)）平衡的遠(yuǎn)程監(jiān)控、系統(tǒng)警報(bào)和維護(hù)等工作。3、系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)通信要求進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定井下供水（風(fēng)）管網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)和供水（風(fēng)）子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及通訊系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)供水（風(fēng)）管網(wǎng)的壓力平衡。4、監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與研究。針對(duì)現(xiàn)有煤礦井下環(huán)境，設(shè)計(jì)一套在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。以西門子PLC為控制核心，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際采用工業(yè)以太網(wǎng)通信。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測井下供水管網(wǎng)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，進(jìn)一步提高井下供水（風(fēng)）管網(wǎng)管理現(xiàn)代化、控制自動(dòng)化的水平。5.動(dòng)態(tài)泄漏監(jiān)測軟件的開發(fā)。PLC系統(tǒng)通過壓力等參數(shù)采取PID控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的遠(yuǎn)控。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于西門子PLC編程軟件，采用的組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場畫面進(jìn)行監(jiān)控，用戶可以方便地構(gòu)造應(yīng)自己需要的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，在任何需要的時(shí)候把生產(chǎn)現(xiàn)場的信息實(shí)時(shí)地傳送到監(jiān)控室，保證信息在全礦范圍內(nèi)的暢通。6、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。由監(jiān)控終端、控制中心和遠(yuǎn)程監(jiān)控三部分組成。監(jiān)控終端是以PLC、電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及壓力傳感器構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)；控制中心是以西門子PLC為控制核心，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊；遠(yuǎn)程監(jiān)控是通過組態(tài)軟件的組態(tài)，使計(jì)算機(jī)與PLC通訊，以友好簡潔的畫面方式顯示整個(gè)工藝流程，以及生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)監(jiān)測和動(dòng)作執(zhí)行、控制等。具體運(yùn)行形式：現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換以及濾波等預(yù)處理，通過串行通信，將數(shù)據(jù)直接送往主控計(jì)算機(jī)；采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)通過PID控制策略、電器轉(zhuǎn)換、執(zhí)行器等電氣裝置實(shí)現(xiàn)了將平衡調(diào)節(jié)裝置集成于井下自動(dòng)化控制系統(tǒng)。7．系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝地點(diǎn)。系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)設(shè)在礦井采區(qū)入口處，分別安裝供水管路調(diào)控裝置、壓力傳感器，用于采集各主干線的水管壓力，分段實(shí)現(xiàn)水力平衡調(diào)控。五采區(qū)：北大巷1305巖集運(yùn)門口六采區(qū)：下組煤軌道暗斜井門口；六采軌道巷1號(hào)聯(lián)上車場七采區(qū)：七采軌道巷上車場；七采南泄中部車場巷采區(qū)：南翼軌道大巷1號(hào)聯(lián)十采區(qū)：十采軌道巷上車場（1001變電所門口）；2309皮帶聯(lián)門口（二）技術(shù)目標(biāo).最終形成基于煤礦井下供水供風(fēng)管網(wǎng)的PLC系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)各一套，以西門子PLC為控制核心，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)施監(jiān)測井下供水（風(fēng)）管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和各種參數(shù)，并根據(jù)需要進(jìn)行自動(dòng)和遠(yuǎn)控調(diào)節(jié)，提高了井下供水（風(fēng)）管路管理的現(xiàn)代化、控制自動(dòng)化的水平；.同時(shí)具有自動(dòng)、手動(dòng)控制方式，兩種方式互為備用，具有數(shù)據(jù)采集與分析功能，對(duì)管路的利用情況進(jìn)行分析平衡，確保經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；.實(shí)現(xiàn)自動(dòng)可調(diào)能力。可以根據(jù)流體管網(wǎng)內(nèi)各支路的需求，實(shí)時(shí)平衡各管路用水（風(fēng)）。