安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控課程設(shè)計(jì)實(shí)例

1、安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)論文名稱： 蓄水池變頻恒流量抽水自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文單位：能源學(xué)院論文作者：安全工程學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師：蓄水池變頻恒流量抽水自動(dòng)控制系統(tǒng)1設(shè)計(jì)目的與要求1.1設(shè)計(jì)目的對(duì)于多數(shù)礦井來(lái)說(shuō)，較大的礦井水被排放到地面后比較難以處理， 自然排放 容易造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，而如果二次處理，成本極高。所以考慮采用二次 利用的方式能有效的解決礦井水排放問(wèn)題。本設(shè)計(jì)利用從井下抽放到地面蓄水池的礦井水進(jìn)行制漿，制成的泥漿將會(huì)用 于井下滅火和充填。這樣做可以變廢為寶，減少對(duì)環(huán)境的污染，有效的解決礦井 水排放處理問(wèn)題，同時(shí)也解決了制泥漿所需水的問(wèn)題，降低了制漿的成本。因此, 這種設(shè)計(jì)會(huì)有很好的

2、經(jīng)濟(jì)效益。1.2設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)對(duì)象是某煤礦地面蓄水池，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，將其中的水抽 出刀制定的制漿設(shè)備用于制漿，實(shí)現(xiàn)井下廢水的再利用。該礦井下抽取到地面蓄 水池的水雜質(zhì)較少，礦領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計(jì)制漿用水量為70方/小時(shí)，可以采用變頻器進(jìn)行 控制，制定一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。設(shè)計(jì)采用水泵將蓄水池的水抽出到指定設(shè)備的系統(tǒng)，具體要求：（一）、能檢測(cè)抽出的水流量；（二）、形成一個(gè)自動(dòng)恒流控制系統(tǒng)；（三）、能控制水流量為我們的指定值。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1控制方案根據(jù)設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用變頻恒流量抽水方式， 最根本的目的 是將蓄水池中的水抽送至制漿設(shè)備中， 在設(shè)計(jì)中添加流量傳感器、變頻執(zhí)行器

3、和 控制器等將抽水過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)恒流量變頻自動(dòng)控制抽水過(guò)程。流量傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)管路中的流量是否達(dá)到生產(chǎn)所需的值；變頻執(zhí)行器以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮 機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，在本設(shè)計(jì)中，其作用也是一樣的，它是對(duì)水泵進(jìn)行 轉(zhuǎn)速控制的單元變頻器跟蹤供水控制器送來(lái)的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻 率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制；控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)抽水過(guò)程的靈活控制。對(duì)此，選用新型變頻調(diào)速抽水設(shè)備，該設(shè)備將PID調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)， 形成了帶有各種應(yīng)用的新型變頻器。 由于PID 運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存貯容量

4、的要求和對(duì)PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大 大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值, 可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非 常簡(jiǎn)單、方便。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)屬于蓄水池變頻恒流量抽水自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要在原本的蓄水池中添加先進(jìn)控制設(shè)備和輔助設(shè)備，二次利用礦井廢水，實(shí)現(xiàn)廢水的再利用。該系統(tǒng)具體有這幾部分：抽水泵，傳感器，執(zhí)行器，控制器，還有其他若干配套設(shè)備。由于本設(shè)計(jì)要求是恒流量型的， 所以傳感器使用電磁流量計(jì)；執(zhí)行

5、器 選擇變頻器，帶有PID調(diào)節(jié)器，變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過(guò)改變電機(jī)的頻 率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)極調(diào)速、無(wú)波動(dòng)穩(wěn)壓的效果和各項(xiàng)功能。；控制器選擇一臺(tái)PLC 控制器。上述幾種設(shè)備工作時(shí)之間的相互關(guān)系的工作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-1 :> 變頻器 1>PID調(diào)節(jié)器|A PLC控制器 1>水 泵 機(jī) 組電磁流量計(jì) V；：圖2-1設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖3設(shè)備選型3.1傳感器傳感器選用電磁流量計(jì)，電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測(cè) 量的流量計(jì)。電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是壓損極小， 可測(cè)流量范圍大。最大流量與最小 流量的比值一般為20 : 1以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，最大可達(dá) 3m，輸出信 號(hào)和

