安全监测监控系统

安全监测监控系统

课程设计

课设题目：蓄水池变频恒流量抽水自动控制系统设计学院：

班级：安全工程1201

组员：

1 设计目的与要求

设计目的

对于多数矿井来说，较大的矿井水被排放到地面后比较难以处理，自然排放容易造成环境污染和资源浪费，而如果二次处理，成本极高。所以考虑采用二次利用的方式能有效的解决矿井水排放问题。

本设计利用从井下抽放到地面蓄水池的矿井水进行制浆，制成的泥浆将会用于井下灭火和充填。这样做可以变废为宝，减少对环境的污染，有效的解决矿井水排放处理问题，同时也解决了制泥浆所需水的问题，降低了制浆的成本。因此，这种设计会提高经济效益，同时大大减少对环境的污染。

设计要求

此设计的对象是某煤矿地面蓄水池，通过设计一个自动控制系统，将其中的水抽出到制定的制浆设备用于制浆，实现井下废水的再利用。该矿井下抽取到地面蓄水池的水杂质较少，矿领导设计制浆用水量为50方/小时，可以采用电动调节阀进行控制，制定一个自动控制系统来实现该功能。

设计采用水泵将蓄水池的水抽出到指定设备的系统，具体要求如下:

（一）、能检测抽出的水流量；

（二）、能控制水流量为我们的指定值；

（三）、形成一个自动恒流控制系统。

2 系统结构设计

控制方案

根据设计目的和设计要求，本设计采用变频恒流量抽水方式，最根本的目的是将蓄水池中的水抽送至制浆设备中。本次设计的设备包含以下设备：

1.流量传感器，是用来检测管路中的流量值，得出有效的实际流量值，才能有效的进行调整。

2.变频执行器：是控制水泵转速的仪器，根据供水控制器提供的信号来控制水泵的运行频率以达到对水泵的转速控制。

3．控制器：通过传感器检测出来的流量值，对比实际需要的流量值进行比较后来控制水泵的流量，并可以传输信号给变频执行器控制水泵的转速。

4.水泵机组：用来将矿井蓄水池内的水抽出的设备，包括管道等。

调节器：选用新型变频调速抽水设备，该设备将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。

6.其余设备：包括连接各设备的电路，管路等。

系统结构

本系统属于蓄水池变频恒流量抽水自动控制系统，主要在原本的蓄水池中添加先进控制设备和辅助设备，二次利用矿井废水，将矿井废水抽入后进行注浆，实现废水的再利用。

该系统具体有这几部分：抽水泵，传感器，执行器，控制器，还有其他若干配套设备。由于本设计要求是恒流量型的，所以传感器使用电磁流量计；执行器选择变频器，带有PID调节器，变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。；控制器选择一台PLC控制器。

上述几种设备工作时之间的相互关系的工作系统结构原理图如图2-1：

原理：水泵机组从蓄水池中抽水，传感器将水泵机组内的流量传输给PID调节器，PID调节器通过控制执行器和控制器队水泵机组内的流量根据实际需要量进行控制。

3 设备选型

传感器

传感器选用电磁流量计，电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压损极小，可测流量范围大。最大流量与最小流量的比值一般为20：1以上，适用的工业管径范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性，精确度较高，可测量电导率≥5μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。

优点：

（1）电磁流量计可用来测量工业导电液体或浆液。

（2）无压力损失。

（3）测量范围大，电磁流量变送器的口径从ｍｍ到ｍ。

（4）电磁流量计测量被测流体工作状态下的体积流量，测量原理中不涉及流体的温度、压力、密度和粘度的影响。

缺点：

（1）电磁流量计的应用有一定局限性，它只能测量导电介质的液体流量，不能测量非导电介质的流量，例如气体和水处理较好的供热用水。另外在高温条件下其衬里需考虑。

（2）电磁流量计是通过测量导电液体的速度确定工作状态下的体积流量。按照计量要求，对于液态介质，应测量质量流量，测量介质流量应涉及到流体的密度，不同流体介质具有不同的密度，而且随温度变化。如果电磁流量计转换器不考虑流体密度，仅给出常温状态下的体积流量是不合适的。

