安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

1、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課設(shè)題目：蓄水池變頻恒流量抽水自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院:班級:安全工程1201組員:1設(shè)計(jì)目的與要求1.1 設(shè)計(jì)目的對于多數(shù)礦井來說，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 泥漿將會用于井下滅火和充填。這樣做可以變廢為寶，減少對環(huán)境的 污染，有效的解決礦井水排放處理問題，同時也解決了制泥漿所需水 的問題，降低了制漿的成本。因此，這種設(shè)計(jì)會提高經(jīng)濟(jì)效益，同時 大大減少對環(huán)境的污染。1.2 設(shè)計(jì)要求此

2、設(shè)計(jì)的對象是某煤礦地面蓄水池，通過設(shè)計(jì)一個自動控制系統(tǒng)， 將其中的水抽出到制定的制漿設(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 50方/小時，可以采用電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，制定一個自動控制系統(tǒng) 來實(shí)現(xiàn)該功能。能檢測抽出的水流量； 能控制水流量為我們的指定值； 形成一個自動恒流控制系統(tǒng)。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)，具體要求如 下：（一）、）、）、（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。本次設(shè)計(jì)的設(shè)備包 含以下設(shè)備：1. 流量傳感器，是

3、用來檢測管路中的流量值，得出有效的實(shí)際流 量值，才能有效的進(jìn)行調(diào)整。2. 變頻執(zhí)行器：是控制水泵轉(zhuǎn)速的儀器，根據(jù)供水控制器提供的 信號來控制水泵的運(yùn)行頻率以達(dá)到對水泵的轉(zhuǎn)速控制。3. 控制器：通過傳感器檢測出來的流量值，對比實(shí)際需要的流 量值進(jìn)行比較后來控制水泵的流量，并可以傳輸信號給變頻執(zhí)行器控 制水泵的轉(zhuǎn)速。4. 水泵機(jī)組：用來將礦井蓄水池內(nèi)的水抽出的設(shè)備，包括管道等。5. P ID調(diào)節(jié)器：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，這就省去了對可編 程控制器存貯容量的要求和對PI

4、D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，為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值， 可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進(jìn)行換算，使系 統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。6. 其余設(shè)備：包括連接各設(shè)備的電路，管路等。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，將礦井 廢水抽入后進(jìn)行注漿，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

5、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，通過改變電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓 的效果和各項(xiàng)功能。；控制器選擇一臺PLC控制器。上述幾種設(shè)備工作時之間的相互關(guān)系的工作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如 圖 2-1 :礦井蓄水池原理：水泵機(jī)組從蓄水池中抽水，傳感器將水泵機(jī)組內(nèi)的流量傳 輸給PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器通過控制執(zhí)行器和控制器隊(duì)水泵機(jī)組內(nèi) 的流量根據(jù)實(shí)際需要量進(jìn)行控制。3設(shè)備選型3.1傳感器優(yōu)點(diǎn)：(1)(2)(3)(4)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)行流量測量的流量計(jì)。電磁流量計(jì)

6、的優(yōu)點(diǎn)是壓損極小，可測流量范 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,輸出信號和被測流量成線性，精確度較高， 可測量電導(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。但它不能測量氣體、蒸汽以及 純凈水的流量。電磁流量計(jì)可用來測量工業(yè)導(dǎo)電液體或漿液。無壓力損失。測量范圍大，電磁流量變送器的口徑從2.5 m m到2.6 m。 電磁流量計(jì)測量被測流體工作狀態(tài)下的體積流量，測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，它只能測量導(dǎo)電介質(zhì)的液 體流量，不能測量非

7、導(dǎo)電介質(zhì)的流量，例如氣體和水處理較好的供熱 用水。另外在咼溫條件下其襯里需考慮。(2)電磁流量計(jì)是通過測量導(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，對于液態(tài)介質(zhì)，應(yīng)測量質(zhì)量流量，測量介質(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)用來測量帶有污垢的粘性液體時，粘性物或沉淀 物附著在測量管內(nèi)壁或電極上，使變送器輸出電勢變化，帶來測量誤 差，電極上污垢物達(dá)到一定厚度，可能導(dǎo)致儀表無法測量。選用北京中西遠(yuǎn)大科技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50方每小

8、時。如實(shí)物圖如圖3-1 :www.hcSSO.cO'm圖3-1具體技術(shù)參數(shù)如下JKY/LDDN50智能型電磁流量計(jì)（液體）DN50 庫號：M326872 流動方向 正，反，凈流量，量程比：150 : 1重復(fù)性誤差：測量值的± 0.1%0.5級，1.0級精度等級：管道式： 被測介質(zhì)溫度：普通橡膠襯里：-20+60高溫橡膠襯里：-20+90 聚四氟乙烯襯里：-30+100 高溫型乙烯襯里：-30+180額定工作壓力：管 道式：DN10 DN65： < 2.5Mpa, DN80 DN150： < 1.6Mpa, DN200 DN1200: < 1.0 Mpa流量測