6、被測(cè)流量成線性，精確度較高，可測(cè)量電導(dǎo)率 5卩s/cm的酸、堿、鹽溶液、 水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量。但它不能測(cè)量氣體、 蒸汽以及純凈水的流量。優(yōu)點(diǎn)：(1)電磁流量計(jì)可用來(lái)測(cè)量工業(yè)導(dǎo)電液體或漿液。(2) 無(wú)壓力損失。(3) 測(cè)量范圍大，電磁流量變送器的口徑從 2.5mm到2.6m。(4) 電磁流量計(jì)測(cè)量被測(cè)流體工作狀態(tài)下的體積流量， 測(cè)量原理中不涉及 流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響。缺點(diǎn)：(1)電磁流量計(jì)的應(yīng)用有一定局限性，它只能測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)的液體流量， 不能測(cè)量非導(dǎo)電介質(zhì)的流量，例如氣體和水處理較好的供熱用水。另外在高溫條 件下其襯里需考慮。(2) 電磁流量計(jì)是

7、通過(guò)測(cè)量導(dǎo)電液體的速度確定工作狀態(tài)下的體積流量。按照計(jì)量要求，對(duì)于液態(tài)介質(zhì)，應(yīng)測(cè)量質(zhì)量流量，測(cè)量介質(zhì)流量應(yīng)涉及到流體的 密度，不同流體介質(zhì)具有不同的密度，而且隨溫度變化。如果電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器 不考慮流體密度，僅給出常溫狀態(tài)下的體積流量是不合適的。(3) 電磁流量計(jì)用來(lái)測(cè)量帶有污垢的粘性液體時(shí)， 粘性物或沉淀物附著在 測(cè)量管內(nèi)壁或電極上，使變送器輸出電勢(shì)變化，帶來(lái)測(cè)量誤差，電極上污垢物達(dá) 到一定厚度，可能導(dǎo)致儀表無(wú)法測(cè)量。選用上海速坤儀表有限公司的智能型電磁流量計(jì)，流量適合設(shè)計(jì)要求的70方每小時(shí)。如實(shí)物圖如圖3-1 :圖3-1具體技術(shù)參數(shù)如下如表3-1 :表3-1介質(zhì)電導(dǎo)率> 5 gS/c

8、m介質(zhì)流速推薦流速：0.510m/s，可測(cè)量流速：0.115m/s量程范圍滿量程20mA對(duì)應(yīng)流量規(guī)格詳見(jiàn)下表，在口徑范圍內(nèi)可任意設(shè)置精度等級(jí)±).5% , ±1%環(huán)境溫度-10 °C - 50 C介質(zhì)溫度60 C（橡膠內(nèi)襯）、120 C （四氟內(nèi)襯）、180 C （四氟內(nèi)襯）DN10 50 : PN NMPa工作壓力DN65 200 : PN <1.6MPaDN250 1000 : PN <1.0MPaDN1200 2000 : PN O.6MPaDN2200 : PN O.25MPa以上各口徑如需要更高壓力，可以特殊訂貨電源AC 220V 50Hz(

9、 90 245VAC 50Hz)DC 24V (20 36VDC)DC 3.6V （鋰電池供電）防護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)型IP65，防水型IP68電極材質(zhì)316L，Hc，Hb，Ti，Ta，Pt襯里材質(zhì)氯丁橡膠，聚四氟乙烯，聚氯乙稀法蘭標(biāo)準(zhǔn)GB9119-20003.2執(zhí)行器變頻器（Variable-frequency Drive , VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。 變頻器主要 由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè) 單元微處理單元等組成。變頻調(diào)速是公認(rèn)為理想的調(diào)速方式，采用變頻調(diào)速一是為了滿足提高勞動(dòng)生 產(chǎn)效

