安全监测监控课程设计.docx
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安全监测监控课程设计
安全监测监控系统课程设计
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50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：
（1）能检测抽出的水流量；
（2）形成一个自动恒流控制系统；
（3）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，本设计采用电动调节阀控制恒流量抽水方式，最根本的目的是将蓄水池中的水抽送至制浆设备中，在设计中利用电磁流量传感器、和控制器（PID）电动调节阀控制流量将抽水过程进行优化，实现恒流量自动控制抽水过程，电磁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；电动调节阀在本设计中根据PID的调节作用调节流量的大小达到设定值，.PID控制器可以实现对抽水过程的灵活控制。
（1）统一信号类型
确定传感器（HQLDD电池供电式电磁流量计）的输出方式为电流式模拟信号；
确定控制器ＸＭＰＡ－３０００智能ＰＩＤ调节器
输入方式为电流式模拟信号，输出方式电压式模拟信号；
确定电动控制阀的输入方式为电压式模拟信号。
（2）确定各自的输入输出量
传感器、控制器的输出或输入电流都为：
4~20MA；控制器、变频器的输出或输入电流都为：
1~5V。
（3）各个器件的要求
由于设计制浆用水量为50方/小时，并且为自动恒流控制系统。
1.我们必须知道其HQLDD电池供电式电磁流量计应显示的水流量为50方/小时或者为0.83方/分钟。
2.应根据管道的直径，计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-管道横截面积；V-流速。
假设水管直径为90mm.
V=Q/A=50/（3.14×0.045×0.045×3600）=2.18m/s
3.传感器应输出的电流模拟信号大小的为：
【（20-4）/（15-0.1）】×2.18=2.34MA
4+2.34=6.34MA
控制器应该输出的电压模拟型号的大小为：
【（5-1）/（20-4）】×2.18=0.55
1+0.55=1.545V
4.控制器内部标准模拟电流设定为6.34MA如果HQLDD电池供电式电磁流量计输出的模拟电流量大于或小于标准值时，控制器通过输出电压式模拟信号1.55V来改变变频器的电压输出，从而控制水泵的出水量。
图1系统主要设备列表
名称
型号
数量
电磁流量传感器
HQLDD电池供电式电磁流量计
1
执行器
电动调节阀
1
控制器
ＸＭＰＡ－３０００智能ＰＩＤ调节器
1
水泵
ISG型立式管道离心泵，
2
2.2系统结构
本系统属于蓄水池恒流抽水自动控制系统，考虑到经济方面和环境保护方面因素，我们先把从井下抽出的水源预存到蓄水池中，然后添加先进控制设备和辅助设备，将井下水源进行制浆，二次利用矿井废水，实现废水的再利用，用于井下灭火和灌浆。
用水泵将蓄水池中的水通向制浆机中，在水泵和制浆机之间安装电磁流量传感器，主要用于实际流量与标准流量50方/小时大小的判别，传感器将流量信息传输给控制器，控制器根据实际情况将需要改变的信息传输给执行器，执行器根据控制器传输的信息调节流量，从而达到增大、减小或者不改变水流大小的目的。
图2抽水自动控制系统
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50方每小时。
如实物图如图3：
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
ZDLM电子式电动套筒调节阀由PS系列或3610系列直行程电动执行机构和低流阻直通单座阀组成。
（也可配其它品牌直行程执行机构）。
电动执行机构为电子式一体化结构，内有伺服放大器,输入控制信号（4-20mADC或1-5VDC）及电源即可控制阀门开度,达到对压力、流量、液位、温度等工参数的调节。
ZDLM电子式套筒阀具有动作灵敏、连线简单、流量大、体积小、调节精度高等特点。
控制精度和性能比DKZ型有明显提高。
套筒阀具有稳定性好，不易产生震动，噪音低，对温度敏感等特点，单密封型适用于泄漏要求较严，压差不大的干净介质场合。
双密封型适用于泄漏要求不严，压差较大的干净介质场合。
小孔节流型，可作低噪音阀使用。
ZDLM套筒阀广泛应用于电力、冶金、化工、石油、环保、轻工、设备等行业。
主要技术参数和性能指标
型号
阀座通径mm
公称压力（Mpa
行程（mm）
信号
工作温度
法兰尺寸
电源
重量
361LSB-30
80
4.0
40
输入信号：
DC4-20mADC1-5V输出信号：
DC4～20mA
-40～230℃（常温型），
符合JB78-59、JB79-59等标准订货生产
DC24VAC220V50Hz
69kg
性能指标
项目
指标值
基本误差％
配361L2.0；配PSL0.1
回差％
2.5
死区％
1.0
始终点偏差％
电开
始点
±2.5
终点
±2.5
电关
始点
±2.5
终点
±2.5
可调范围
30：
1
额定行程偏差％
2.5
允许泄量L/H
单密封符合JB/T7387-94IV级小于阀的额定容量×10-4
3.3控制器
控制器选用江苏源仪仪器仪表有限公司设计生产的ＸＭＰＡ－３０００智能ＰＩＤ调节器功能
