安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)第16-頁(yè) 目錄安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) -2-1設(shè)計(jì)目的與要求 -2-1.1設(shè)計(jì)目的 -2-1.2設(shè)計(jì)要求 -2-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -3-2.1控制方案 -3-2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu) -5-3設(shè)備選型 -5-3.1傳感器 -5-3.2執(zhí)行器 -8-3.3控制器 -10-3.4配套設(shè)備 -12-3.5水泵 -12-3.6實(shí)物連線圖 -13-4電路及管路設(shè)計(jì) -14-4.1電路設(shè)計(jì) -14-4.2管路設(shè)計(jì) -15-結(jié)論 -16-附錄（選擇方案及分工） -17-安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)1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)境污染和資源浪費(fèi)，而如果二次處理，成本極高。所以考慮采用二次利用的方式能有效的解決礦井水排放問題。本設(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。這樣做可以變廢為寶，減少對(duì)環(huán)境的污染，有效的解決礦井水排放處理問題，同時(shí)也解決了制泥漿所需水的問題，降低了制漿的成本。因此，這種設(shè)計(jì)會(huì)有很好的經(jīng)濟(jì)效益。1.2設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)對(duì)象是某煤礦地面蓄水池，通過設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，將其中的水抽出刀制定的制漿設(shè)備用于制漿，實(shí)現(xiàn)井下廢水的再利用。該礦井下抽取到地面蓄水池的水雜質(zhì)較少，礦領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計(jì)制漿用水量為50方/小時(shí)，可以采用變頻器進(jìn)行控制，制定一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該功能。設(shè)計(jì)采用水泵將蓄水池的水抽出到指定設(shè)備的系統(tǒng)，具體要求：（1）能檢測(cè)抽出的水流量；（2）形成一個(gè)自動(dòng)恒流控制系統(tǒng)；（3）能控制水流量為我們的指定值2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1控制方案根據(jù)設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制恒流量抽水方式，最根本的目的是將蓄水池中的水抽送至制漿設(shè)備中，在設(shè)計(jì)中利用電磁流量傳感器、和控制器（PID）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制流量將抽水過程進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)恒流量自動(dòng)控制抽水過程，電磁流量傳感器用來監(jiān)測(cè)管路中的流量是否達(dá)到生產(chǎn)所需的值；電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在本設(shè)計(jì)中根據(jù)PID的調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)流量的大小達(dá)到設(shè)定值，.PID控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)抽水過程的靈活控制。（1）統(tǒng)一信號(hào)類型確定傳感器（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ＸＭＰＡ－３０００智能ＰＩＤ調(diào)節(jié)器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)；確定電動(dòng)控制閥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50方/小時(shí)，并且為自動(dòng)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(jì)應(yīng)顯示的水流量為50方/小時(shí)或者為0.83方/分鐘。2.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90mm.V=Q/A=50/(3.14×0.045×0.045×3600)=2.18m/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)】×2.18=2.34MA4+2.34=6.34MA控制器應(yīng)該輸出的電壓模擬型號(hào)的大小為：【（5-1）/（20-4）】×2.18=0.551+0.55=1.545V4.控制器內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)模擬電流設(shè)定為6.34MA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)，控制器通過輸出電壓式模擬信號(hào)1.55V來改變變頻器的電壓輸出，從而控制水泵的出水量。圖1系統(tǒng)主要設(shè)備列表名稱型號(hào)數(shù)量電磁流量傳感器HQLDD電池供電式電磁流量計(jì)1執(zhí)行器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥1控制器ＸＭＰＡ－３０００智能ＰＩＤ調(diào)節(jié)器1水泵ISG型立式管道離心泵，22.