安全监测监控系统课程设计
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，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。把矿井中的水抽放到地面的蓄水池，通过相关的处理后再次利用。由于蓄水池水位变化的原因，有时候就发生了蓄水池缺水事故而影响井下正常生产，有时候也发生满水溢流浪费的现象。不论是什么情况对企业都是无益的。就其缺水或满水的原因，主要有两方面：一个是供水操作人员责任心不强，对蓄水池水位的监视不到位，当蓄水池水位变化较大时，不能及时调节进水阀门的开度确保水池正常供水；另一个是蓄水池进水管出口安装的浮球阀不完好，水满时不能关严，从而造成溢流浪费。矿井蓄水池水位采用自动控制装置后，保证了井下用水的可靠性，提高了管理水平，避免了溢流浪费。
1.2 设计要求
各生产矿井用水都是由地面蓄水池靠自然压力向井下各用水地点供应的。在蓄水池向井下供水的同时，外界水源也向蓄水池内注水。一般情况下，外界的供水压力是恒定不变的，由于井下生产用水量的大小随时变化，从而蓄水池的水位也随时变化。即外界供水阀门开度不变时，水池水位随井下用水量的增加而降低，随用水量的减少而升高。本文设计在蓄水池进水管路上与原进水阀门并联安装一座电动调节阀，在蓄水池内安装一套投入式液位变送器通过WT-600控制表控制电动调节阀的开启度，调节蓄水池的进水量，保证井下生产用水量与蓄水池进水量相平衡，即井下生产用水量增大时, 电动调节阀自动开大；当井下生产用水量减小时,电动调节阀自动关小，从而达到水位恒定的目的。由于抽取到地面蓄水池的水杂质较多，所以在水泵供水管路上设置Y型过滤器，可以有效地过滤循环水池循环水中的杂质，减少喷嘴的堵塞，保证系统的正常工作从真正意义上实现煤矿水的再次利用，避免环境污染和不必要的水资源浪费。
2 系统结构设计
2.1 控制方案
在蓄水池进水管路上与原进水控制阀门并联安装一座ZAZP-16型电动调节阀，规格与原进水管阀门相同，这种调节阀的功能是能接收4～20mA 的标准信号，流量特性为直线型。当外界输入的电信号在4～20mA之间变化时,阀门的开度也随之变化。在蓄水池内安装一套投入式液位变送器，它的水位量程为蓄水池最大容水高度。安装位置与蓄水池出水管口在一个水平上，液位变送器的表头安装在蓄水池水位之上不能与水相接触，它与安装在控制柜上的WT-600控制表及WT-100显示表相连接。控制柜安装在便于观看的室内,距蓄水池不能超过500m,在控制柜上安装一套WT-600控制表,它与投入式液位变送器的表
头连接,同时与电动调节阀的控制线连接,在控制柜上安装一套WT-100显示表它与投入式液位变送器的表头连接,WT-100显示表能以光拄或数字两种形式,直观地显示出蓄水池的模拟水位，同时具备报警功能。
2.2 系统结构
系统结构图如图2-2-1所示，首先在WT-600型控制表上设定水位目标值，在供水过程中，当液位变送器采集的水位信号传给WT-600型控制表时，WT-600型控制表就将采集的水位信号与设定的目标值相比较，如果采集的水位信号高于设定的目标值，则
WT-600型控制表就输出一个4-20mA的信号给电动调节阀，控制电动调节阀开度减小，使水池进水量减少；反之如果采集的水位信号低于设定的目标值，则WT-600型控制表就输出一个4-20mA 的信号给电动调节阀，控制电动调节阀的开度增大，使水池进水量增大，如此经过反复自动调节，从而控制蓄水池水位稳定在设定的位置上。当液位变送器采集的水位信号传给WT-100型显示表时，它就以光柱或数字两种形式，直观地显示出蓄水池的模拟水位。当外界水源停水而电动调节阀的开度达到最大时，蓄水池水位可能继续下降，当下降到设定的极限低水位时，控制柜上的WT-100型显示表就发出低水位报警，提示操作人员应急操作。当井下不用水而电动调节阀关闭时，蓄水池水位有可能继续上升，当上升到设定的极限高水位时，控制柜上的WT-100型显示表就发出高水位报警，提示操作人员应急操作。
液位变送WT—600控电动调
WT—100显
图
3 设备选型
3.1传感器
电磁流量计（Eletromagnetic Flowmeters，简称EMF）是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制造的用来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表。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。
根据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，所以本设计中电磁流量计选用北京合世自动化科技有限公司LU系列智能磁电式流量计。技术参数如下：
·准确度等级：±1.5%
·工作电压：DC3V±0.4V
·工作电流：＜80μA
·测量范围：雷诺数Re为5000～7000000
·脉冲信号输出：
有源输出：(三线制）
外输电路工作电压：DC5V～24V
信号幅度：高电平4V～23V，低电平0V
无源输出：(二线制开关信号）
导通电阻：≤100Ω
关闭阻抗：＞2MΩ
·模拟信号输出：
外输出电路工作电压：DC15V～24V
输出电流：4mA～20mA
3.2 执行器
