兗州煤業股份有限公司

2013年科技項目

實施方案

項目名稱： 水資源計量監測分析系統

合作單位：濟寧華瑞自動化技術有限公司

編寫時間：2013年8月 10 日

目 錄

• 項目的必要性…………………………………………………1
• 研究開發內容…………………………………………………3
• 主要經濟技術指標、項目最終目標…………………………6
• 關鍵技術及創新點……………………………………………6
• 研究或研制開發的技術路線、實施方式、方法、步驟……7
• 技術、經濟可行性及可靠性分析、論證……………………15
• 對安全、環境、健康的影響性分析…………………………16
• 現有基礎、技術條件，保證體系……………………………18
• 經濟、社會效益分析…………………………………………18
• 項目實施進度計劃……………………………………………19
• 經費計劃…………………………………………………19

• 項目的必要性

1.興隆莊煤礦水資源計量系統的現狀

興隆莊煤礦從投產至今，煤炭生產能力從300萬噸/年提高到700萬噸/年，全礦生產規模、廠房建筑面積、職工人數都有較大的變化；水資源消耗逐年增長，現日取水量達兩萬立方米比其他兄弟礦取水量偏高。根據全礦用水管網系統分為三部分，分別是：地下水取、用水單元；礦井水處理及使用單元；中水處理及中水回用單元（以上三部分均已包括生活用水系統、生產及其輔助用水系統、礦井水凈化及中水回用系統等）。興隆莊煤礦用水主要采自礦區12眼水井的地下水。其中程家莊水源井供程家莊小區；西風井1號、2號水源井供井下和西風井小區；西區1號、2號水源井供家屬西區、家屬中區；老干科水源井供家屬南區、工廣區（服務一隊、職工公寓）、選煤廠、水電暖工區、文體中心、職工食堂、機電隊、興隆礦校；北區1號、2號水源井供北區家屬區、外招、福利化工廠、注漿站、新型建材廠；興盛園水源井供興盛園小區；老木場水源井供家屬東區、醫院、公共辦公樓、環保節能科、礦機廠；東風井1號、2號水源井供井下、東風井小區。礦井水凈化處理站設計處理能力7200m3/d，實際處理能力約6000 m3/d，目前主要用于井下工業生產、洗煤補充水、煤泥熱電廠循環冷卻水及礦區消防用水。生活污水深度處理設施設計處理能力10000 m3/d ，實際處理能力約7500 m3/d，目前主要用于礦工廣區、職工家屬區東區、北區、中區、南區及西區。各用水單元所安裝的儀表不能及時計量統計數據，出現跑冒滴漏時不能及時發現，造成嚴重的水資源浪費;同時無法精確考核能源節能指標。

水源井及主要用水單元管網圖如下：

全礦每天水資源消耗不能及時統計，當存在跑冒滴漏現象時不能及時發現處理，存在嚴重的浪費現象。通過水資源計量分析系統將每臺流量計的瞬時流量、累積量的曲線圖對比或其他分析比較功能能及時發現各用水單元用水情況；經測算經濟效益可觀。

2.興隆莊煤礦水資源計量系統存在的問題

1）存在跑冒滴漏現場時不能及時發現處理，存在嚴重的浪費現象。

2）效率低，不利于水資源管理的現代化與自動化。

3）抄表時間不定，無法同步抄表，不利于對用水情況進行科學的統計分析。

4）工作強度大，信息統計繁瑣；不利于能源節能考核。

3.構建水資源計量 分析系統的必要性

隨著科學技術的發展，新裝備和智能儀表的出現，現代通訊技術在煤礦的拓展，對煤礦流量計進行無線計量和傳輸技術已經成熟。目前我礦仍采用傳統的手工抄表方式費時、費力，準確性和及時性得不到保障，當存在跑冒滴漏現場時不能及時發現處理，存在嚴重的浪費現象。為此研究開發"水資源計量監測分析系統"意義重大。該系統可對興隆莊礦區流量計以無線形式（GPRS模式）進行實時自動采集，具有統計、分析、監測報警等功能。當管道出現問題或泵站故障時能及時的發現、查找、處理問題。也能及時發現跑冒滴漏偷問題，最大限度的節約用水，降低產煤成本，提高水資源利用率，同時提高非生產區用水量的管理，并按照相應標準規定用水量，超量時報警提示。并針對每臺流量計進行日、月、年的數據分析、保存。提高礦區精細化管理水平，推動礦區管理模式由粗放型向模型化、精細化、數量化轉變。同時實現對數據的追溯，為全礦水資源平衡分析和審計提供科學依據和數據保障。