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)屬于蓄水池恒流抽水自動(dòng)控制系統(tǒng)，考慮到經(jīng)濟(jì)方面和環(huán)境保護(hù)方面因素，我們先把從井下抽出的水源預(yù)存到蓄水池中，然后添加先進(jìn)控制設(shè)備和輔助設(shè)備，將井下水源進(jìn)行制漿，二次利用礦井廢水，實(shí)現(xiàn)廢水的再利用，用于井下滅火和灌漿。用水泵將蓄水池中的水通向制漿機(jī)中，在水泵和制漿機(jī)之間安裝電磁流量傳感器，主要用于實(shí)際流量與標(biāo)準(zhǔn)流量50方/小時(shí)大小的判別，傳感器將流量信息傳輸給控制器，控制器根據(jù)實(shí)際情況將需要改變的信息傳輸給執(zhí)行器，執(zhí)行器根據(jù)控制器傳輸?shù)男畔⒄{(diào)節(jié)流量，從而達(dá)到增大、減小或者不改變水流大小的目的。圖2抽水自動(dòng)控制系統(tǒng)3設(shè)備選型3.1傳感器傳感器選用電磁流量計(jì)，電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測(cè)量的流量計(jì)。電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是壓損極小，可測(cè)流量范圍大。最大流量與最小流量的比值一般為20：1以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，最大可達(dá)3m，輸出信號(hào)和被測(cè)流量成線性，精確度較高，可測(cè)量電導(dǎo)率≥5μs/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量。但它不能測(cè)量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。優(yōu)點(diǎn)：（1）電磁流量計(jì)可用來測(cè)量工業(yè)導(dǎo)電液體或漿液。（2）無壓力損失。（3）測(cè)量范圍大，電磁流量變送器的口徑從2.5ｍｍ到2.6ｍ。（4）電磁流量計(jì)測(cè)量被測(cè)流體工作狀態(tài)下的體積流量，測(cè)量原理中不涉及流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響。缺點(diǎn)：（1）電磁流量計(jì)的應(yīng)用有一定局限性，它只能測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)的液體流量，不能測(cè)量非導(dǎo)電介質(zhì)的流量，例如氣體和水處理較好的供熱用水。另外在高溫條件下其襯里需考慮。（2）電磁流量計(jì)是通過測(cè)量導(dǎo)電液體的速度確定工作狀態(tài)下的體積流量。按照計(jì)量要求，對(duì)于液態(tài)介質(zhì)，應(yīng)測(cè)量質(zhì)量流量，測(cè)量介質(zhì)流量應(yīng)涉及到流體的密度，不同流體介質(zhì)具有不同的密度，而且隨溫度變化。如果電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器不考慮流體密度，僅給出常溫狀態(tài)下的體積流量是不合適的。（3）電磁流量計(jì)用來測(cè)量帶有污垢的粘性液體時(shí)，粘性物或沉淀物附著在測(cè)量管內(nèi)壁或電極上，使變送器輸出電勢(shì)變化，帶來測(cè)量誤差，電極上污垢物達(dá)到一定厚度，可能導(dǎo)致儀表無法測(cè)量。選用上海速坤儀表有限公司的智能型電磁流量計(jì)，流量適合設(shè)計(jì)要求的50方每小時(shí)。如實(shí)物圖如圖3：圖3-1具體技術(shù)參數(shù)如下如表3-1：表3-1介質(zhì)電導(dǎo)率＞5μS/cm介質(zhì)流速推薦流速：0.5～10m/s，可測(cè)量流速：0.1～15m/s量程范圍滿量程20mA對(duì)應(yīng)流量規(guī)格詳見下表，在口徑范圍內(nèi)可任意設(shè)置精度等級(jí)±0.5%，±1%環(huán)境溫度-10℃～50℃介質(zhì)溫度60℃（橡膠內(nèi)襯）、120℃（四氟內(nèi)襯）、180℃（四氟內(nèi)襯）工作壓力DN10～50：PN≤4MPaDN65～200：PN≤1.6MPaDN250～1000：PN≤1.0MPaDN1200～2000：PN≤0.6MPaDN2200：PN≤0.25MPa以上各口徑如需要更高壓力，可以特殊訂貨電源AC220V50Hz(90～245VAC50Hz)DC24V(20～36VDC)DC3.6V（鋰電池供電）防護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)型IP65，防水型IP68電極材質(zhì)316L，Hc，Hb，Ti，Ta，Pt襯里材質(zhì)氯丁橡膠，聚四氟乙烯，聚氯乙稀法蘭標(biāo)準(zhǔn)GB9119-20003.2執(zhí)行器ZDLM電子式電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥由PS系列或3610系列直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和低流阻直通單座閥組成。(也可配其它品牌直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu))。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電子式一體化結(jié)構(gòu)，內(nèi)有伺服放大器,輸入控制信號(hào)(4-20mADC或1-5VDC)及電源即可控制閥門開度,達(dá)到對(duì)壓力、流量、液位、溫度等工參數(shù)的調(diào)節(jié)。ZDLM電子式套筒閥具有動(dòng)作靈敏、連線簡(jiǎn)單、流量大、體積小、調(diào)節(jié)精度高等特點(diǎn)?？刂凭群托阅鼙菵KZ型有明顯提高。

