安全监测监控课程设计

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安全监测监控系统课程设计

报告（论文）题目： 水泵将蓄水池中水抽到指定设备的系统设计

专 业 安全工程 班 级 1001班 姓 名 刘龙飞 学 号 1003070125 指导老师 吴建斌

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目 录

1 设计目的与要求 ....................................................................................... 3 1.1 设计目的 .................................................................................................. 3 1.2设计要求 ................................................................................................... 3

2 系统控制结构 ......................................................................................... 3 2.1 控制方案 .................................................................................................... 3 2.2 系统结构 .................................................................................................... 4

3 设备选型 ................................................................................................... 5 3.1传感器 ....................................................................................................... 5 3.2 执行器 ...................................................................................................... 8 3.3 控制器 ...................................................................................................... 9 3.4 配套设备 ................................................................................................ 11 3.5 水泵 ........................................................................................................ 13

4 电路及管路设计 ..................................................................................... 13 4.1 电路设计 ................................................................................................ 13 4.2 管路设计 .................................................................................................. 14

5 结论 ....................................................................................................... 15

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水泵将蓄水池中水抽到指定设备的系统设计

一、 课程设计目的与要求 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，二次处理成本极高，采用二次利用的方式能有效的解决矿井水排放问题。本次课程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。

1.2 设计要求

方案三：井下抽取到地面蓄水池的水杂质较多，矿领导设计制浆用水量为30方/小时，要求采用变频器进行控制，制定一个自动控制系统。

设计一个采用水泵将蓄水池的水抽出到指定设备的系统，要求： 1、 能检测抽出的水流量

2、 能控制水流量为我们的指定值 3、 形成一个自动恒流控制系统

二、 系统结构设计 2.1 控制方案

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（Honeywell 微电脑PID DC1040CR-701000）输入方式为电流式模拟信号，输出方式电压式模拟信号；

确定变频器（矿用隔爆型变频器）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30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30方/小时或者为0.5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50mm.

100】=4.246 m/s V=Q/A=30/【3.14* *3600 2（2*1000） 第4页 3. 传感器应输出的电流模拟信号大小的为： 【（20-4）/(15-0.1)】*4.246=4.56 ma 4+4.56=8.56 ma

控制器应该输出的电压模拟型号的大小为： 【（5-1）/（20-4）】*4.56=1.14 1+1.14=2.14 V

4. 控制器内部标准模拟电流设定为8.56 ma,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2.14V来改变变频器的电压输出，从而控制水泵的出水量。

4.> 确定工作条件

HQLDD电池供电式电磁流量计、Honeywell 微电脑PID DC1040CR-701000、矿用隔爆型变频器和QK型矿用防爆潜水电泵的具体工作条件见其技术参数。（仪器选择）

2.2 系统结构

水泵通过水管将水抽到地面，传感器安装在水管上，当传感器上显示的水

流量大于、等于或小于设定流量时，传感器将电流式模拟信号传给控制器；控制器将设定电压模拟信号输出，变频器接收信号后，改变输出电压的大小；从而通过输出电压的大小，改变水泵的频率，从而改变水泵的出水量。

系统结构图

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特定设备 传感器 控制器 水管 水泵 变频器 矿井抽水系统图

三、设备选型 3.1、 传感器的选择

由于井下抽取到地面蓄水池的水杂质较多，如果选择涡轮流量计或涡街流量计，有可能会影响其测量的精度，并且要常常进行管道淤积处理。由于水中杂质较多，说明其导电能力很强，所以就选择电磁流量计。电磁流量计的型号很多，但我们只需选择满足要求的其中一组。例如

〈一〉、HQLDD电池供电式电磁流量计

HQLDD电池供电式电磁流量计由传感器和转换器两部分构成,它是一种自带电源的流量计,在工作使用中不需要外接任何电源,适合用于野外和工况无电源的地方。它是基于法拉第电磁感应定律工作的，用来测量电导率大于5μS/cm导电液体的体积流量，是一种测量导电介质体积流量的感应式仪表。除可测量一般导电液体的体积流量外，还可用于测量强酸强碱等强腐蚀液体和泥浆、矿浆、纸浆等均匀的液固两相悬浮液体的体积流量。广泛应用于石油、化工、冶金、轻纺、造纸、环保、食品等工业部门及市政管理，水利建设、河流疏浚等领域的流量计量。

