安全监测监控课程设计实例.docx
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安全监测监控课程设计实例
安全监测监控系统
课程设计
论文名称:
蓄水池变频恒流量抽水自动控制系统设计
论文单位:
能源学院
论文作者:
安全工程
学号:
指导老师:
蓄水池变频恒流量抽水自动控制系统
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,这种设计会有很好的经济效益。
1.2设计要求
设计对象是某煤矿地面蓄水池,通过设计一个自动控制系统,将其中的水抽出刀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70方/小时,可以采用变频器进行控制,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:
(一)、能检测抽出的水流量;
(二)、形成一个自动恒流控制系统;
(三)、能控制水流量为我们的指定值。
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,在设计中添加流量传感器、变频执行器和控制器等将抽水过程进行优化。
实现恒流量变频自动控制抽水过程。
流量传感器用来监测管路中的流量是否达到生产所需的值;变频执行器以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式,在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用,在本设计中,其作用也是一样的,它是对水泵进行转速控制的单元.变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率,完成对调速泵的转速控制;控制器可以实现对抽水过程的灵活控制。
对此,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。
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,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图2-1:
PID
调
节
器
变频器
PLC控制器
电磁流量计
水
泵
机
组
图2-1设计系统结构原理图
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。
选用上海速坤仪表有限公司的智能型电磁流量计,流量适合设计要求的70方每小时。
如实物图如图3-1:
图3-1
具体技术参数如下如表3-1:
表3-1
介质电导率
>5μS/cm
介质流速
推荐流速:
0.5~10m/s,可测量流速:
0.1~15m/s
量程范围
满量程20mA对应流量规格详见下表,在口径范围内可任意设置
精度等级
±0.5%,±1%
环境温度
-10℃~50℃
介质温度
60℃(橡胶内衬)、120℃(四氟内衬)、180℃(四氟内衬)
工作压力
DN10~50:
PN≤4MPa
DN65~200:
PN≤1.6MPa
DN250~1000:
PN≤1.0MPa
DN1200~2000:
PN≤0.6MPa
DN2200:
PN≤0.25MPa
以上各口径如需要更高压力,可以特殊订货
电源
AC220V50Hz(90~245VAC50Hz)
DC24V(20~36VDC)
DC3.6V(锂电池供电)
防护等级
标准型IP65,防水型IP68
电极材质
316L,Hc,Hb,Ti,Ta,Pt
衬里材质
氯丁橡胶,聚四氟乙烯,聚氯乙稀
法兰标准
GB9119-2000
3.2执行器
变频器(Variable-frequencyDrive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频调速是公认为理想的调速方式,采用变频调速一是为了满足提高劳动生产效率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求;二是为了节约能源、降低生产成本。
变频调速的节能:
供水系统采用变频器泵的节能效果明显,节电率达20%-60%。
减少无功功率:
变频器有效的节省了无功功率消耗的能量。
易于控制,控制系统简单化:
供水系统变频器的应用使系统更方便控制。
设计选用上海肯科电气有限公司的三菱电机变频器,型号为:
FR-D700系列变频调速器。
如实物图如图3-2:
图3-2
技术数据:
表3-2
变频器
适用电机容量(KW)
输出额定容量(KVA)
输出额定电流(A)
过载能力
电源额定输入交流电压/频率
冷却方式
FR-D700系列5.5型(三菱)
5.5
9.1
12
150%60s,200%0.5s(反时限特性)
3相,380V至480V50Hz/60Hz
强制风冷
3.3控制器
PID(比例(proportion)、积分(integral)、微分(derivative))控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史,现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID控制器简单易懂,使用中不需精确的系统模型等先决条件,因而成为应用最为广泛的控制器。
它由于用途广泛、使用灵活,已有系列化产品,使用中只需设定三个参数(Kp,Ti和Td)即可。
在很多情况下,并不一定需要全部三个单元,可以取其中的一到两个单元,但比例控制单元是必不可少的。
首先,PID应用范围广。
虽然很多工业过程是非线性或时变的,但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统,这样PID就可控制了。
其次,PID参数较易整定。
也就是,PID参数Kp,Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。
如果过程的动态特性变化,例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化,PID参数就可以重新整定。
本设计选用三菱电机-PLC,FX1S系列PLC。
相关信息如表3-3:
表3-3
模型
I/O总数
输入
输出
尺寸
mm(英寸)
(宽)*(厚)*(高)
数目
类型
数目
类型
FX1s-10MR-001
10
6
漏型
4
继电器
60*75*90
(2.4*3.0*3.5)
3.4配套设备
配套设备如表3-4
表3-4
元件
符号
型号
个数
接触器
KM
SC-E03-C
7
闸刀开关
QS
HD11-100/18
1
熔断器
FU1,FU2
RT186A
2
FU3
RT188A
1
热继电器
FR1FR2
TK-E02T-C
2
FR3
K-E02U-C
1
按钮
SB
LAY3—11
10
3.5水泵
设计需要两台水泵,一台工作,一台防止工作水泵出问题作为备用水泵。
水泵所抽水的流量要满足70方每小时,选用三昌泵业的DM46-50×4DM—耐磨多级离心泵。
46—设计点流量为46m3/h;50—设计点单级扬程为50m;4—级数为4级
性能范围:
流量:
Q=3.75~840m3/h;扬程:
H=19~680m
4电路及管路设计
4.1电路设计
根据设计系统原理图连接实物图,如图4-1
图4-1
本设计的电路图,如图4-2
图4-2
4.2管路设计
根据已经选型的设备,本设计的管路结构图如图4-3
电磁流量计
图4-3
当管路中流量下降时,变频器输出频率降至增大频率,恢复对水量的闭环调节,使流量重新达到设定值.当管路中的流量增大时,结论变频器输出频率升至降低频率,恢复对水量的比黄调节,是流量重新达到设定值。
实现恒流量量变频自动控制抽水。
结论
通过此次课程设计,使我更加扎实的掌握了有关安全检测监控系统方面的知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考,一遍又一遍的检查终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
在课程设计过程中,我们不断发现错误,不断改正,不断领悟,不断获取。
最终的检查环节,本身就是在践行“过而能改,善莫大焉”的知行观。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多问题,最后在老师与同学们的指导下,终于游逆而解。
在今后社会的发展和学习实践过程中,一定要不懈努力,不能遇到问题就想到要退缩,一定要不厌其烦的发现问题所在,然后一一进行解决,只有这样,才能成功的做成想做的事,才能在今后的道路上劈荆斩棘,而不是知难而退,那样永远不可能收获成功,收获喜悦,也永远不可能得到社会及他人对你的认可!
此次设计也让我明白了思路即出路,有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询,只要认真钻研,动脑思考,动手实践,就没有弄不懂的知识,收获颇丰。
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