套筒閥具有穩(wěn)定性好，不易產(chǎn)生震動(dòng)，噪音低，對(duì)溫度敏感等特點(diǎn)，單密封型適用于泄漏要求較嚴(yán)，壓差不大的干凈介質(zhì)場(chǎng)合。雙密封型適用于泄漏要求不嚴(yán)，壓差較大的干凈介質(zhì)場(chǎng)合。小孔節(jié)流型，可作低噪音閥使用。ZDLM套筒閥廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、石油、環(huán)保、輕工、設(shè)備等行業(yè)。主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)型號(hào)閥座通徑mm公稱壓力(Mpa行程(mm)信號(hào)工作溫度法蘭尺寸電源重量361LSB-30804.040輸入信號(hào)：DC4-20mADC1-5V輸出信號(hào)：DC4～20mA-40～230℃(常溫型)，符合JB78-59、JB79-59等標(biāo)準(zhǔn)訂貨生產(chǎn)DC24VAC220V50Hz69kg性能指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)值基本誤差％配361L2.0；配PSL0.1回差％2.5死區(qū)％1.0始終點(diǎn)偏差％電開始點(diǎn)±2.5終點(diǎn)±2.5電關(guān)始點(diǎn)±2.5終點(diǎn)±2.5可調(diào)范圍30：1額定行程偏差％2.5允許泄量L/H單密封符合JB/T7387-94IV級(jí)小于閥的額定容量×10-43.3控制器控制器選用江蘇源儀儀器儀表有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的ＸＭＰＡ－３０００智能ＰＩＤ調(diào)節(jié)器功能（1）過程量、給定值、控制量三重顯示。（2）PID調(diào)節(jié)器正反作用選擇。（3）出現(xiàn)斷阻、斷偶、斷線故障時(shí)，控制量、過程量的模擬輸出可選擇0%、100%或上限限幅值、下限限幅值。（4）跟蹤輸入信號(hào)的零點(diǎn)和滿度可進(jìn)行標(biāo)定。（5）閥位反饋信號(hào)任意選擇（各種模擬輸入）。（6）可實(shí)現(xiàn)外給定值輸入（EM2功能）。（7）可分別設(shè)定控制量上限、下限輸出控制范圍?？蓪?shí)現(xiàn)分程PID控制，即保持第一控制量的基礎(chǔ)上另產(chǎn)生兩個(gè)分程控制量。（8）測(cè)量值與設(shè)定值顯示可進(jìn)行加減運(yùn)算。（9）PID參數(shù)自整定或P參數(shù)獨(dú)立自整定。（10）控制量跟蹤反饋量（EM1功能），可實(shí)現(xiàn)手/自動(dòng)向無擾動(dòng)切除。內(nèi)給定值位移（SB功能）。（11）可實(shí)現(xiàn)比值控制。比值控制公式：給定值SP=A×外給定+B（A為比值系數(shù)）。（12）二個(gè)或三個(gè)模擬量輸出：0~10mA或4~20mA。（13）50HZ同步雙向可控硅過零插補(bǔ)控制算法以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)正弦波的優(yōu)化控制，避免了大功率負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的高次諧波污染。

型號(hào)顯示方式輸入方式控制輸出及調(diào)節(jié)方式附加功能外形尺寸供電電源通訊接口ＸＭＰＡ－３０００三屏顯示直流電流（0~10mA、4~20mA）直流電壓(0~5V,1~5V,0~20mV,0~75m)連續(xù)PID方式PID0~5V輸出有開機(jī)手動(dòng)功能豎式80×160

開關(guān)電源85~260VAC帶RS485通訊接口3.4配套設(shè)備配套設(shè)備如表3-4：表3-4元件符號(hào)型號(hào)廠家接觸器KMSC-E03-C成都國(guó)光電氣股份有限公司閘刀開關(guān)QSHD11-100/18成都國(guó)光電氣股份有限公司熔斷器FU1，F(xiàn)U2RT186A浙江正大熔斷器有限公司FU3RT188A浙江正大熔斷器有限公司熱繼電器FR1FR2TK-E02T-C浙江福特電器有限公司FR3K-E02U-C浙江福特電器有限公司按鈕SBLAY3—11成都國(guó)光電氣股份有限公司3.5水泵設(shè)計(jì)需要兩臺(tái)水泵，一臺(tái)工作，一臺(tái)防止工作水泵出問題作為備用水泵。水泵所抽水的流量要滿足50方每小時(shí)，選用上海陽光泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的ISG型立式管道離心泵，供輸送清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其他液體之用，適用于工業(yè)和城市給排水、高層建筑增壓送水、園林噴灌、消防增壓、遠(yuǎn)距離輸送、暖通制冷循環(huán)、浴室等冷暖水循環(huán)增壓及設(shè)備配套，使用溫度T<80℃。參數(shù)如下：型號(hào)流量揚(yáng)程(m)效率(%)轉(zhuǎn)速r/min電機(jī)功率kw汽蝕余量(npsh)r重量kg65-315（I）65m3/L18.1L/S121572900373.03503.6實(shí)物連線圖4電路及管路設(shè)計(jì)4.1電路設(shè)計(jì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用交流220V電源，水泵采用380V交流電源，PID與電磁流量計(jì)采用直流24V電源，水泵電機(jī)采用三相四線制三角形接法，根據(jù)選型結(jié)果設(shè)計(jì)電路圖如下4.2管路設(shè)計(jì)安裝要求：電磁流量計(jì)安裝方向不受限制，長(zhǎng)度與大部分其它流量?jī)x表相比要求較低。90o彎頭、T形管、同心異徑管、全開閘閥后通常認(rèn)為只要離電極中心線5倍直徑（5D）長(zhǎng)度的直管段，不同開度的閥則需10D；下游直管段為（2～3）D或無要求；各標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程所提出上下游直管段長(zhǎng)度亦不一致，要求比通常要求高。這是由于為保證達(dá)到當(dāng)前0.5級(jí)精度儀表的要求傳感器必須單獨(dú)接地（接地電阻100Ω以下）。分離型原則上接地應(yīng)在傳感器一側(cè)，轉(zhuǎn)換器接地應(yīng)在同一接地點(diǎn)。如傳感器裝在有陰極腐蝕保護(hù)管道上，除了傳感器和接地環(huán)一起接地外，還要用較粗銅導(dǎo)線（16mm2）繞過傳感器跨接管道兩連