安全監(jiān)測監(jiān)控課程設(shè)計

1、 第15頁 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)課程設(shè)計報告（論文）題目： 水泵將蓄水池中水抽到指定設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè) 安全工程 班 級 1001班 姓 名 劉龍飛 學 號 1003070125 指導老師 吳建斌 目 錄1 設(shè)計目的與要求 31.1 設(shè)計目的 31.2設(shè)計要求 32 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu) 32.1 控制方案32.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)43 設(shè)備選型 53.1傳感器 53.2 執(zhí)行器 83.3 控制器 93.4 配套設(shè)備 113.5 水泵 134 電路及管路設(shè)計 134.1 電路設(shè)計 134.2 管路設(shè)計145 結(jié)論 15水泵將蓄水池中水抽到指定設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計一、 課程設(shè)計目的與要求 1.1設(shè)計目的對于多數(shù)礦井來

2、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，二次處理成本極高，采用二次利用的方式能有效的解決礦井水排放問題。本次課程設(shè)計利用從井下抽放到地面蓄水池的礦井水進行制漿，制成的泥漿將會用于井下滅火和充填。1.2 設(shè)計要求方案三：井下抽取到地面蓄水池的水雜質(zhì)較多，礦領(lǐng)導設(shè)計制漿用水量為30方/小時，要求采用變頻器進行控制，制定一個自動控制系統(tǒng)。設(shè)計一個采用水泵將蓄水池的水抽出到指定設(shè)備的系統(tǒng)，要求：1、 能檢測抽出的水流量2、 能控制水流量為我們的指定值3、 形成一個自動恒流控制系統(tǒng)二、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 控制方案1.> 統(tǒng)一信號類型確定傳感器（HQLDD電池供電式電

3、磁流量計）的輸出方式為電流式模擬信號；確定控制器（Honeywell 微電腦PID DC1040CR-701000）輸入方式為電流式模擬信號，輸出方式電壓式模擬信號；確定變頻器（礦用隔爆型變頻器）的輸入方式為電壓式模擬信號。2.> 確定各自的輸入輸出量傳感器、控制器的輸出或輸入電流都為：420ma；控制器、變頻器的輸出或輸入電流都為：15v。3.> 各個器件的要求由于設(shè)計制漿用水量為30方/小時，并且為自動恒流控制系統(tǒng)。1. 我們必須知道其HQLDD電池供電式電磁流量計應顯示的水流量為30方/小時或者為0.5方/分鐘。2. 應根據(jù)管道的直徑，計算出水流在管道中的流速：由公式： Q=

4、A*V 其中Q-水流流量；A-管道橫截面積；V-流速。假設(shè)水管直徑為50mm.V=Q/A=30/【3.14* *3600 】=4.246 m/s3. 傳感器應輸出的電流模擬信號大小的為：【（20-4）/(15-0.1)】*4.246=4.56 ma4+4.56=8.56 ma控制器應該輸出的電壓模擬型號的大小為：【（5-1）/（20-4）】*4.56=1.14 1+1.14=2.14 V 4. 控制器內(nèi)部標準模擬電流設(shè)定為8.56 ma,如果HQLDD電池供電式電磁流量計輸出的模擬電流量大于或小于標準值時，控制器通過輸出電壓式模擬信號2.14V來改變變頻器的電壓輸出，從而控制水泵的出水量。4.

5、> 確定工作條件HQLDD電池供電式電磁流量計、Honeywell 微電腦PID DC1040CR-701000、礦用隔爆型變頻器和QK型礦用防爆潛水電泵的具體工作條件見其技術(shù)參數(shù)。（儀器選擇）2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 水泵通過水管將水抽到地面，傳感器安裝在水管上，當傳感器上顯示的水流量大于、等于或小于設(shè)定流量時，傳感器將電流式模擬信號傳給控制器；控制器將設(shè)定電壓模擬信號輸出，變頻器接收信號后，改變輸出電壓的大??；從而通過輸出電壓的大小，改變水泵的頻率，從而改變水泵的出水量。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖礦井抽水系統(tǒng)圖水泵傳感器控制器變頻器特定設(shè)備水管三、設(shè)備選型3.1、 傳感器的選擇由于井下抽取到地面蓄水池的水