二、研究開發內容

1、水資源利用監測管網優化分析

興隆莊煤礦經過三十多年的開發建設，地面和井下供水管網復雜，存在用水單元劃分混亂，界限不清，控制點不科學，不能對用水單元實現有效考核。通過本項目的研發實施，優化用水單元的劃分，實現對用水單元數據的及時采集和管理考核。

2、水資源計量監測分析系統硬件平臺建設

在科學分析供水管網布局和用水單元水資源利用狀況的基礎上，進行數據采集和分析系統的硬件設計和集成安裝。

水資源計量監測分析系統平臺由監測中心、通信網絡、現場監測設備、現場計量儀表四部分組成。監測中心：由中心計算機、GPRS數據采集模塊、GPRS抄表軟件組成；通信網絡：中國移動公司的GPRS網絡與Internet公網；現場監測設備：無線傳輸模塊GPRS抄表箱；計量儀表：電磁流量計,選用帶有RS485通訊協議的電磁流量計。

為了完全統計全礦水資源數據，采用兩種采集方式：首先是在水源井和重要用水單元安裝電磁流量計和ＧＰＲＳ采集模塊，通過無線形式完成實時采集；其次是采用手動輸入方式，對部分安裝機械儀表的數據進行統計，同時設置輸入考核指標量，完成水資源的考核和管理。系統構成圖如下：

3、水資源計量監測分析系統軟件開發

系統開發基于先進的無線網絡傳輸技術、網絡數據交換技術、數據庫技術和WEB發布技術。根據用戶需求分析，本水資源監測分析系統主要包括以下8項功能模塊。

1）電子地圖模塊：電子地圖顯示所有流量計安裝點，跟隨鼠標顯示安裝點的瞬時流量、累積量。

2）實時數據模塊：分類（地下水、礦井水、中水及污水）、分項（主要用水單元、洗煤取水量、采煤取水量等）、分級（一、二級）顯示實時數據（瞬時流量、累計量）。

3）數據查詢模塊：既可以針對每臺流量計也可根據一級、二級用水單元進行歷史數據的查詢。

4）報表管理模塊：可按照一級、二級用水單元進行報表分析，也可細化到每臺流量計。

①日報表：

②月報表：

③年報表：

5)曲線查詢模塊：

瞬時流量曲線圖：可對每臺流量計的瞬時流量進行曲線查詢。

累計量柱狀圖：分類對一級總取水量、二級用水單元的總用水量、排污量進行數據的對比分析。

6)報警管理模塊：

①報警顯示：實時顯示報警信息，操作員解除報警后，報警信息不再提示

②報警參數設置：根據每臺流量計設置瞬時流量的超流量的上限、下限。針對一級、二級用水單元設置日累計的超水量上限和下限。

③報警查詢：對報警歷史數據進行查詢。

7)手動錄入模塊：對一、二級用水單元的各流量計手動錄入時間、瞬時流量、累計量。

8)系統設置模塊：

• 用戶管理：用戶的增刪改查。

② 角色管理：對角色進行功能設置，用戶根據所屬角色獲取相應功能權限。

三、主要經濟技術指標、項目最終目標

主要經濟技術指標：

1．水資源計量檢測系統實現對興隆莊煤礦水資源利用狀況的分類、分項、分級考核。

2．實現對水資源取用水量及污水排放量的自動采集或人工輸入。

3．年運行費用（不含人工費）≤1.2萬元。

4．GPRS模塊選用高增益天線，增益7dBi；電源輸入電壓DC12V。

5．流量計采用分體式電磁流量計，精度等級：0.5級。

6．通訊方式： 將RS485串口通訊轉成GPRS無線傳輸。

項目最終目標：

通過興隆莊煤礦水資源利用狀況的分析，開發建立一套對礦井取水、用水、排水總量及各用水單元實時統計與檢測管理系統，實現分類、分項、分級考核；提高礦井水資源精細化管理水平，達到節約水資源的目的，為全礦水源平衡分析和能源審計提供科學依據和數據保障。

