安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控課程設(shè)計(jì)

第13頁(yè) 安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)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(jì)專(zhuān)業(yè)安全工程班級(jí)1001班姓名劉龍飛學(xué)號(hào)1003070125指導(dǎo)老師吳建斌目錄1設(shè)計(jì)目的與要求 31.1設(shè)計(jì)目的 31.2設(shè)計(jì)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(jì) 134.1電路設(shè)計(jì) 134.2管路設(shè)計(jì) 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(jì)一、課程設(shè)計(jì)目的與要求1.1設(shè)計(jì)目的對(duì)于多數(shù)礦井來(lái)說(shuō)，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(wèn)題。本次課程設(shè)計(jì)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(huì)用于井下滅火和充填。1.2設(shè)計(jì)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(dǎo)設(shè)計(jì)制漿用水量為30方/小時(shí)，要求采用變頻器進(jìn)行控制，制定一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)一個(gè)采用水泵將蓄水池的水抽出到指定設(shè)備的系統(tǒng)，要求：能檢測(cè)抽出的水流量能控制水流量為我們的指定值形成一個(gè)自動(dòng)恒流控制系統(tǒng)二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1控制方案1.>統(tǒng)一信號(hào)類(lèi)型確定傳感器（HQLDD電池供電式電磁流量計(jì)）的輸出方式為電流式模擬信號(hào)；確定控制器（Honeywell微電腦PIDDC1040CR-701000）輸入方式為電流式模擬信號(hào)，輸出方式電壓式模擬信號(hào)；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(hào)。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：4~20ma；控制器、變頻器的輸出或輸入電流都為：1~5v。3.>各個(gè)器件的要求由于設(shè)計(jì)制漿用水量為30方/小時(shí)，并且為自動(dòng)恒流控制系統(tǒng)。我們必須知道其HQLDD電池供電式電磁流量計(jì)應(yīng)顯示的水流量為30方/小時(shí)或者為0.5方/分鐘。應(yīng)根據(jù)管道的直徑，計(jì)算出水流在管道中的流速：由公式：Q=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】=4.246m/s3.傳感器應(yīng)輸出的電流模擬信號(hào)大小的為：【（20-4）/(15-0.1)】*4.246=4.56ma4+4.56=8.56ma控制器應(yīng)該輸出的電壓模擬型號(hào)的大小為：【（5-1）/（20-4）】*4.56=1.141+1.14=2.14V4.控制器內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)模擬電流設(shè)定為8.56ma,如果HQLDD電池供電式電磁流量計(jì)輸出的模擬電流量大于或小于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，控制器通過(guò)輸出電壓式模擬信號(hào)2.14V來(lái)改變變頻器的電壓輸出，從而控制水泵的出水量。4.>確定工作條件HQLDD電池供電式電磁流量計(jì)、Honeywell微電腦PIDDC1040CR-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(jiàn)其技術(shù)參數(shù)。（儀器選擇）2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)水泵通過(guò)水管將水抽到地面，傳感器安裝在水管上，當(dāng)傳感器上顯示的水流量大于、等于或小于設(shè)定流量時(shí)，傳感器將電流式模擬信號(hào)傳給控制器；控制器將設(shè)定電壓模擬信號(hào)輸出，變頻器接收信號(hào)后，改變輸出電壓的大小；從而通過(guò)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雜質(zhì)較多，如果選擇渦輪流量計(jì)或渦街流量計(jì)，有可能會(huì)影響其測(cè)量的精度，并且要常常進(jìn)行管道淤積處理。由于水中雜質(zhì)較多，說(shuō)明其導(dǎo)電能力很強(qiáng)，所以就選擇電磁流量計(jì)。電磁流量計(jì)的型號(hào)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(jì)HQLDD電池供電式電磁流量計(jì)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(jì),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(wú)電源的地方。它是基于法拉第電磁感應(yīng)定律工作的，用來(lái)測(cè)量電導(dǎo)率大于5μS/cm導(dǎo)電液體的體積流量，是一種測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表。除可測(cè)量一般導(dǎo)電液體的體積流量外，還可用于測(cè)量強(qiáng)酸強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕液體和泥漿、礦漿、紙漿等均勻的液固兩相懸浮液體的體積流量。廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、輕紡、造紙、環(huán)保、食品等工業(yè)部門(mén)及市政管理，水利建設(shè)、河流疏浚等領(lǐng)域的流量計(jì)量?！炊怠㈦姵毓╇娛诫姶帕髁坑?jì)產(chǎn)品特點(diǎn)全數(shù)字量處理，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量可靠，精度高、流量測(cè)量范圍可達(dá)150：1，超低EMI開(kāi)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(yùn)算速度快,精度高，可編程頻率低頻矩形波勵(lì)磁，提高了流量測(cè)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(wú)可動(dòng)部件，無(wú)阻流部件，測(cè)量中幾乎沒(méi)有附加壓力損失。