安全监测监控课程设计

安全监测监控课程设计

1课程设计的要求与目的

1.1课程设计的目的

随着煤炭行业的发展，企业不断建设与改建大型矿井，矿井井底水抽放到地面上处理也越来越不容易。无论从资源利用，经济效益还是环境方面考虑煤矿的排水问题，对于矿井排水的二次利用是非常重要的。所以针对这一问题利用传感器技术、PLC控制技术、计算机视频监控技术，实现煤矿抽水的自动化，自动启动水泵进行抽水。当水位下降到安全值以下时，自动关闭水泵，实现水位和流量的实时监控。

设计矿井排水进行制浆是提高煤矿效益，安全生产，降低损失，保护环境的最好选择。

1.2课程设计的要求

设计一个矿井抽水系统，利用设计的传感器，控制器，执行器可以对输水管道的水流量进行实时检测监控并且能控制水流量为指定值，形成一个自动恒温控制系统，采用电动调节阀进行控制，将矿井井下水抽放到蓄水池，利用蓄水池的矿井水进行制浆，用于井下灭火和充填。

结合具体的煤矿相关标准按照《煤矿安全规程》主要排水设备应符合下列要求：

（1）水泵。合理的选择水泵型号类型，必须有工作和备用检修

的水泵。工作水泵应能在20 小时内排出矿井24 小时的正常涌水量。备用水泵应具备大于工作水泵70%的排水能力。

（2）水管。必须有工作和备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井的正常涌水量。工作和备用水管的总能力应能配合工作和备用水泵在20 小时内排出矿井24 小时内最大的涌水量。

（3）配电设备。应同工作及备用水泵相适应，并能够同时开动工作和备用水泵。

2系统结构设计

2.1控制方案

煤矿矿井抽水自动控制系统是根据煤矿矿井的实际情况，以使设备在无人干涉的情况下自动运行和自我诊断的一套系统。通过工业计算机的决策控制，对设备的运行状态、运行过程进行自动检测、自动控制，利用水位测量计，传感器采集，记录的相关数据传送到地面中枢电脑控制室对其进行分析，对照煤矿排水标准以及煤矿灌浆设计需求的供水排水量，将信息处理后通过对控制器传递模拟信号，进一步对执行器传递模拟信号来控制管道的输水情况。

设备列表如下：

表1排水系统设备表

2.2系统结构

系统结构简图如下；

设计统主要在PCL监控机为工作核心在排水的过程中进行水泵，管

路流量的检测，压力检测，温度检测，真空度检测以及系统的电压检测，水位监测，工作状况检测监控。

系统由PLC（可编程逻辑控制器）、触摸屏、检测部分（模拟量和开关量采集）和执行部分等组成，其硬件结构如图1所示。

图1排水控制系统图

井下排水系统一般采用离心式水泵，一些小型煤矿或浅水井临时排水系统也采用潜水泵。离心式水泵排水系统主要由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、管路及管路附件等组成。

①滤水器和底阀

滤水器安装在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于O.5m 。其作用是防止井底沉积的煤泥和杂物吸入泵内，导致水泵被堵塞或被磨损。在滤水器内装有舌型底阀，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵后的存水不致漏掉。但是现在的排水系统中，为了提高排水效率，减小水泵腐蚀，一般不用底阀，而用射流泵或真空泵为水泵和吸水管注水。

②闸阀

调节闸阀安装在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止阀的下方。其功用为:

①调节水泵的流量和扬程；

②起动时将它完全关闭，以降低起动电流。

调节闸阀的优点是流动阻力和关闭压力较小，安装时无方向性，能够方便地来调节水泵的流量和扬程等。其缺点是密封面容易擦伤，检修较为困难，高度尺寸较大，在安装位置受到限制时，安装不便，结构较复杂，价格较高。

放水闸阀安装在调节闸阀上方的排水管路的放水管上，其作用为检修排水管路时放水用。

③逆止阀

逆止阀安装在调节闸阀的上方，其作用是当水泵突然停止运转(如突然停电)时，或者在未关闭调节闸阀的情况下停泵时，能自动关闭，切断水流，使水泵不致受到水力冲击而遭到损坏。

④灌引水漏斗、放气栓和旁通管

灌引水漏斗是在水泵初次起动时，向水泵和吸水管中灌引水用。在向水泵和吸水管中灌引水时，要通过放气栓(又叫气嘴)将水泵和吸水管中的空气放掉。

当排水管中有存水时，也可通过旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此时要将旁通管上的阀门打开。此外，还可通过旁通管，利用排水管中的压力水的反冲作用，冲掉积存于水泵流通部分和附着于滤水器上的杂物，但此时须通过连接在底阀上的铁丝或链条将底阀提起。

⑤压力表和真空表

压力表安装在水泵的排水接管上，为检测排水管中水压大小用。常用的压力表为普通弹簧管压力表，根据其结构特征可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径有60mm,100mm,150mm,200mm和250mm五种。压力表所测出的压力叫做表压力或相对压力，它比绝对压力小1个大气压。

真空表安装在水泵的吸水接管上，为检测吸水管的真空度用。根据其结构特征也可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径和压力表一样，也分为60, 100, 150，和250mm五种。真空表测量范围为0--0.1 MPa(一个大气压)。

⑥射流泵或真空泵

离心式水泵在起动前必须将吸水管和泵腔内注满水才能进入运行状态，否则水泵转动时将无法吸水，形成“干烧”，严重影响水泵的使用寿命。在无底阀的排水系统中，水泵每次起动都要灌水，这一工作

由抽真空设备完成，一般使用射流泵或真空泵。如图1-2所示。它们的工作原理不同，但都能在系统中使水泵工作腔达到一定的真空度，保证系统正常工作。

3设备选型

3.1传感器

3.1.1液位传感器介绍

一、超声波液位传感器

超声波液位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。如果从发射超声波脉冲开始，到接受到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法可以对液位进行测量。根据发射和接受换能器的功能，传感器又可分为单换能器和双换能器。单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器，而双换能器的传感器发射和接受各使用一个换能器。

下面就单换能器的超声波传感器加以介绍。

超声波发射和接收换能器可以安装在液面的上方，让超声波在空气中传播，如图2所示。