（1）过程量、给定值、控制量三重显示。
（2）PID调节器正反作用选择。
（3）出现断阻、断偶、断线故障时，控制量、过程量的模拟输出可选择0%、100%或上限限幅值、下限限幅值。
（4）跟踪输入信号的零点和满度可进行标定。
（5）阀位反馈信号任意选择（各种模拟输入）。
（6）可实现外给定值输入（EM2功能）。
（7）可分别设定控制量上限、下限输出控制范围。
可实现分程PID控制，即保持第一控制量的基础上另产生两个分程控制量。
（8）测量值与设定值显示可进行加减运算。
（9）PID参数自整定或P参数独立自整定。
（10）控制量跟踪反馈量（EM1功能），可实现手/自动向无扰动切除。
内给定值位移（SB功能）。
（11）可实现比值控制。
比值控制公式：
给定值SP=A×外给定+B（A为比值系数）。
（12）二个或三个模拟量输出：
0~10mA或4~20mA。
（13）50HZ同步双向可控硅过零插补控制算法以实现对每一个正弦波的优化控制，避免了大功率负载对电网的高次谐波污染。
型号
显示方式
输入方式
控制输出及调节方式
附加功能
外形尺寸
供电电源
通讯接口
ＸＭＰＡ－３０００
三屏显示
直流电流（0~10mA、4~20mA）
直流电压（0~5V,1~5V,0~20mV,0~75m）
连续PID方式
PID0~5V输出
有开机手动功能
竖式80×160
开关电源85~260VAC
带RS485通讯接口
3.4配套设备
配套设备如表3-4：
表3-4
元件
符号
型号
厂家
接触器
KM
SC-E03-C
成都国光电气股份有限公司
闸刀开关
QS
HD11-100/18
成都国光电气股份有限公司
熔断器
FU1，FU2
RT186A
浙江正大熔断器有限公司
FU3
RT188A
浙江正大熔断器有限公司
热继电器
FR1FR2
TK-E02T-C
浙江福特电器有限公司
FR3
K-E02U-C
浙江福特电器有限公司
按钮
SB
LAY3—11
成都国光电气股份有限公司
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50方每小时，选用上海阳光泵业有限公司生产的ISG型立式管道离心泵，供输送清水及物理化学性质类似于清水的其他液体之用，适用于工业和城市给排水、高层建筑增压送水、园林喷灌、消防增压、远距离输送、暖通制冷循环、浴室等冷暖水循环增压及设备配套，使用温度T<80℃。
参数如下：
型号
流量
扬程
（m）
效率
（%）
转速
r/min
电机功率
kw
汽蚀余量（npsh）r
重量kg
65-315（I）
65m3/L
18.1L/S
121
57
2900
37
3.0
350
3.6实物连线图
4电路及管路设计
4.1电路设计
电动调节阀采用交流220V电源，水泵采用380V交流电源，PID与电磁流量计采用直流24V电源，水泵电机采用三相四线制三角形接法，根据选型结果设计电路图如下
4.2管路设计
安装要求：
电磁流量计安装方向不受限制，长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。
90º弯头、T形管、同心异径管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线5倍直径（5D）长度的直管段，不同开度的阀则需10D；下游直管段为（2～3）D或无要求；各标准或检定规程所提出上下游直管段长度亦不一致，要求比通常要求高。
这是由于为保证达到当前0.5级精度仪表的要求传感器必须单独接地（接地电阻100Ω以下）。
分离型原则上接地应在传感器一侧，转换器接地应在同一接地点。
如传感器装在有阴极腐蚀保护管道上，除了传感器和接地环一起接地外，还要用较粗铜导线（16mm2）绕过传感器跨接管道两连接法兰上，使阴极保护电流与传感器之间隔离。
–尽可能避免测量管内变成负压；
选择震动小的场所，特别对一体型仪表；避免附近有大电机、大变压器等引起电磁场干扰；易于实现传感器单独接地的场所；尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体；环境温度在－25/－10～50/600℃范围内；环境相对湿度在10%～90%范围内；尽可能避免受阳光直照；避免雨水浸淋，不会被水浸没
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。
几天的课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。
在社会这样一个大群体里面，沟通自然是为人处世的基本，如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会。
附录（选择方案及分工）
方案二：
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，要求采用电动调节阀进行控制，制定一个自动控制系统
分工：
第一部分：
设计目标、要求和结论（李潇、学号**********）
第二部分：
系统结构设计（李春利、学号**********）
第三部分：
设备选型（朱丽萍、学号**********）
第四部分：
选型设备实物连线图（徐培耘、学号**********）
第五部分：
电路及管路设计（丁治阳、学号**********）
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