在現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)用戶實(shí)際需要在線修改量程。測(cè)量結(jié)果與流速分布，流體壓力，溫度、密度、粘度等物理參數(shù)無(wú)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(jiǎn)單，易學(xué)易懂。具有RS485、RS232、Hart和Modbus等數(shù)字通訊信號(hào)輸出。（選配）小時(shí)總量計(jì)錄功能，以小時(shí)為單位記錄流量總量，適用于分時(shí)計(jì)量制（選配）內(nèi)部具有三個(gè)積算器可分別顯示正向累計(jì)量反向累計(jì)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(shí)間。（選配）紅外手持操作器，115KHZ通訊速率，遠(yuǎn)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(jì)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：DN10～DN1200管道式橡膠襯里：DN40～DN1200流動(dòng)方向：正，反，凈流量量程比：150：1重復(fù)性誤差：測(cè)量值的±0.1%精度等級(jí)：管道式：0.5級(jí)，1.0級(jí)被測(cè)介質(zhì)溫度：普通橡膠襯里：－20～＋60℃高溫橡膠襯里：－20～＋90℃聚四氟乙稀襯里：－30～＋100℃高溫型四氟襯里：－20～＋180℃額定工作壓力：（高壓可定制）DN6－DN80：≤1.6MPaDN100－DN250：≤1.0MPaDN300－DN1200：≤0.6MPa流速范圍：0.1－15m/s電導(dǎo)率范圍：被測(cè)流體電導(dǎo)率≥5μs/cm電流輸出：負(fù)載電阻0～10mA：0～1.5kΩ4～20mA：0～750kΩ數(shù)字頻率輸出：輸出頻率上限可在1～5000HZ內(nèi)設(shè)定帶光電隔離的晶體管集電極開(kāi)路雙向輸出。外接電源≤35V導(dǎo)通時(shí)集電極最大電流為250mA供電電源：理電池要求直管段長(zhǎng)度上游≥5DN，下游≥2DN連接方式：流量計(jì)與配管之間均采用法蘭連接，法蘭連接尺寸應(yīng)符合GB11988的規(guī)定防爆等級(jí)：mdIIBT4防護(hù)等級(jí)：IP65，特殊訂制最高可達(dá)IP68環(huán)境溫度：－25～＋60℃相對(duì)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(yīng)該根據(jù)電磁流量計(jì)的模擬輸出量，來(lái)確定其模擬輸入量。Honeywell微電腦PIDDC1040CR-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(hào)種類(lèi)選擇，并有有功能強(qiáng)大的周邊可供選擇。高品質(zhì)、高信賴性、擴(kuò)充性的設(shè)計(jì)，是符合控制專(zhuān)業(yè)的最佳選擇。內(nèi)建＂PID+Fuzzy＂運(yùn)算法則，可滿足對(duì)控制精度的要求。除提供基本輸出功能，還設(shè)計(jì)提供特別的控制輸出，如：＂三線式比例馬達(dá)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(lái)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(jiǎn)易：使用者可依顯示幕數(shù)值，簡(jiǎn)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(dòng)操作：DC1020/30/40可藉由A/M鍵，進(jìn)行手動(dòng)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值(任選一種)。多重警報(bào)模式：最多可提供三組警報(bào)，每種警報(bào)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(lèi)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(shí)間250ms顯示顯示精度0.5%FS控制模式(P)比例帶0-200%(ON/OFFactionatP＝0)(I)積分時(shí)間0-3600sec(PDactionatI＝0)(D)微分時(shí)間0-900sec(PIactionatD＝0)工作周期0-150sec(4-20mA＝0,SSR＝1,Relay＝10)輸出控制種類(lèi)輸出Contact,3A/240VAC電壓脈沖輸出VotagePulse20VDC/20mA線性輸出4-20mA,0-5V,0-10V,1-5V,2-10V馬達(dá)控制輸出伺服馬達(dá)閥控制警報(bào)警報(bào)點(diǎn)數(shù)3點(diǎn)(可選擇)模式17種警報(bào)模式可供選擇輔助輸出輸出種類(lèi)SP,PV輸出類(lèi)型4-20mA,0-20mA,0-5V,0-10V,1-5V,2-10V第2組輸入輸出類(lèi)型4-20mA,0-20mA,0-5V,0-10V,1-5V,2-10V取樣時(shí)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(bào)通訊通訊種類(lèi)RS-232,RS-485一般規(guī)格供給電壓及頻率AC85-265V,50/60H周?chē)鷾囟?25℃-65℃周?chē)鷿穸?0-85%RH(noncondesing)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(yīng)用范圍：防爆營(yíng)銷(xiāo)方式：廠家直銷(xiāo)適配電機(jī)功率：132（kW）型號(hào)：BPJ-160/660供電電壓：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(jìn)口，保證了長(zhǎng)期運(yùn)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(yùn)輸機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、防爆提升機(jī)、泵站、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，該產(chǎn)品是煤礦井下拖動(dòng)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(jìn)的無(wú)速度傳感器矢量控制輸出轉(zhuǎn)矩大，0.5Hz時(shí)即可達(dá)到150%的額定轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩輸出可以達(dá)到200%。允許額定電壓的波動(dòng)范圍寬：-15%～+10%，適應(yīng)煤礦井下的供電狀況。