（3）电磁流量计用来测量带有污垢的粘性液体时，粘性物或沉淀物附着在测量管内壁或电极上，使变送器输出电势变化，带来测量误差，电极上污垢物达到一定厚度，可能导致仪表无法测量。

选用北京中西远大科技有限公司的智能型电磁流量计，流量适合设计要求的50方每小时。如实物图如图3-1：

图3-1

具体技术参数如下

JKY/LDDN50智能型电磁流量计(液体) DN50?

库号：M326872

●流动方向

正，反，净流量，

量程比：150：1

重复性误差：测量值的±%

●精度等级：管道式：级，级

●被测介质温度：

普通橡胶衬里：-20~+60℃

高温橡胶衬里：-20~+90℃

聚四氟乙烯衬里：-30~+100℃

高温型乙烯衬里：-30~+180℃

●额定工作压力：

管道式：DN10—DN65：≤, DN80—DN150：≤,

DN200—DN1200：≤

●流量测量范围：

流量测量范围对流速度范围是—15m/s

JKY/LDDN50智能型电磁流量计(液体) DN50?

库号：M326872?

电导率范围：

被测流体电导率≥5μs/cm

大多数以水为成份的介质，其导电率在200-800μs/cm范围内，均可选用电磁流量；

●输出电流及负载电阻：

4~20mA全隔离负载电阻＜750欧姆脉冲频率0-1KHZ光电隔离OCT外接电源≤35V

导通时集电极最大电流为25mA

●电极材料：

含钼不锈刚、钛（Ti）、钽（Ta）、哈氏合金（H）、铂（Pt）或其他特殊电极材料

●防护等级：潜水型：IP68，其他型IP65

●供电电源：

85~265V，45~63HZ

●直管段长度：

管道式：上游≥5DN，下游≥2DN

●连接方式：

流量计与配管之间均采用法兰连接，法兰连接尺寸应符合GB9119-88的规定。

●防暴标志：mdllBT4

●环境温度：-25℃~+60℃

●相对温度：5%~95%

●消耗总功率：小于20W

执行器

电动调节阀是由电动执行机构和调节阀连接组合后经过机械连接装配、调试安装构成电动调节阀。

电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。电动调节阀最适宜安装为工作活塞上端在水平管线下部。电动调节阀一般包括驱动器，接受驱动器信号来控制阀门进行调节，也可根据控制需要，组成智能化网络控制系统，优化控制实现远程监控。电动调节阀的电气部分安装应根据有关电气设备施工要求进行。随着工业领域的自动化程度越来越高，电动调节阀被越来越多的应用在各种工业生产领域中。

通过接收工业自动化控制系统的信号（如：4~20mA）来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数。实现自动化调节功能。

新型电动调节阀执行器内含饲服功能，接受统一的4-20mA或1-5V·DC的标准信号，将电流信号转变成相对应的直线位移，自动地控制调节阀开度，达到对管道内流体的压力、流量、温度、液位等工艺参数的连续调节。产品结构合理、制造工艺独特精湛、质量可靠、产品广泛应用于石化、天然气、冶金、电力、制药、建筑、污水处理和环保等行业，并且远销中东、东南亚、欧美等多个国家及地区、深受用户广泛赞誉和信赖.

设计选用上海嘉德阀门制造有限公司的电动调节阀，型号为：ZRHF电动三通调节阀。如实物图如图3-2：

如图3-2

具体技术参数如下

阀体型式：三通铸造球型阀体

阀芯型式：三通型双座阀芯

公称通径：DN20~300 NPS 3/4〞~ 12〞

公称压力：PN16 ~ 100 CLASS 150LB ~ 600LB

连接方式：法兰：FF、RF、MF、RTJ?

