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)計學(xué)院： 班級： 安全工程1201組員： 1 設(shè)計目的與要求1.1 設(shè)計目的對于多數(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)計要求此設(shè)計

2、的對象是某煤礦地面蓄水池，通過設(shè)計一個自動控制系統(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。設(shè)計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）、能檢測抽出的水流量；（二）、能控制水流量為我們的指定值；（三）、形成一個自動恒流控制系統(tǒng)。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 控制方案根據(jù)設(shè)計目的和設(shè)計要求，本設(shè)計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)計的設(shè)備包含以下設(shè)備：1.流量傳感器，是用來檢測管路中

3、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.PID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PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非

4、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，還有其他若干配套設(shè)備。由于本設(shè)計要求是恒流量型的，所以傳感器使用電磁流

5、量計；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：PID調(diào)節(jié)器傳感器執(zhí)行器控制器水泵機(jī)組礦井蓄水池原理：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 傳感器傳感器選用電磁流量計，電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測量的流量計。電磁流量計的優(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

6、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5s/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。優(yōu)點(diǎn)：（1）電磁流量計可用來測量工業(yè)導(dǎo)電液體或漿液。（2）無壓力損失。（3）測量范圍大，電磁流量變送器的口徑從2.5到2.6。（4）電磁流量計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

7、其襯里需考慮。（2）電磁流量計是通過測量導(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，流量適合設(shè)計要求的50方每小時。如實(shí)物圖如圖3-1：圖3-1具體技術(shù)參數(shù)如下JKY/LDDN50智能型電磁流

8、量計 (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% 精度等級：管道式：0.5級，1.0級 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：DN10DN65：2.5Mpa, DN80DN150：1.6Mpa,DN200DN1200：1.0Mpa 流量測量范圍：流量測量范圍對流速度范圍是0.315m/sJKY/LDDN50智能型電磁流量計 (液體) DN50 庫號：M326872 電導(dǎo)率范

9、圍：被測流體電導(dǎo)率5s/cm大多數(shù)以水為成份的介質(zhì)，其導(dǎo)電率在200-800s/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750歐姆脈沖頻率0-1KHZ光電隔離OCT外接電源35V導(dǎo)通時 集電極最大電流為25mA 電極材料：含鉬不銹剛、鈦（Ti）、鉭（Ta）、哈氏合金（H）、鉑（Pt）或其他特殊電極材料 防護(hù)等級： 潛水型： IP68，其他型 IP65 供電電源：85265V， 4563HZ 直管段長度：管道式：上游5DN，下游2DN 連接方式：流量計與配管之間均采用法蘭連接，法蘭連接尺寸應(yīng)符合GB9119-88的規(guī)定。 防暴標(biāo)志：mdllBT4 環(huán)境溫度：

10、-25+60 相對溫度：5%95% 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

11、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

12、式：三通鑄造球型閥體閥芯型式：三通型雙座閥芯公稱通徑：DN20300 NPS 3/4 12公稱壓力：PN16 100 CLASS 150LB 600LB連接方式：法蘭：FF、RF、MF、RTJ 焊接：SW、BW法 蘭 距：符合IEC 60534 閥蓋形式：標(biāo)準(zhǔn)型（-5230）、散熱片型（-45大于230場合）、低溫加長型（-196 -45）、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 封 墊：金屬夾石墨密封墊執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電動：3810L系列智能型執(zhí)行機(jī)構(gòu)、PSL系列智能型執(zhí)行機(jī)構(gòu)表面涂漆：綠色 丙稀酸聚胺酯磁漆3.3控制器通用控制器 西門子 通用控制

13、器 RWD68/CN 商家開通擔(dān)保交西門子 RWD68/CN  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-position , 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Potential-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

14、 , DC 0.10 V, Pt1000繼電器輸出數(shù)1繼電器輸出Changeover contact, potential-free繼電器輸出，開關(guān)電壓AC 24230 V, DC 530 V繼電器輸出，開關(guān)電流AC 0.023 (4) 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，要及時進(jìn)行停車作業(yè)，但真不會因?yàn)樗疅o法控制導(dǎo)致災(zāi)害3.5水泵水泵選型：水泵的要

15、求，技術(shù)細(xì)節(jié)ITT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)。(4).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。應(yīng)用范圍：1流量：可達(dá)240m³/h，2級電機(jī)?？蛇_(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+110?？筛鶕?jù)需求特別制作。4

16、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.IP55保護(hù)4.絕緣等級：F級（155）5.最大環(huán)境溫度：40SHS：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 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65-20

17、0,65-250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?？商峁┑母郊篈ISI316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4.1 電路設(shè)計根據(jù)設(shè)計系統(tǒng)原理圖連接實(shí)物圖，如圖4-1 圖4-14.2 管路設(shè)計根據(jù)已經(jīng)選型的設(shè)備，本設(shè)計的管路結(jié)構(gòu)圖如圖4-3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，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