6、雜質(zhì)較多，如果選擇渦輪流量計或渦街流量計，有可能會影響其測量的精度，并且要常常進行管道淤積處理。由于水中雜質(zhì)較多，說明其導電能力很強，所以就選擇電磁流量計。電磁流量計的型號很多，但我們只需選擇滿足要求的其中一組。例如一、HQLDD電池供電式電磁流量計HQLDD電池供電式電磁流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成,它是一種自帶電源的流量計,在工作使用中不需要外接任何電源,適合用于野外和工況無電源的地方。它是基于法拉第電磁感應定律工作的，用來測量電導率大于5S/cm導電液體的體積流量，是一種測量導電介質(zhì)體積流量的感應式儀表。除可測量一般導電液體的體積流量外，還可用于測量強酸強堿等強腐蝕液體和泥漿、礦漿、

7、紙漿等均勻的液固兩相懸浮液體的體積流量。廣泛應用于石油、化工、冶金、輕紡、造紙、環(huán)保、食品等工業(yè)部門及市政管理，水利建設(shè)、河流疏浚等領(lǐng)域的流量計量。二、電池供電式電磁流量計產(chǎn)品特點 全數(shù)字量處理，抗干擾能力強，測量可靠，精度高、流量測量范圍可達150：1，超低EMI開關(guān)電源，適用電源電壓變化范圍大，抗EMI性能好。采用16位嵌入式微處理器，運算速度快, 精度高，可編程頻率低頻矩形波勵磁，提高了流量測量的穩(wěn)定性，功耗低。采用SMD器件和表面貼裝（SMT）技術(shù)，電路可靠性高。管道內(nèi)無可動部件，無阻流部件，測量中幾乎沒有附加壓力損失。在現(xiàn)場可根據(jù)用戶實際需要在線修改量程。測量結(jié)果與流速分布，流體壓力

8、，溫度、密度、粘度等物理參數(shù)無關(guān)。高清晰度背光LCD顯示，全中文菜單操作，使用方便，操作簡單，易學易懂。具有RS485、RS232、Hart和Modbus等數(shù)字通訊信號輸出。（選配）小時總量計錄功能，以小時為單位記錄流量總量，適用于分時計量制（選配）內(nèi)部具有三個積算器可分別顯示正向累計量反向累計量及差值積算量，內(nèi)部設(shè)有不掉電始終，可記錄16次掉電時間。（選配）紅外手持操作器，115KHZ通訊速率，遠距離非接觸操作轉(zhuǎn)換器所有功能（選配）三、電池供電式電磁流量計技術(shù)參數(shù)公稱通徑（mm）（特殊規(guī)格可定制）管道式四氟襯里：DN10DN1200管道式橡膠襯里：DN40DN1200流動方向：正，反，凈流量

9、量程比：150：1重復性誤差：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：2060高溫橡膠襯里：2090聚四氟乙稀襯里：30100高溫型四氟襯里：20180額定工作壓力：（高壓可定制）DN6DN80：1.6MPaDN100DN250：1.0MPaDN300DN1200：0.6MPa流速范圍：0.115m/s電導率范圍：被測流體電導率5s/cm電流輸出：負載電阻010mA：01.5k420mA：0750 k數(shù)字頻率輸出：輸出頻率上限可在15000HZ內(nèi)設(shè)定帶光電隔離的晶體管集電極開路雙向輸出。外接電源35V導通時集電極最大電流為250mA供電電源：

10、理電池要求直管段長度上游5DN，下游2DN連接方式：流量計與配管之間均采用法蘭連接，法蘭連接尺寸應符合GB11988的規(guī)定防爆等級：mdIIBT4防護等級：IP65，特殊訂制最高可達IP68環(huán)境溫度：2560相對溫度：5%95%消耗總功率：小于20W3.2、 控制器的選擇 控制器的選擇應該根據(jù)電磁流量計的模擬輸出量，來確定其模擬輸入量。Honeywell 微電腦PID DC1040CR-701000產(chǎn)品特色適用于溫度、濕度、流量、壓力、PH值控制。提供多樣化輸入輸出信號種類選擇，并有有功能強大的周邊可供選擇。高品質(zhì)、高信賴性、擴充性的設(shè)計，是符合控制專業(yè)的最佳選擇。內(nèi)建PID+Fuzzy運算法

