安全监测监控课程设计实例

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1、安全监测监控系统课程设计论文名称：蓄水池变频恒流量抽水自动控制系统设计 论文单位:能源学院论文作者：安全工程学 号：指导老师：蓄水池变频恒流量抽水自动控制系统1 设计目的与要求1.1 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， 这种设计会有很好

2、的经济效益。1.2 设计要求设计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 出刀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 70方/小时，可以采用变频器进行 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：（一）、能检测抽出的水流量；（二）、形成一个自动恒流控制系统；（三）、能控制水流量为我们的指定值。2 系统结构设计2。1 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,在设计中添加流量传感器、变频

3、执行器和 控制器等将抽水过程进行优化。实现恒流量变频自动控制抽水过程。流量传感器用来监测管路中的流量是否达到生产所需的值；变频执行器以其 显著的节能效果和稳定可靠的控制方式,在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩 机等高能耗设备上广泛应用，在本设计中，其作用也是一样的，它是对水泵进行 转速控制的单元 .变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频 率，完成对调速泵的转速控制；控制器可以实现对抽水过程的灵活控制.对此，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

4、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.2.2 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，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

5、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21：|A 变频器PID调节器V =电磁流量计A PLC控制器水 泵 机 组图 2-1 设计系统结构原理图3设备选型3.1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

6、流量成线性，精确度较高，可测量电导率三5 口 s/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2。5mm到2.6m。(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

7、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.选用上海速坤仪表有限公司的智能型电磁流量计，流量适合设计要求的70 方每小时.如实物图如图3-1：图3-1具体技术参数如下如表3-1：表3-1介质电导率5uS/cm介质流速推荐流

8、速：0。510m/s，可测量流速:0.115m/s量程范围满量程20mA对应流量规格详见下表，在口径范围内可任意设置精度等级0.5%, 1%环境温度-10C50C介质温度60C（橡胶内衬）、120C（四氟内衬）、180C（四氟内衬）工作压力DN1050： PNW4MPaDN65200： PNW1.6MPaDN2501000:PNW1.0MPaDN12002000： PNW0。6MPaDN2200： PNW0。25MPa以上各口径如需要更高压力，可以特殊订货电源AC 220V 50Hz ( 90245VAC 50Hz)DC 24V(2036VDC)DC 3。6V（锂电池供电）防护等级标准型IP6

9、5,防水型IP68电极材质316L，He，Hb，Ti，Ta,Pt衬里材质氯丁橡胶，聚四氟乙烯，聚氯乙稀法兰标准GB911920003.2执行器变频器(Variable-frequency Drive, VFD)是应用变频技术与微电子技术， 通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要 由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测 单元微处理单元等组成。变频调速是公认为理想的调速方式，采用变频调速一是为了满足提高劳动生 产效率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等 要求;二是为了节约能源、降低生产成本。变频调速的节能

10、：供水系统采用变频器泵的节能效果明显，节电率达 20%60%。减少无功功率：变频器有效的节省了无功功率消耗的能量。易于控制， 控制系统简单化：供水系统变频器的应用使系统更方便控制。设计选用上海肯科电气有限公司的三菱电机变频器，型号为：FR-D700系列 变频调速器。如实物图如图32:FR-0700系列变频调遼器图32技术数据：表3-2变频器适用电机容量(KW)输出额定容量(KVA)输出额定电流(A)过载能力电源额定输入交流电压/频率冷却方 式FR-D700 系列5.5 型(三菱)5。59.112150 % 60s ，200 % 0 o 5s（反时限特 性）3相，380V至480V50Hz/60

11、Hz强制风冷3.3控制器PID (比例(proportion)、积分(integral)、微分(derivative)控制器 作为最早实用化的控制器已有70多年历史,现在仍然是应用最广泛的工业控制 器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应 用最为广泛的控制器.它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数(Kp, Ti和Td)即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一 到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这

12、样PID就可控制了.其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的 动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统 动态特性变化，PID参数就可以重新整定。本设计选用三菱电机-PLC,FX1S系列PLC.相关信息如表3-3:表33模型I/O总数输入输出尺寸 mm （英寸）（宽）*（厚）*（高）数目类型数目类型FX1s10MR-001106漏型4继电器60*75*90（2。4*3。0*3。5）3.4配套设备配套设备如表34表3-4元件符号型号个数接触器KMSCE03C7闸刀开关QSHD11100/181熔断器FU1,FU2RT18 6A2FU3

13、RT18 8A1热继电器FR FR1 2TKE02T-C2FR3K-E02UC1按钮SBLAY311103。5水泵设计需要两台水泵，一台工作,一台防止工作水泵出问题作为备用水泵。水泵所抽水的流量要满足70方每小时，选用三昌泵业的DM4650X4DM 耐磨多级离心泵。46一设计点流量为46m3/h； 50-设计点单级扬程为50m； 4一级 数为4级性能范围：流量：Q=3。75840m3/h；扬程：H=19680m4电路及管路设计4。1电路设计根据设计系统原理图连接实物图，如图41图4-1本设计的电路图，如图42图424。2管路设计根据已经选型的设备，本设计的管路结构图如图43当管路中流量下降时，

14、变频器输出频率降至增大频率，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，结论变频器输出频率升至 降低频率，恢复对水量的比黄调节，是流量重新达到设定值。实现恒流量量变频 自动控制抽水.结论通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关安全检测监控系统方面的知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。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。 最终的检查环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉的知行观这次课程设 计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师与同学们的指导下， 终于游逆而解。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，只有 这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，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！此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。