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〈二〉、电池供电式电磁流量计产品特点

全数字量处理，抗干扰能力强，测量可靠，精度高、流量测量范围可达150：1，超低EMI开关电源，适用电源电压变化范围大，抗EMI性能好。

采用16位嵌入式微处理器，运算速度快, 精度高，可编程频率低频矩形波励磁，提高了流量测量的稳定性，功耗低。

采用SMD器件和表面贴装（SMT）技术，电路可靠性高。

管道内无可动部件，无阻流部件，测量中几乎没有附加压力损失。 在现场可根据用户实际需要在线修改量程。

测量结果与流速分布，流体压力，温度、密度、粘度等物理参数无关。 高清晰度背光LCD显示，全中文菜单操作，使用方便，操作简单，易学易懂。 具有RS485、RS232、Hart和Modbus等数字通讯信号输出。（选配）

小时总量计录功能，以小时为单位记录流量总量，适用于分时计量制（选配） 内部具有三个积算器可分别显示正向累计量反向累计量及差值积算量，内部设有不掉电始终，可记录16次掉电时间。（选配）

红外手持操作器，115KHZ通讯速率，远距离非接触操作转换器所有功能（选配） 〈三〉、电池供电式电磁流量计技术参数

公称通径（mm）

（特殊规格可定制）

流动方向：

量程比：

重复性误差：

精

管道式：0.5级，1.0级 测量值的±0.1% 150：1 正，反，净流量

管道式橡胶衬里：DN40～DN1200 管道式四氟衬里：DN10～DN1200

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度等级：

被测介质温度：

额定工作压力：

（高压可定制）

流速范围：

电导率范围：

负

电流输出：

数字频率输出：

供电电源：

要求直管段长度

连接方式：

防爆等级：

防护等级：

环境温度：

相对温度：

消耗总功率：

小于20W 5%～95% －25～＋60℃

IP65，特殊订制最高可达IP68 mdIIBT4

流量计与配管之间均采用法兰连接，法兰连接尺寸应符合GB11988的规定 上游≥5DN，下游≥2DN 理电池 载电阻

输出频率上限可在1～5000HZ内设定带光电隔离的晶体管集电极开路双向输出。外接电源≤35V导通时集电极最大电流为250mA

0～10mA：0～1.5kΩ 4～20mA：0～750 kΩ

被测流体电导率≥5μs/cm 0.1－15m/s

普通橡胶衬里：－20～＋60℃ 高温橡胶衬里：－20～＋90℃ 聚四氟乙稀衬里：－30～＋100℃ 高温型四氟衬里：－20～＋180℃ DN6－DN80：≤1.6MPa DN100－DN250：≤1.0MPa DN300－DN1200：≤0.6MPa

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3.2、 控制器的选择

控制器的选择应该根据电磁流量计的模拟输出量，来确定其模拟输入量。 Honeywell 微电脑PID DC1040CR-701000 产品特色

适用于温度、湿度、流量、压力、PH值控制。

提供多样化输入\\输出信号种类选择，并有有功能強大的周边可供选择。高品质、高信赖性、扩充性的设计，是符合控制专业的最佳选择。內建＂PID+Fuzzy＂运算法則，可满足对控制精度的要求。