四、關鍵技術及創新點

關鍵技術：GPRS無線采集統計、分析能耗數據、運行狀況監測、實時采集安裝點流量計數據。

創新點：

1. 自動采集與手工輸入數據相結合，達到精細化考核目的。

2. 針對所安裝的流量計完成實時、 累計量統計、分析，進行分類、分級、分項考核。

3. 分時段流量、累積量數據曲線繪制。

4. 根據礦上實際情況，對各級單元設定相應的預警紅線、黃線，時刻掌握各用水單元用水現狀，及時分析水資源的平衡狀況。

5. 電子地圖顯示所有流量計安裝點，跟隨鼠標顯示安裝點的瞬時流量、累積量。

五、研究或研制開發的技術路線，實施方式、方法、步驟

1.技術路線：市場調研、資料收集、整理分析→確定實驗、研究方案→數據傳輸系統分析，檢測、網絡傳輸方案設計→系統軟件編制軟件→工程安裝→系統調試→系統試運行→可靠性研究、系統優化→項目資料整理、報告編制、項目驗收

2. 實施方案

2.1系統的總體技術方案

設計總方針是立足信息化大前提，保證系統的先進性、安全性、可靠性，安裝、使用和維護方便簡單，結合兗礦集團規劃的要求，將興隆莊煤礦水資源計量分析系統項目建設成為具有先進技術水平的系統，提高興隆莊煤礦水資源計量分析系統的自動化和信息化水平。

1. 該系統安全可靠、先進實用、系統開放、易于升級，易于擴展；
2. 采用現行的國家標準，符合煤炭行業信息化建設總體規劃綱要；
3. 本著保護用戶投資，最大限度地利用用戶已成功使用的系統結構，確保不影響這些系統的正常運行；
4. 系統建設基于興隆莊煤礦計算機網絡和通信網絡，基于Web、B/S結構，能夠非常方便實現局域信息聯網。
5. 操作簡單、易于使用。

2.2設計依據

• 《用水單位水計量器具配備和管理通則》GB 24789-2009
• 《企業水平衡與測試通則》GBT 12452-1990
• 《企業用水統計通則》GBT 26719-2011
• 《用能單位能源計量器具配備和管理通則》GB17167-2006
• 《煤礦安全規程》（2013）
• 《電磁流量計檢定規程》JJG 1033-2007
• 《管道式電磁流量計在線校準要求》CJ/T 364-2011
• 《電磁流量計|流量計標準》JB/T 9248-1999
• 《礦用一般型電氣設備》GB/T 12173-2008
• 《煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求》MT209-90
• 《通用用電設備配電設計規范》GB50055-2011
• 《計算機軟件開發規范》DZ/T 0169-1997

3.1系統組成

本系統由 中心、通信網絡、現場 設備、現場計量儀表四部分組成。

 中心：由中心計算機、GPRS數據采集模塊、GPRS抄表軟件組成。GPRS抄表軟件顯示、存儲現場每臺流量計輸出的流量數據。

通信網絡：中國移動公司的GPRS網絡與Internet公網。

現場 設備：無線傳輸模塊GPRS抄表箱

計量儀表：電磁流量計,選用帶有RS485通訊協議的電磁流量計

3.2系統拓撲圖

3.3中心配置

 中心設備主要由計算機及上位機軟件組成。計算機上安裝操作系統軟件、數據庫軟件、抄表系統軟件（提供機房的相應硬件設施環境）。

3.4通訊平臺及系統運行分析

本系統支持多種無線傳輸組網方式，下面介紹網專線組網。

 1．通訊平臺

公網專線系統通信網絡采用中國移動公司GPRS網絡和Internet公網。要求 中心具備寬帶（類型：光纖、ADSL等），并具有一個Internet網絡上的固定IP。 點無線終端中GPRS無線數據傳輸器內配置一張開通GPRS功能的SIM卡。