焊接：SW、BW

法兰距：符合IEC 60534?

阀盖形式：标准型（-5℃~230℃）、

散热片型（-45℃~大于230℃场合）、

低温加长型（-196℃~ -45℃）、波纹管密封型

填料：V型聚四氟乙烯填料、柔性石墨填料等?

密封垫：金属夹石墨密封垫

执行机构：电动：3810L系列智能型执行机构、PSL系列智能型执行机构

表面涂漆：绿色丙稀酸聚胺酯磁漆

控制器

通用控制器西门子通用控制器 RWD68/CN?

商家开通担保交

配套设备

配套选型：电缆，水位测量器，自动开关，过滤网

要选有防止燃烧的电缆，防止电路的短路导致灾害，水位测量，当水池中缺少水时发出信号，及时向里供水，自动开关，当制浆站出现危险情况时，要及时进行停车作业，但真不会因为水无法控制导致灾害

水泵

水泵选型：水泵的要求，技术细节

ITT水泵SHS卧式端吸泵

技术要求：

（1）.SHS系列是由AISI316L不锈钢材料冲压制成的单级离心泵组

成。

（2）.SHS的主要技术参数，以及进水和出水口尺寸均符合EN733和UNI7467标准。

（3）.法兰尺寸符合UNI2236和DIN2532标准。

(4).可选尺寸：DN32到DN80

（5）.水泵旋转方向为：面对水泵的进水端时反时针运转。

（6）.水泵结构为后部分开式设计。

应用范围：

1流量：可达240m3/h，2级电机。可达130m3/h，4级电机。

2扬程：可达110米，2级电机。可达23米。4级电机。

3介质温度：标准的：-20℃+110℃。

可根据需求特别制作。

4最大工作压力：12巴（PN12）

电机：

三相异步，鼠龙式转子，闭式结构，外部通风。性能符合CEI2-3

标准电压：50HZ

--可达3KW,220-240/380-415V

--4KW以上，380-415/660V

保护

4.绝缘等级：F级（155℃）

5.最大环境温度：40℃

SHS：有安装架和连接装置，刚性联轴器由键连接装在延伸的电机轴上，电机为标准的B5-B35电机。

结构特点：泵体采用AISI 316不锈钢制造。

PN16法符合UNI2223和DIN2533标准。

闭式叶轮由AISI 316不锈钢制成，尺寸为32,40,50,65-160/75，65-160/110A,采用激光焊接技术。

尺寸为65-200,65-250和80时，采用铸造不锈钢。

机械密封符合DIN24960标准，充排水堵头由316L不锈钢制成。

可提供的附件：AISI316不锈钢或镀锌铁制成的螺纹配对法兰。

法兰带有与压力传感器连接的螺孔。锥型法兰联轴器。

4 电路及管路设计

电路设计

根据设计系统原理图连接实物图，如图4-1

图4-1

管路设计

根据已经选型的设备，本设计的管路结构图如图4-3

图 4-3

当管路中流量下降时，电动调节阀输出流量变至大流量，恢复对水量的闭环调节，使流量重新达到设定值.当管路中的流量增大时，电动调节阀输出流量变至小流量，恢复对水量的调节，是流量重新达到设定值。实现恒流量自动控制抽水。

结论

此次课程设计，使我们更加熟练地掌握了有关安全检测监控系统方面的知识，同时也认识到我们在这方面知识的不足，在设计过程中虽然遇到了许许多多的问题，但经过一次次的思考，一遍遍的检查终于找出了问题的根源所在，让我们对这方面的知识又有一个新的认识。

在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。许许多多问题经过我们及同学的努力都迎刃而解，虽然过程有点艰难，但是结果还是好的，我们收获了许许多多。这次课程设计终于顺利完成了，我们也明白了，在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，不懂就问。只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上越走越远，而不是知难而

退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

此次设计也让我们明白了功夫不负有心人，有什么不懂不明白的地方要及时向老师或同学请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的问题。