9、量范圍：流量測量范圍對流速度范圍是0.3 15m/sJKY/LDDN50智能型電磁流量計(jì)（液體）DN50 庫號：M326872電導(dǎo)率范圍：被測流體電導(dǎo)率5卩s/cm大多數(shù)以水為成份的介質(zhì)，其導(dǎo)電率在200-800卩s/cm范圍內(nèi)，均可 選用電磁流量；輸出電流及負(fù)載電阻：420mA全隔離負(fù)載電阻V 750歐姆脈沖頻率0-1KHZ光電隔離OCT外 接電源W 35V25mA導(dǎo)通時 集電極最大電流為電極材料：（Ta）、哈氏合金（H）、鉑（Pt ）或其他特含鉬不銹剛、鈦（Ti ）、鉭 殊電極材料IP68，其他型IP65防護(hù)等級：潛水型：供電電源：85265V ,4563HZ> 2DN直管段長度：

10、管道式：上游5DN,下游連接方式：流量計(jì)與配管之間均采用法蘭連接，法 的規(guī)定。蘭連接尺寸應(yīng)符合GB9119-88mdllBT4-25 C +60 C5%95%防暴標(biāo)志： 環(huán)境溫度： 相對溫度： 消耗總功率：小于20W3.2執(zhí)行器電動調(diào)節(jié)閥是由電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥連接組合后經(jīng)過機(jī)械連 接裝配、調(diào)試安裝構(gòu)成電動調(diào)節(jié)閥。電動調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。電動 調(diào)節(jié)閥最適宜安裝為工作活塞上端在水平管線下部。電動調(diào)節(jié)閥一般 包括驅(qū)動器，接受驅(qū)動器信號來控制閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可根據(jù)控制需 要，組成智能化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。電動調(diào)節(jié)閥 的電氣部分安裝應(yīng)根據(jù)有關(guān)電氣設(shè)備施工要求

11、進(jìn)行。隨著工業(yè)領(lǐng)域的 自動化程度越來越高，電動調(diào)節(jié)閥被越來越多的應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn) 領(lǐng)域中。通過接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的信號（如：420mA）來驅(qū)動閥門 改變閥芯和閥座之間的截面積大小控制管道介質(zhì)的流量、溫度、壓力 等工藝參數(shù)。實(shí)現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)功能。新型電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器內(nèi)含飼服功能，接受統(tǒng)一的4-20mA或 1-5V- DC的標(biāo)準(zhǔn)信號，將電流信號轉(zhuǎn)變成相對應(yīng)的直線位移，自動 地控制調(diào)節(jié)閥開度，達(dá)到對管道內(nèi)流體的壓力、流量、溫度、液位等 工藝參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、制造工藝獨(dú)特精湛、質(zhì)量可靠、產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石化、天然氣、冶金、電力、制藥、建筑、污水處理 和環(huán)保等行業(yè)，并且遠(yuǎn)銷中東、東南亞、歐

12、美等多個國家及地區(qū)、深 受用戶廣泛贊譽(yù)和信賴.設(shè)計(jì)選用上海嘉德閥門制造有限公司的電動調(diào)節(jié)閥，型號為： ZRHF電動三通調(diào)節(jié)閥。如實(shí)物圖如圖3-2 :如圖3-2具體技術(shù)參數(shù)如下 閥體型式：三通鑄造球型閥體 閥芯型式： 公稱通徑： 公稱壓力： 連接方式： 焊接：SW 法蘭距： 閥蓋形式：三通型雙座閥芯DN20300 NPS 3/4” - 12 ”PN16 100 CLASS 150LB 600LB法蘭：FF、RF、MF、RTJ BW符合 IEC 60534標(biāo)準(zhǔn)型(-5 C 230 C )、金屬夾石墨密封墊電動：3810L系列智能型執(zhí)行機(jī)構(gòu)、PSL系列智能型執(zhí)行綠色丙稀酸聚胺酯磁漆散熱片型(-45

13、°C -大于230 °C場合)、 低溫加長型(-196 C - -45 C)、波紋管密封型 填料：V型聚四氟乙烯填料、柔性石墨填料等 密圭寸墊： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 機(jī)構(gòu) 表面涂漆：3.3控制器通用控制器西門子通用控制器RWD68/CN商西門子 RWD68/CN家開通擔(dān)保交通用控制器廣州朗特威自動化機(jī)械有限公司屬性值工作電壓AC 24 V頻率50/60 Hz耗電量3 VA定位信號2-p osition , DC 010 V控制回路數(shù)1模擬輸出數(shù)1模擬輸出DC 0.10V,±1 mA模擬輸出信號DC 0.10 V模擬輸出電流Max. 1 A數(shù)字輸入數(shù)1數(shù)字輸入Po tent