無線終端通過其內部的GPRS無線數據傳輸器與 中心服務器組成一個通信網絡，實現系統的遠程數據傳輸。

公網專線組網適用于 點數量多，數據傳輸頻率高、實時性要求強的系統。

2． 系統運行分析

(2.1)無線終端GPRS流量統計

（2.2)系統運行費用

月運行費用 =  中心固定IP月租 + 單個測點數據卡月租×測點數量

3.5現場監測設備

3.5.1產品功能

1．HRDTU-1X型無線傳輸模塊：

1）無須PC的撥號網絡。一套簡單的單片機設備通過RS232/RS485/TTL電平接口即可實現與Internet交換數據。

2）數據終端永遠在線，即使在工作的中途由于某種原因突然掉電或重啟HRDTU-1X會自動上線。

3）HRDTU-1X還可以根據外界設置定時檢測是否處于通訊狀態，如果長時間停止通訊，設備將重新復位連接。

4）HRDTU-1X擁有強大的數據傳輸功能，用戶可將上位機與HRDTU-1X連接構成一套完整的數據通訊系統，而不需要其他的設備。

5）抗強電磁干擾，并且高溫散熱能力極強。

6）GSM高增益天線，增益7dBi。

7）電源輸入電壓DC12V。

2．LDTHB20277JFLF40215型電磁流量計：

1）測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響。

2）測量管內無阻流部件，無壓損，直管段要求較低；對漿液測量有獨特的適用性。

      3）精度等級： 0.5

      4）連接方式： 法蘭連接

      5）額定壓力： 1.6MPa

      6）襯里材料： 氯丁橡膠、信號電極材料： 不銹鋼316L

      7）轉換器連接方式： 一體型

      8）電源： 220VAC

      9）通訊方式： RS485串口通訊

     10）相對濕度： 5%～ 90%

3．軟件平臺介紹

軟件登陸界面

實時流量狀態

數據查詢界面

日累積量統計報表

瞬時流量趨勢分析圖

用戶權限設置

3.5.2 箱主要配置

HRDTU-1X型GPRS數據傳輸模塊 1臺

LDTHB20277JFLF40215型電磁流量計帶有通訊協議的電磁流量計1臺

金屬防護箱（現場有儀表箱也可使用） 1套

3.6現場安裝位置分布

六、技術、經濟可行性及可靠性分析、論證

GPRS 通用無線分組業務 （General Packet Radio Service）是利用包交換的概念發展的一套無線傳輸方式。

GPRS網不但具有覆蓋范圍廣、數據傳輸速度快、通信質量高、永遠在線和按流量計費等優點，而且其本身就是一個分組型數據網，支持TCP/IP協議，無需經過PSTN（公用電話交換網）等網絡的轉接，可直接與Internet網互通。因此GPRS業務在無線上網、環境 、交通、移動辦公等行業中具有無可比擬的性價比優勢。

七、對安全、環境、健康的影響性分析

安全性保障:

第一級安全保障： GPRS 網絡本身的安全性用戶認證GPRS 將使用 GSM 定義的認證過程，其差異是： 該過程是從 SGSN 執行的。 GPRS 認證過程執行用戶認證、選擇加密算法和加密起始時刻的同步。認證三重系存于 SGSN 中。一旦附著 IMSI ， MSC/VLR 將不通過 SGSN 對移動臺認證，也不能位置更新，但在 CS 連接建立期間可以認證移動臺。用戶識別碼保密，臨時邏輯鏈路識別碼（ TLLI ）用來識別一個 GPRS 用戶。 TLLI 和 IMSI 之間的管理只有在移動臺和 SGSN 內才能知道。 TLLI 根據 SGSN 安排的 P-TMSI 得到，或者由移動臺創建。當移動臺處于就緒狀態時， SGSN 任何時候都可以重新安排 P-TMSI 。重新安排過程根據 P-TMSI 重新安排過程來執行，或者也可以包含在附著或路由更新過程中。

第二級安全保障： GPRS 網絡側的 AAA 認證;AAA 是指認證（ Authentication ）、授權（ Authorization ）、計費（ Accounting ）三個過程，其中：認證是，用戶在使用網絡系統中的資源時對用戶身份的確認。這一過程，通過與用戶的交互獲得身份信息（像用戶名－口令、生物特征信息等），然后提交給認證服務器；認證服務器對身份信息與存儲在數據庫里的用戶信息進行核對處理，然后根據處理結果確認用戶身份是否正確。

第三級安全保障： GPRS 網絡和用戶網絡之間的 VPN 鏈接

GPRS 網絡和用戶網絡之間可以采用專線鏈接，也可以使用 Internet 鏈接。使用 Internet 鏈接必須考慮安全性，因此，可以使用 VPN 將二者利用 Internet 鏈接起來。