合理的使用多臺(tái)調(diào)節(jié)裝置，使其循環(huán)切換工作，在保證供水（風(fēng)）壓力的前提下，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)；.具備完善的系統(tǒng)保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障特征的判斷；.實(shí)現(xiàn)與煤礦安全生產(chǎn)檢測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳可同時(shí)送到區(qū)隊(duì)監(jiān)控站和礦調(diào)度監(jiān)控室，并具有權(quán)限分級(jí)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)遠(yuǎn)程檢測監(jiān)控,輔助供水（風(fēng)）決策、優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度；.具有較強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性（系統(tǒng)硬件和軟件均采用模塊化、結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化）。（三）關(guān)鍵技術(shù)本系統(tǒng)基于西門子PLC作為編程軟件，建立流體管網(wǎng)系統(tǒng)模型，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，結(jié)合智能調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全面水（風(fēng)）力平衡。設(shè)計(jì)采用的組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場畫面進(jìn)行監(jiān)控，用戶可方便地應(yīng)用自己需要的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，在任何需要的時(shí)間把生產(chǎn)現(xiàn)場的信息實(shí)時(shí)地傳送到監(jiān)控室，保證信息在全礦范圍內(nèi)暢通。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能使企業(yè)的基層和其他部門建立起聯(lián)系，現(xiàn)場操作人員和廠礦管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。管理人員不需要深入生產(chǎn)現(xiàn)場，就可以獲得實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。（四）技術(shù)參數(shù)指標(biāo)1.井下電氣設(shè)備符合防爆要求，現(xiàn)場控制分站工作電壓127V；2、傳感器工作電壓為24v,適宜工作壓力為1?10MPa,工作流量為1-1000m3/h3、準(zhǔn)確地確定各監(jiān)測點(diǎn)的工作狀態(tài)；4、系統(tǒng)動(dòng)作準(zhǔn)確、及時(shí)，響應(yīng)時(shí)間小于；5、具有較強(qiáng)的抗干擾能力、容錯(cuò)恢復(fù)能力和較高的可靠性；6、系統(tǒng)的使用和維護(hù)簡單方便，正常工作時(shí)無需人為干預(yù)。項(xiàng)目完成后通過集團(tuán)公司驗(yàn)收獲上級(jí)技術(shù)鑒定。（一）技術(shù)水平與國內(nèi)外同類技術(shù)比較，本課題研究成果的理論性、實(shí)用性、可操作性均有較大的提高，達(dá)到國際先進(jìn)水平。（二）經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益本項(xiàng)目完成后首先有助于煤礦完善礦井供水系統(tǒng)，進(jìn)一步搞好節(jié)能工程，保障生產(chǎn)；運(yùn)用供水壓力平衡原理及方法分析煤礦生產(chǎn)企業(yè)井下供水體系所存在的問題，找到正確合理的解決途徑，不但有助于企業(yè)供水節(jié)能的技改工作，同時(shí)也為煤礦降低運(yùn)行成本，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)保效益更大。（三）推廣應(yīng)用前景在國家大力調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)煤炭行業(yè)由量的增長向質(zhì)的轉(zhuǎn)變，提高安全生產(chǎn)水平，全面促進(jìn)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的背景下，為確保井下安全生產(chǎn)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，提升煤炭生產(chǎn)安全與可靠性領(lǐng)域的工程研究技術(shù)水平和工程化轉(zhuǎn)化能力，實(shí)施“井下供水供風(fēng)管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測及壓力再平衡技術(shù)”的研究是必要的和急需的，項(xiàng)目完成后可在其他礦井和水利專業(yè)推廣應(yīng)用，前景廣闊。通過調(diào)研f整理系統(tǒng)參數(shù)f提出總體設(shè)計(jì)方案f供水管網(wǎng)均衡調(diào)節(jié)設(shè)備的研制f監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)f成套裝置的組裝及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)f型式試驗(yàn)f現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)f優(yōu)化完善總結(jié)改進(jìn)f完善技術(shù)資料一項(xiàng)目驗(yàn)收（鑒定）整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)由中央控制室的一臺(tái)工控機(jī)和若干個(gè)子站點(diǎn)的平衡調(diào)節(jié)裝置組成。該項(xiàng)目的實(shí)施改變了過去礦井監(jiān)控只能靠人工單一調(diào)控的局面，實(shí)現(xiàn)礦井排水自動(dòng)化控制和地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。