10、率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動(dòng)化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等 要求；二是為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。變頻調(diào)速的節(jié)能：供水系統(tǒng)采用變頻器泵的節(jié)能效果明顯，節(jié)電率達(dá)20%-60%。減少無(wú)功功率：變頻器有效的節(jié)省了無(wú)功功率消耗的能量。易于控 制，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單化：供水系統(tǒng)變頻器的應(yīng)用使系統(tǒng)更方便控制。設(shè)計(jì)選用上海肯科電氣有限公司的三菱電機(jī)變頻器，型號(hào)為：FR-D700系列變頻調(diào)速器。如實(shí)物圖如圖3-2 :FR-D700系列變頻調(diào)速器圖3-2技術(shù)數(shù)據(jù)：表3-2變頻器適用電機(jī)容量(KW)輸岀額定容量(KVA)輸岀額定電流(A)過(guò)載能力電源額定輸入交流電壓/頻率冷卻方式FR-D700系列5.5型(三菱

11、)5.59.112150%60s ,200% 0.5s （反時(shí)限特性）3相，380V至480V50Hz/60Hz強(qiáng)制風(fēng)冷3.3控制器PID (比例(proportion )、積分(integral )、微分(derivative )控制器作 為最早實(shí)用化的控制器已有70多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)(Kp, Ti和Td)即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取 其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。首先，PI

12、D應(yīng)用范圍廣。雖然很多工業(yè)過(guò)程是非線性或時(shí)變的，但通過(guò)對(duì)其 簡(jiǎn)化可以變成基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。其次，PID參數(shù)較易整定。也就是，PID參數(shù)Kp，Ti和Td可以根據(jù)過(guò)程的 動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。如果過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。本設(shè)計(jì)選用三菱電機(jī)-PLC，F(xiàn)X1S系列PLC。相關(guān)信息如表3-3:表3-3模型FX1S-10MR-001輸入輸岀I/O總數(shù)數(shù)目類型數(shù)目類型106漏型4繼電器尺寸mm(英寸)（寬）*（厚）*（高）60*75*90（2.4*3.0*3.5）3.4配套設(shè)備配套設(shè)備如表3-4表3-4元

13、件符號(hào)型號(hào)個(gè)數(shù)接觸器KMSC-E03-C7閘刀開關(guān)QSHD11-100/181熔斷器FU1， FU2RT18 6A2FU3RT18 8A1熱繼電器FR1 FR2TK-E02T-C2FR3K-E02U-C1按鈕SBLAY3 11103.5水泵設(shè)計(jì)需要兩臺(tái)水泵，一臺(tái)工作，一臺(tái)防止工作水泵出問(wèn)題作為備用水泵。水泵所抽水的流量要滿足 70方每小時(shí)，選用三昌泵業(yè)的DM46-50 X 4DM 耐磨多級(jí)離心泵。46設(shè)計(jì)點(diǎn)流量為46m3/h ; 50設(shè)計(jì)點(diǎn)單級(jí)揚(yáng)程為50m ; 4 級(jí)數(shù)為4級(jí)性能范圍：流量：Q=3.75840m3/h ;揚(yáng)程：H=19680m4電路及管路設(shè)計(jì)4.1電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖連接

14、實(shí)物圖，如圖4-1圖4-1本設(shè)計(jì)的電路圖，如圖4-2圖4-24.2管路設(shè)計(jì)4-3根據(jù)已經(jīng)選型的設(shè)備，本設(shè)計(jì)的管路結(jié)構(gòu)圖如圖當(dāng)管路中流量下降時(shí)，變頻器輸出頻率降至增大頻率，恢復(fù)對(duì)水量的閉環(huán)調(diào) 節(jié)，使流量重新達(dá)到設(shè)定值當(dāng)管路中的流量增大時(shí)，結(jié)論變頻器輸出頻率升至 降低頻率，恢復(fù)對(duì)水量的比黃調(diào)節(jié)，是流量重新達(dá)到設(shè)定值。實(shí)現(xiàn)恒流量量變頻 自動(dòng)控制抽水。結(jié)論通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)安全檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)方面的知 識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題， 但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍 的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不 足。定要不懈努力，不能遇在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。 最終的檢查環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過(guò)而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程 設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題