VPN 是在不安全的 Internet 上傳輸的，傳輸內容可能涉及到企業的機密數據，因此安全性非常重要。 VPN 中的安全技術通常由加密、認證及密鑰交換與管理組成。主要有認證技術，加密技術，秘鑰管理與交換技術。

第四級安全保障：用戶網絡側的安全防火墻（ FW ）

防火墻技術是目前用來實現網絡安全措施的一種主要手段，主要是用來拒絕非法用戶的訪問，阻止非法用戶存取敏感數據，同時允許合法用戶順利訪問網絡資源。防火墻實際上是一種訪問控制技術，在某個機構的內部網絡和不安全網絡之間設置障礙，阻止對信息資源的非法訪問，也可以使用防火墻阻止保密信息從受保護網絡上的非法輸出。

第五級安全保障：用戶網絡側的 AAA 鑒權認證

用戶網絡側的 AAA 鑒權認證可以實現對 VPDN 成員的身份認證。與第二級的安全保障不同，本級的 AAA 服務器將鑒別 VPDN 成員的用戶名和密碼的正確性。

環境、健康影響性：

   GPRS傳輸可以說對環境沒有任何要求，只要是有手機信號的地方都可以完成通訊；GPRS對人身健康幾乎沒有任何危害，其危害類似于手機信號對人體的危害。

八、現有基礎、技術條件，保證體系

目前兗州煤業股份有限公司興隆莊煤礦已經安裝部分電磁流量計，使用效果較好，為方便統一的管理利用GPRS網絡將需要抄表的電磁流量計統一管理。

自從首次實現文本信息傳輸以來，無線數據應用已經歷了飛躍式的增長。在99年底或是2000年初開啟的通用分組無線業務GPRS，作為邁向第三代個人多媒體業務的重要里程碑，將使移動通信與數據網絡合二為一，使IP業務得以引入廣闊的移動市場。盡管移動數據的使用相對較少，但在某些市場中，不同的用戶群卻正在快速發展，其推動力量主要是在移動領域中采用數據業務的商業市場。

GPRS在數傳領域采用DTU+網絡接入的方式組網，GPRS等網絡已經形成了覆蓋全國的數據網絡，采用這種方式組成數據傳輸網絡極其方便，只要附近有GPRS等網絡基站，就可以架設數據采集終端，沒有通信距離的限制，GPRS等網絡終端的發射功率都很小，一般<2W。  

GPRS等網絡采用分組交換，在數據帶寬滿足的情況下，中心可以同時向全部終端發出查詢數據，組成上述電臺組網案例中相同規模的GPRS數據傳輸網絡，整個輪巡周期為3-5秒，而且這個周期不隨終端數量的增長而增長，個別終端故障，不影響整個系統的輪詢周期。如果針對GPRS的網絡特點，改變傳統的輪詢模式，采用終端主動發送數據的方式，數據采集效率更高。

GPRS網絡屬于蜂窩網絡結構，高大建筑對網絡無線信號的影響只局限在小塊區域，而且，移動運營商有專門的網絡優化部門，根據網絡上的流量、通信故障等情況，及時調整網絡，用戶不必關心網絡的調整，更不需要為網絡調整付出額外的支出。

九、經濟、社會效益分析

經濟效益：通過該平臺對綜合能耗進行實時 、統計，可有效的防止跑冒滴漏偷問題，同時有利于合理分配水資源，達到考核能源節能指標，同時提高非生產區用水量的管理，并按照相應標準規定用水量，超量時報警提示。按節約總水量的15%，1年節約用水量約100萬余方，以1方水價值2.6元來計算，1年節約資金260萬元。同時提高了數據的準確性、可靠性，經濟效益可觀。

社會效益：安裝簡單、使用方便、投資較少，維護費用少、運行費用低廉，產生的效益直接、顯著，具有良好的經濟效益和社會效益，極易大面積推廣使用。特別是有大量準確的數據，將數據進行分析、對比，對綜合能源平衡分析和能源審計意義重大。對生態環境的分析也有一定作用。目前我礦還沒有真正實現綜合能源管理系統，本項目的實施對我礦內部市場化的精細管理將起到很好的示范作用。

十、項目實施進度計劃

2013年1月--2月          現場調研

2013年3月--4月          方案設計

2013年5月--10月          軟件編制、硬件安裝

2013年10月--11月        現場調試、軟件試運行

2013年12月              組織相關人員驗收

十一、經費計劃