11、則，可滿足對控制精度的要求。除提供基本輸出功能，還設(shè)計提供特別的控制輸出，如：三線式比例馬達發(fā)控制、直接觸發(fā)SCR/TRIC的相位或零位控制，可大幅減少不必要的周邊投資。提供可程式規(guī)劃的功能，可用來規(guī)劃各升溫、降溫、持溫曲線。雙顯示：2行4位7段LED數(shù)字顯示(PV及SP值)。規(guī)劃簡易：使用者可依顯示幕數(shù)值，簡易規(guī)劃參數(shù) 輸入及輸出支援。輸入：12種電熱偶、3種RTD及5種線性輸入。輸出：Relay、SSR、及線性輸出。手動操作：DC1020/30/40可藉由A/M鍵，進行手動輸出。第二組輸出功能：經(jīng)由2種程式控制，具雙輸出(冷卻/加熱)功能  輔助輸出：可再傳送PV、SV

12、值(任選一種)。多重警報模式：最多可提供三組警報，每種警報有17種模式。程式控制：可提供2組，每組8段之程式控制選定。通訊：可提供RS-232及RS485之通訊介面。流程參數(shù)輸入輸入類型TC(K,J,R,S,B,E,N,T,W,PLII,U,L)RTD(Pt100,JPt100,Jpt50)Linear(-10-10mV,0-10mV,0-20mV,0-50mV)10-50mV,0-1V,0-5V,0-10V,0-20mA,4-20mA輸入取樣時間250ms顯示顯示精度0.5%FS控制模式(P)比例帶0-200%(ON/OFF action at P0)(I)積分時間0-3600 sec(PD

13、 action at I0)(D)微分時間0-900 sec(PI action at D0)工作周期0-150 sec (4-20mA0,SSR1,Relay10)輸出控制種類輸出Contact,3A/240V AC電壓脈沖輸出Votage Pulse 20VDC/20mA線性輸出4-20mA,0-5V,0-10V,1-5V,2-10V馬達控制輸出伺服馬達閥控制警報警報點數(shù)3點(可選擇)模式17種警報模式可供選擇輔助輸出輸出種類SP,PV輸出類型4-20mA,0-20mA,0-5V,0-10V,1-5V,2-10V第2組輸入輸出類型4-20mA,0-20mA,0-5V,0-10V,1-5V,

14、2-10V取樣時間250ms程式程式組數(shù)/段數(shù)2組程式/8段(每組)選用方式程式組數(shù)連結(jié)及重複,程式/段數(shù)結(jié)束警報通訊通訊種類RS-232,RS-485一般規(guī)格供給電壓及頻率AC 85-265V, 50/60H,DC 15-50V周圍溫度-25-65周圍濕度50-85%RH(non condesing)3.3、變頻器的選擇 礦用隔爆型變頻器額定電壓：三相AC690（V）輸出電壓調(diào)節(jié)方式：PWM控制外型：鐵殼產(chǎn)品系列：BPJ直流電源性質(zhì)：電壓型濾波器：不帶濾波器額定電流：175（A）電源相數(shù)：三相應用范圍：防爆營銷方式：廠家直銷適配電機功率：132（kW）型號：BPJ-160/660供

15、電電壓：中壓品牌：ZW控制方式：電流矢量本產(chǎn)品采用矢量控制技術(shù)，主要器件采用原裝進口，保證了長期運行的可靠性，并具有明顯的節(jié)能效果，適用于煤礦井下膠帶運輸機、刮板運輸機、防爆提升機、泵站、風機等設(shè)備，該產(chǎn)品是煤礦井下拖動設(shè)備的發(fā)展方向。          礦用隔爆型變頻器技術(shù)性能采用先進的無速度傳感器矢量控制輸出轉(zhuǎn)矩大，0.5Hz時即可達到150%的額定轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩輸出可以達到200%。允許額定電壓的波動范圍寬：-15%+10%，適應煤礦井下的供電狀況。 通訊方式：具備標準的Modbus通訊接口、隔離RS485接口