14、ial-free input signal數(shù)字輸入，應(yīng)用程序Night setback數(shù)字輸入，聯(lián)系查詢DC 15 mA, DC 15 V通用輸入數(shù)2通用輸入信號LG-Ni1000 , DC 0.10 V, P t1000繼電器輸出數(shù)1繼電器輸出Changeover contact, po tential-free繼電器輸出，開關(guān)電壓AC 24230 V, DC 5 30 V繼電器輸出，開關(guān)電流AC 0.02 3 A, DC 0.14 A防護(hù)等級IP20外形尺寸（寬x高x深）130 x 114 x 57 mm3.4配套設(shè)備配套選型：電纜，水位測量器，自動開關(guān)，過濾網(wǎng)要及時進(jìn)行停車作業(yè)，但真不會

15、因?yàn)樗疅o法控制導(dǎo)致災(zāi)害要選有防止燃燒的電纜，防止電路的短路導(dǎo)致災(zāi)害，水位測量，當(dāng)水 池中缺少水時發(fā)出信號，及時向里供水，自動開關(guān)，當(dāng)制漿站出現(xiàn)危 險情況時，3.5水泵水泵選型:ITT水泵的要求，技術(shù)細(xì)節(jié)水泵SHS臥式端吸泵技術(shù)要求:（1）.SHS系列是由AISI316L 不銹鋼材料沖壓制成的單級離心泵組 成。（2）.SHS的主要技術(shù)參數(shù)，以及進(jìn)水和出水口尺寸均符合EN733和 UNI7467 標(biāo)準(zhǔn)。（3）.法蘭尺寸符合UNI2236和DIN2532標(biāo)準(zhǔn)。.可選尺寸：DN32到DN80（5）.水泵旋轉(zhuǎn)方向?yàn)椋好鎸λ玫倪M(jìn)水端時反時針運(yùn)轉(zhuǎn)。（6）.水泵結(jié)構(gòu)為后部分開式設(shè)計(jì)。應(yīng)用范圍: 1流量：可達(dá)

16、240m3/h , 2級電機(jī)。可達(dá)130m3/h , 4級 電機(jī)。2揚(yáng)程：可達(dá)110米，2級電機(jī)。可達(dá)23米。4級電機(jī)。3介質(zhì)溫度：標(biāo)準(zhǔn)的：-20 C +110 C?？筛鶕?jù)需求特別制作。4最大工作壓力：12巴（PN12）電機(jī):三相異步，鼠龍式轉(zhuǎn)子，閉式結(jié)構(gòu)，外部通風(fēng)。性能符合CEI2-3標(biāo)準(zhǔn)電壓：50HZ-可達(dá) 3KW,220-240/380-415V-4KW 以上，380-415/660V3.I P55 保護(hù)4. 絕緣等級：F級（155 r ）5. 最大環(huán)境溫度：40rSHS:有安裝架和連接裝置，剛性聯(lián)軸器由鍵連接裝在延伸的電機(jī)軸 上，電機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)的B5-B35電機(jī)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：泵體采用AISI

17、 316 不銹鋼制造。PN16 法符合 UNI2223 和 DIN2533 標(biāo)準(zhǔn)。閉式葉輪由 AISI 316 不銹鋼制成，尺寸為32,40,50,65-160/75，65-160/110A, 采用激光焊接技術(shù)。尺寸為65-200,65-250 和80時，采用鑄造不銹鋼。機(jī)械密封符合DIN24960標(biāo)準(zhǔn)，充排水堵頭由316L不銹鋼制成。 可提供的附件：AISI316 不銹鋼或鍍鋅鐵制成的螺紋配對法蘭。 法蘭帶有與壓力傳感器連接的螺孔。錐型法蘭聯(lián)軸器。4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)原理圖連接實(shí)物圖，如圖4-1ItKrSv咖I圖4-1丄74.2管路設(shè)計(jì)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4-3尸工I?閥第儀1圖4-3當(dāng)管路中流量下降時，電動調(diào)節(jié)閥輸出流量變至大流量，恢復(fù)對水量的閉環(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，電動調(diào)節(jié)閥輸出流量變 至小流量，恢復(fù)對水量的調(diào)節(jié)，是流量重新達(dá)到設(shè)定值。實(shí)現(xiàn)恒流量自動控制抽 水。結(jié)論此次課程設(shè)計(jì)，使我們更加熟練地掌握了有關(guān)安全檢測監(jiān)控系統(tǒng) 方面的知識，同時也認(rèn)識到我們在這方面知識的不足，在設(shè)計(jì)過程中 雖然遇到了許許多多的問題，但經(jīng)過一次次的思考，一遍遍的檢查終 于找出了問題的根源所在，讓我們對這方面的知識又有一個新的認(rèn)識。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟， 不斷獲取。許許多多問題經(jīng)過我們及