除提供基本输出功能，还设计提供特別的控制输出，如：＂三线式比例马达发控制＂、＂直接触发SCR/TRIC的相位或零位控制＂，可大幅減少不必要的周边投资。

提供可程式规划的功能，可用来规划各升温、降温、持温曲线。 双显示：2行4位7段LED数字显示(PV及SP值)。

规划简易：使用者可依显示幕数值，简易规划参数 输入及输出支援。 输入：12种电热偶、3种RTD及5种线性输入。 输出：Relay、SSR、及线性输出。

手动操作：DC1020/30/40可藉由A/M键，进行手动输出。

第二组输出功能：经由2种程式控制，具双输出(冷卻/加热)功能 辅助输出：可再传送PV、SV值(任选一种)。

多重警报模式：最多可提供三组警报，每种警报有17种模式。 程式控制：可提供2组，每组8段之程式控制选定。 通讯：可提供RS-232及RS485之通讯介面。

TC(K,J,R,S,B,E,N,T,W,PLII,U,L)

流程参数输入

输入取样时间

显示

显示精度 (P)比例带 (I)积分时间

控制模式

间

工作周期 输出 电压脉冲输

输出控制种类

出

警报 辅助输出

警报点数 模式 输出种类 输出类型

3点(可选择)

17种警报模式可供选择 SP,PV

4-20mA,0-20mA,0-5V,0-10V,1-5V,2-10V

出

线性输出 马达控制输

4-20mA,0-5V,0-10V,1-5V,2-10V 伺服马达閥控制

0-150 sec (4-20mA＝0,SSR＝1,Relay＝10) Contact,3A/240V AC Votage Pulse 20VDC/20mA

(D)微分时

0.5%FS

0-200%(ON/OFF action at P＝0) 0-3600 sec(PD action at I＝0) 0-900 sec(PI action at D＝0)

输入类型

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 250ms

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第2组输入

程式 通讯

输出类型 取样时间 程式组数/段数

选用方式 通讯种类 供给电压及

一般規格

频率

周围温度 周围湿度

-25℃-65℃

50-85%RH(non condesing)

程式组数连结及重複,程式/段数结束警报 RS-232,RS-485

AC 85-265V, 50/60H,DC 15-50V 4-20mA,0-20mA,0-5V,0-10V,1-5V,2-10V 250ms

2组程式/8段(每组)

3.3、变频器的选择

矿用隔爆型变频器

额定电压：三相AC690（V）输出电压调节方式：PWM控制外型：铁壳产品系列：BPJ直流电源性质：电压型滤波器：不带滤波器额定电流：175（A）电源相数：三相应用范围：防爆营销方式：厂家直销适配电机功率：132（kW）型号：BPJ-160/660供电电压：中压品牌：ZW控制方式：电流矢量

本产品采用矢量控制技术，主要器件采用原装进口，保证了长期运行的可靠性，并具有明显的节能效果，适用于煤矿井下胶带运输机、刮板运输机、防爆提升机、泵站、风机等设备，该产品是煤矿井下拖动设备的发展方向。

矿用隔爆型变频器技术性能采用先进的无速度传感器矢量控制输出转矩大，0.5Hz时即可达到150%的额定转矩，最大转矩输出可以达到200%。

允许额定电压的波动范围宽：-15%～+10%，适应煤矿井下的供电状况。 通讯方式：具备标准的Modbus通讯接口、隔离RS485接口

采用低电感母线技术：大大减少了分布电感，提高了变频器的可靠性。 冷却方式：中小功率采用热管散热，中大功率采用风冷散热，内置PID调节器，可匹配各类传感器，形成闭环控制，宽广的频率调节范围，(0～200Hz)完备的EMC解决方案

突出的节能效果。 功率平衡功能。

大功率可选择12脉冲整流。

过载能力：150%额定电流60S，180%额定电流10S。 功率范围：45～500kW / 660V，1140V。

适用于煤矿井下皮带运输机、刮板运输机、防爆提升机、水泵、乳化泵、风机等设备。

3.4、配套设备

两个控制阀、一个过滤器、一个去污装置。 供应300X缓闭式逆止阀dn50 水力控制阀 类型(通道位置)：

公称通径： 材质： 压力环境：

二通式 DN50 铸铁 常压

标准： 工作温度： 流动方向： 型号：

国标 常温 单向 300X

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形态： 适用介质： 驱动方式：

隔膜式 水 水力控制

连接形式： 品牌： 外形：

法兰 富工/F.G 大型

【产品用途】

300X缓闭式逆止阀具有开启和关闭速度调控的逆止功能，阀门安装后能有效控制水泵在启动与停止运转时会自动调节到最佳开启与关闭的速度。适用于矿企业、高层建筑由水泵直接给排水系统中，减小水锤及水击现象产生，以达到安全关闭的效果。