16、0; 采用低電感母線技術(shù)：大大減少了分布電感，提高了變頻器的可靠性。  冷卻方式：中小功率采用熱管散熱，中大功率采用風冷散熱，內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可匹配各類傳感器，形成閉環(huán)控制，寬廣的頻率調(diào)節(jié)范圍，(0200Hz)完備的EMC解決方案 突出的節(jié)能效果。 功率平衡功能。大功率可選擇12脈沖整流。 過載能力：150%額定電流60S，180%額定電流10S。 功率范圍：45500kW / 660V，1140V。 適用于煤礦井下皮帶運輸機、刮板運輸機、防爆提升機、水泵、乳化泵、風機等設(shè)備。3.4、配套設(shè)備兩個控制閥、一個過濾

17、器、一個去污裝置。供應300X緩閉式逆止閥dn50 水力控制閥類型(通道位置)：二通式標準：國標公稱通徑：DN50工作溫度：常溫材質(zhì)：鑄鐵流動方向：單向壓力環(huán)境：常壓型號：300X形態(tài)：隔膜式連接形式：法蘭適用介質(zhì)：水品牌：富工/F.G驅(qū)動方式：水力控制外形：大型【產(chǎn)品用途】300X緩閉式逆止閥具有開啟和關(guān)閉速度調(diào)控的逆止功能，閥門安裝后能有效控制水泵在啟動與停止運轉(zhuǎn)時會自動調(diào)節(jié)到最佳開啟與關(guān)閉的速度。適用于礦企業(yè)、高層建筑由水泵直接給排水系統(tǒng)中，減小水錘及水擊現(xiàn)象產(chǎn)生，以達到安全關(guān)閉的效果。絲扣過濾器 GL11H-16 DN50原理：不銹鋼濾網(wǎng)過濾用途：固液分離樣式：y型性能：精密過濾適用對

18、象：弱腐蝕性 腐蝕性 低溫物料 高衛(wèi)生要求物料適用對象性質(zhì)：弱腐蝕性,腐蝕性,低溫物料,高衛(wèi)生要求物料濾料類型：不銹鋼304品牌：宏波型號：GL11H-16有效過濾面積：5（m2） 主體材質(zhì)：鑄鐵適用范圍：化工,石油,制藥,輕工,食品,選礦,水處理,冶金,染料,紡織產(chǎn)品類型：全新DN：50外形尺寸：100（mm） 設(shè)備重量：2（Kg） 規(guī)格：DN50絲扣過濾器主要用在流體或者氣體管道中，內(nèi)部有不銹鋼過濾器網(wǎng)，利用帶有沖孔或者編織網(wǎng)孔的濾網(wǎng)來阻隔固體污物的裝置。過濾器設(shè)置有不同的目數(shù)，通過目數(shù)的多少來控制過濾污物的程度。絲扣過濾器一般在泵、控制閥、電磁閥、減壓閥、供暖機組或者其他的傳感設(shè)備面前都

19、要用到絲扣過濾器。3.5、水泵的選擇1. 供應BQ32-23×5-18.5型礦用防爆潛水泵類型：礦用防瀑潛水泵材質(zhì)：鑄鐵不銹鋼可選驅(qū)動方式：電動原理：轉(zhuǎn)子泵用途：適用于礦井中排水泵軸位置：中立式葉輪數(shù)目：多級性能：防爆型號：BQ32-23×5-18.5流量：32（m3/h） 揚程：115（m） 轉(zhuǎn)速：2800（rpm） 吸入口徑：65（mm） 排出口徑：65（mm） 品牌：山西天海QK型礦用防爆潛水電泵是由礦用隔爆型潛水電泵用三相電動機與泵直聯(lián)一體潛入水中工作的提水機具。適用于礦井中排水，可用于周圍介質(zhì)中含有甲烷或煤塵等爆炸性氣體混合物的環(huán)境中，環(huán)境溫度適用于0-40，海拔高度小于2000m。其性能指標高，密封性能好，隔爆性能強等特點。2. 假設(shè)井下排水管道直徑為50mm.四 電路及管路設(shè)計4.1、電路設(shè)計礦井抽水電路圖660v三相電源15v控制器變頻器傳感器水泵水管0660v電壓特定設(shè)備420ma電池型電池型原理：水泵通過水管將水抽到地面，傳感器安裝在水管上，當傳感器上顯示的水流量大于、等于或小于設(shè)定流量時，傳感器將電流式模擬信號傳給控制器；控制器將設(shè)定電壓模擬信號輸出，變頻器接收信號后，改變輸出電壓的