通訊方式：具備標(biāo)準(zhǔn)的Modbus通訊接口、隔離RS485接口

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(fēng)冷散熱，內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可匹配各類(lèi)傳感器，形成閉環(huán)控制，寬廣的頻率調(diào)節(jié)范圍，(0～200Hz)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(guò)載能力：150%額定電流60S，180%額定電流10S。

功率范圍：45～500kW

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660V，1140V。

適用于煤礦井下皮帶運(yùn)輸機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、防爆提升機(jī)、水泵、乳化泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。3.4、配套設(shè)備兩個(gè)控制閥、一個(gè)過(guò)濾器、一個(gè)去污裝置。供應(yīng)300X緩閉式逆止閥dn50水力控制閥類(lèi)型(通道位置)：二通式標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)標(biāo)公稱通徑：DN50工作溫度：常溫材質(zhì)：鑄鐵流動(dòng)方向：?jiǎn)蜗驂毫Νh(huán)境：常壓型號(hào)：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(dòng)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(kāi)啟和關(guān)閉速度調(diào)控的逆止功能，閥門(mén)安裝后能有效控制水泵在啟動(dòng)與停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)到最佳開(kāi)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(dá)到安全關(guān)閉的效果。絲扣過(guò)濾器GL11H-16DN50原理：不銹鋼濾網(wǎng)過(guò)濾用途：固液分離樣式：y型性能：精密過(guò)濾適用對(duì)象：弱腐蝕性腐蝕性低溫物料高衛(wèi)生要求物料適用對(duì)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(lèi)型：不銹鋼304品牌：宏波型號(hào)：GL11H-16有效過(guò)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(lèi)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(guò)濾器主要用在流體或者氣體管道中，內(nèi)部有不銹鋼過(guò)濾器網(wǎng)，利用帶有沖孔或者編織網(wǎng)孔的濾網(wǎng)來(lái)阻隔固體污物的裝置。過(guò)濾器設(shè)置有不同的目數(shù)，通過(guò)目數(shù)的多少來(lái)控制過(guò)濾污物的程度。絲扣過(guò)濾器一般在泵、控制閥、電磁閥、減壓閥、供暖機(jī)組或者其他的傳感設(shè)備面前都要用到絲扣過(guò)濾器。3.5、水泵的選擇1.供應(yīng)BQ32-23×5-18.5型礦用防爆潛水泵類(lèi)型：礦用防瀑潛水泵材質(zhì)：鑄鐵\不銹鋼可選驅(qū)動(dòng)方式：電動(dòng)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(jí)性能：防爆型號(hào)：BQ32-23×5-18.5流量：32（m3/h）揚(yáng)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(dòng)機(jī)與泵直聯(lián)一體潛入水中工作的提水機(jī)具。適用于礦井中排水，可用于周?chē)橘|(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(biāo)高，密封性能好，隔爆性能強(qiáng)等特點(diǎn)。2.假設(shè)井下排水管道直徑為50mm.四．電路及管路設(shè)計(jì)4.1、電路設(shè)計(jì)礦井抽水電路圖礦井抽水電路圖660v三相電源1~5v控制器變頻器傳感器水泵水管0~660v電壓特定設(shè)備4~20ma電池型電池型原理：水泵通過(guò)水管將水抽到地面，傳感器安裝在水管上，當(dāng)傳感器上顯示的水流量大于