丝扣过滤器 GL11H-16 DN50 原理：不锈钢滤网过滤 性能：精密过滤 滤料类型：不锈钢304

有效过滤面积：5（m2） 产品类型：全新 设备重量：2（Kg）

用途：固液分离 适用对象：弱腐蚀性 腐蚀性 低温物料 高卫生要求物料

品牌：宏波

样式：y型

适用对象性质：弱腐蚀性,腐蚀性,低温物料,高卫生要求物料

型号：GL11H-16

适用范围：化工,石油,制药,轻工,食品,选矿,水处理,冶金,染料,纺织

外形尺寸：100（mm）

主体材质：铸铁

DN：50 规格：DN50

丝扣过滤器主要用在流体或者气体管道中，内部有不锈钢过滤器网，利用带有冲孔或者编织网孔的滤网来阻隔固体污物的装置。过滤器设置有不同的目数，通过目数的多少来控制过滤污物的程度。丝扣过滤器一般在泵、控制阀、电磁阀、减压阀、供暖机组或者其他的传感设备面前都要用到丝扣过滤器。

3.5、水泵的选择

1. 供应BQ32-23×5-18.5型矿用防爆潜水泵

类型：矿用防瀑潜水泵

原理：转子泵 叶轮数目：多级 流量：32（m3/h） 吸入口径：65（mm）

材质：铸铁\\不锈钢

可选

用途：适用于矿井中排水

性能：防爆 扬程：115（m） 排出口径：65（mm）

驱动方式：电动 泵轴位置：中立式 型号：

BQ32-23×5-18.5

转速：2800（rpm） 品牌：山西天海

第11页 QK型矿用防爆潜水电泵是由矿用隔爆型潜水电泵用三相电动机与泵直联一体潜入水中工作的提水机具。适用于矿井中排水，可用于周围介质中含有甲烷或煤尘等爆炸性气体混合物的环境中，环境温度适用于0-40℃，海拔高度小于2000m。其性能指标高，密封性能好，隔爆性能强等特点。

2. 假设井下排水管道直径为50mm.

四． 电路及管路设计 4.1、电路设计

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特定设备 4~20ma 1~5v 传感器 控制器 变频器 660v三相 电源 电池型 电池型 0~660v电压 水管 水泵 矿井抽水电路图

原理：水泵通过水管将水抽到地面，传感器安装在水管上，当传感器上显示的水流量大于、等于或小于设定流量时，传感器将电流式模拟信号传给控制器；控制器将设定电压模拟信号输出，变频器接收信号后，改变输出电压的大小；从而通过输出电压的大小，改变水泵的频率，从而改变水泵的出水量。

4.2、管路设计

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过滤器 传感器 水泵 控制阀 去污装置

原理：通过“U”形管效应，使得电磁传感器所在水管总是处于满管状态，从而不影响传感器的精确度；其次必须在传感器前后预留长度3D~5D；过滤器的的作用主要是过滤掉一些塑料、大的固体颗粒等杂质；由于一些小颗粒会通过过滤器淤积在“U”管底部，所以必须过段时间对“U”形管道进行清洗。

五、 总结

通过本次监测监控的课程设计，我进一步巩固了安全监测监控这门专业课

的相关理论知识，同时在设计的这段时间里我也发现了自己的很多不足。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。在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大，有些人很有责任感，把这样一种事情当成是自己的重要任务，并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题。而有些人则不以为然，总觉得自己的弱势……其实在生活中这样的事情也是很多的，当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的，这当然也会影响我们的结果。很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态，而不是看我们过去的能力到底有多强，那是一种态度的端正和目的的明确，只有这样把自己身置于具体的问题之中，我们才能更好的解决问题。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u787.html