工控機(jī)選用臺(tái)灣研華工控機(jī)，保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。配上位機(jī)組態(tài)軟件，動(dòng)態(tài)監(jiān)控管道調(diào)節(jié)裝置及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)顯示流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數(shù)，超限報(bào)警，故障點(diǎn)自動(dòng)閃爍。具有故障記錄，歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，并可實(shí)現(xiàn)遙測、遙控功能?，F(xiàn)場PLC隔爆兼本安控制箱選用西門子PLC，可靠性高、指令集豐富、易于掌握、操作便捷、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性、通信能力強(qiáng)、擴(kuò)展模塊多等。它是在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心。它的主要任務(wù)是收集和處理現(xiàn)場傳感信號(hào)和控制器的輸出信號(hào)，繼而控制現(xiàn)場各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。井下以太環(huán)網(wǎng)將A/D采集模塊采集到的信號(hào)傳送到監(jiān)控室?，F(xiàn)場控制層以PLC、電動(dòng)閥以及壓力傳感器構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。現(xiàn)場控制層軟件設(shè)計(jì)主要包括以PLC為核心的水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)程序以及PLC分別與觸摸屏和與分站通信程序兩個(gè)主要部分。該系統(tǒng)軟件的開發(fā)環(huán)境為SIEMENSSIMATIC編程軟件，用模塊式結(jié)構(gòu)程序方式編程，這樣既可增強(qiáng)程序的可讀性，方便調(diào)試和維護(hù)工作，又能使數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，方便WINCC組態(tài)時(shí)變量標(biāo)簽的統(tǒng)一編制和設(shè)備狀態(tài)的統(tǒng)一。程序主要分為:通訊子程序、水站控制子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、保護(hù)功能處理子程序等。系統(tǒng)通過PID控制策略將可編程控制器（PLC）利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)PID控制，而可編程控制器（PLC）可以直接實(shí)現(xiàn)PID控制功能控制器，利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能?，F(xiàn)場軟件通過調(diào)整模擬量輸入的穩(wěn)定狀況，采用慣性濾波的方法對(duì)A/D采樣的結(jié)果進(jìn)行處理，以便模擬量信號(hào)會(huì)更加穩(wěn)定，便于控制。煤礦目前致力于信息化礦井的建設(shè)，從井下各采區(qū)到地面辦公室建立了

10M/100M的以太網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了采礦、通風(fēng)、機(jī)電等數(shù)字化管理，具備了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。該項(xiàng)目的實(shí)施為礦井下供水平衡的遠(yuǎn)程監(jiān)測提供了基礎(chǔ)?？萍即髮W(xué)是省重點(diǎn)高校，具有較強(qiáng)的綜合科研實(shí)力，礦集團(tuán)與科技大學(xué)雙方長期以來建立了較好的合作基礎(chǔ)，具有豐富的系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，多年從事機(jī)電采礦等研究，擁有一支實(shí)力比較雄厚的研發(fā)隊(duì)伍，研發(fā)人員在該類產(chǎn)品技術(shù)于煤礦行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)有豐富的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，多年來一直從事數(shù)據(jù)傳感和控制領(lǐng)域研究，其技術(shù)成果成功的應(yīng)用到多個(gè)不同領(lǐng)域。由于參與本項(xiàng)目研究的單位都是在本項(xiàng)目研究方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)產(chǎn)品的單位，并且一直從事該技術(shù)領(lǐng)域的理論研究，具有深厚的技術(shù)儲(chǔ)備，為本次研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。雙方在前期工作中對(duì)該技術(shù)深入跟蹤調(diào)研，對(duì)現(xiàn)場條件，工作要求和關(guān)鍵元器件的選擇做了大量工作，具備完成項(xiàng)目的能力。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：州煤業(yè)股份有限公司煤礦。實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃為：1．2011年5月 資料收集和方案設(shè)計(jì)，項(xiàng)目論證；2．2011年6-9月裝置選型、軟件系統(tǒng)開發(fā)；2011年10-12月 樣機(jī)試制、安裝調(diào)試，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢測、系統(tǒng)地面試運(yùn)行；2012年1月系統(tǒng)運(yùn)行，優(yōu)化完善系統(tǒng)；2012年2-5月工業(yè)性試驗(yàn)、優(yōu)化完善、撰寫項(xiàng)目報(bào)告；6．2012年6月提交報(bào)告、申請(qǐng)驗(yàn)收，項(xiàng)目鑒定（驗(yàn)收）。州煤業(yè)股份