安全监测监控系统

安全监测监控系统

课程设计

课设题目：蓄水池变频恒流量抽水自动控制系统设计

学院：

班级：安全工程1201

组员：

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，这种设计会提高经济效益，同时大大减少对环境的污染。

1.2 设计要求

此设计的对象是某煤矿地面蓄水池，通过设计一个自动控制系统，将其中的水抽出到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50方/小时，可以采用电动调节阀进行控制，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，具体要求如下:

（一）、能检测抽出的水流量；

（二）、能控制水流量为我们的指定值；

（三）、形成一个自动恒流控制系统。

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。本次设计的设备包含以下设备：

1.流量传感器，是用来检测管路中的流量值，得出有效的实际流量值，才能有效的进行调整。

2.变频执行器：是控制水泵转速的仪器，根据供水控制器提供的信号来控制水泵的运行频率以达到对水泵的转速控制。

3．控制器：通过传感器检测出来的流量值，对比实际需要的流量值进行比较后来控制水泵的流量，并可以传输信号给变频执行器控制水泵的转速。

4.水泵机组：用来将矿井蓄水池内的水抽出的设备，包括管道等。

5.PID调节器：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。

6.其余设备：包括连接各设备的电路，管路等。

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，将矿井废水抽入后进行注浆，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

的流量根据实际需要量进行控制。

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，输出信号和被测流量成线性，精确度较高，可测量电导率≥5μs/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。

选用北京中西远大科技有限公司的智能型电磁流量计，流量适合设计要求的50方每小时。如实物图如图3-1：

图3-1

具体技术参数如下

JKY/LDDN50智能型电磁流量计(液体) DN50

库号：M326872

●流动方向

正，反，净流量，

量程比：150：1

重复性误差：测量值的±0.1%

●精度等级：管道式：0.5级，1.0级

●被测介质温度：

普通橡胶衬里：-20~+60℃

高温橡胶衬里：-20~+90℃

聚四氟乙烯衬里：-30~+100℃

高温型乙烯衬里：-30~+180℃

●额定工作压力：

管道式：DN10—DN65：≤2.5Mpa, DN80—DN150：≤1.6Mpa,

DN200—DN1200：≤1.0Mpa

●流量测量范围：

流量测量范围对流速度范围是0.3—15m/s

JKY/LDDN50智能型电磁流量计(液体) DN50

库号：M326872

电导率范围：

被测流体电导率≥5μs/cm

大多数以水为成份的介质，其导电率在200-800μs/cm范围内，均可选用电磁流量；

●输出电流及负载电阻：

4~20mA全隔离负载电阻＜750欧姆脉冲频率0-1KHZ光电隔离OCT外