电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。有方工阀门其是一种新型材料，随着工业领域的自动化程度越来越高，正被越来越多的应用在各种工业生产领域中。与传统的气动调节阀相比具有明显的优点：电动调节阀节能（只在工作时才消耗电能），环保（无碳排放），安装快捷方便（无需复杂的气动管路和气泵工作站）。阀门按其所配执行机构使用的动力，按其功能和特性分为线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。
根据矿井的要求本设计选用扬州恒电阀门控制设备有限公司ZAZP-16型电动调节阀，其相应的技术参数如下：
阀体材质：铸铁、铸钢、铸不锈钢等
压力等级：1.6Mpa 4.0Mpa 6.4Mpa
联接形式：法兰联接按JB79-59
温度范围：常温-20～230℃散热片型-60～450℃
作用形式：电开或电关
流量特性：等百分比、线性
泄露量：单座阀：0.01% ×额定Kv
双座阀、套筒阀：0.5% ×额定Kv
3.3 控制器
根据抽水流量的要求和执行器的型号条件，本设计选用山东飞创仪表有限公司
WT-600型控制表。其主要特点是，独特的全开放式用户自设定界面，支持多机网络通讯，通讯协议可以自由设定，输入信号类型设定和报警设定，输出方式设定等。其技术参数如下：
输入信号：模拟量：电阻－－标准热电阻－－Pt100 Cu50等远传压力电阻，电偶－－标准热电偶－－B、S、K、E、J、T、WRe等，电流－－0～10mA、4～20mA、0～20mA等－－输入阻抗≤250Ω 、电压－－0～5V、1～5V等－－输入阻抗≥250Ω
测量范围：-1999～9999字
测量精度：0.2％FS ±1字或0.5％FS ±1字
分辨率：1、0.1、0.01或0.001字
温度补偿：0～50
显示方式：-1999～9999 测量值显示、-1999～9999 设定值显示、0～100％测量值光柱显示、发光二极管工作状态显示
光柱精度：光柱显示精度为1％
控制方式：位式ON/OFF 带回差
输出信号：模拟量输出：DC0～10mA负载能力≤750Ω）、 DC4～20mA（负载能力≤500Ω）DC0～5V（负载能力≤250Ω）、DC1～5V（负载能力≤250Ω），开关量输出，继电器控制输出－－继电器ON/OFF 带回差。
3.4 配套设备
相关配套设备如下：
天津索思仪表测控系统技术有限公司WT-100S-2P1：WT100S智能双回路、双光柱显示仪表，其适用于温度、压力、流量、液位、风量等工业过程参数的测量与显示，并且可以选择对过程参数进行报警或位式控制。
西安信达测控科技有限公司XPT135型液位变送器，该液位变送器是一种全密封潜入式扩散硅液位测量仪表。该仪表内部电子元件和关键部件均选用国际高品质和军品级产品，该系列产品具有精度高、可靠性高、长期稳定性好，故障率低等特点，其采用独特的密封结构和专用通气电缆，使变送器能长期可靠的在水下及其他液体中使用，性能价格比较高，安装使用非常方便。XPT135型液位变送器为一体式结构，可长期直接投入水中使用，零位和量程不能调校。
上海沪工阀门厂（集团）有限公司JD745X 型PN10～PN25 多功能水泵控制阀，该阀门消除水锤效果好，将缓开、速闭、缓闭消除水锤的技术原理一体化，防止开泵水锤和停泵水锤的产生，操作方便。只需操作水泵电机启闭按钮，阀门即按照水泵操作规程实现自动开闭，节能效果好。阀体采用了全通道流线型直流式设计，压力损失小，流量大，且体积小，重量轻。
上海沪工阀门厂（集团）有限公司GL11H-16内螺纹联接Y型过滤器，该过滤器阀体材料为灰铸铁，连接拆卸方便，排污性能可靠，经济适用，通常安装在减压阀、泄压阀、
定水位阀等水力控制阀或其它设备的进口端，用来清除介质中颗粒性杂质，免受因管道内杂质、铁锈、焊屑等带来的堵塞和损坏，从而避免了维修费用和生产损失，保护阀门等设备的正常使用。采用不锈钢双层网结构，坚固耐用，具有结构先进、流阻小、排污方便、纳污量大等等特点。当需要清洗时，只要将可拆卸的滤筒取出，去除滤出的杂质后，重新装入即可，使用维护极为方便。
3.5 水泵
泰州市华泽水泵厂WQ40-12-2.2型污水泵具有机构紧凑,重量轻,排污水效果好等特点。广泛使用于城市、农村、工厂、工程等排放污水和清水。技术参数如下：出水公称通径100mm，流量40方/小时，扬程12m，电机功率2.2kw，出水口径102mm，额定电流4.7A，转速2860r/m，污物通过能力35mm，重量37kg。
4 电路及管路设计
4.1 电路设计
实物连线图4-1-1
结构图
4.2 管路设计
该自动控制装置不经能够准确测量水流量，实现自动控制，还有跟多便利之处，如自动化程度高，该控制装置无需人工调节进出水阀门，就能保证水位恒定，从而减轻了操作人员的劳动强度，过去配备的操作人员可以取消从而节省了人力。可靠性高，由于各种显示仪表可远距离安装在室内，这样对观看调节水池水位提供了很大的方便。另外在控制柜内设定的最高水位和最低水位的报警装置，可及时地向有关人员提示蓄水池非正常的供水状况，提高了管理水平。节约用水，由于安装了自动控制装置，避免了贮水池满水溢流现象，从而节约了大量的水资源。能远程手动操作，当自动控制装置有故障时，还可远程手动操作电动调节阀门的开启度，也可观察到阀位，这就大大降低了工人的劳动强度。
结论
通过本次监测监控的课程设计，我进一步了解了自动化控制的相关知识，进一步加深了对传感器和相关控制器，仪表的认识和了解，同时我也发现了自己的很多不足，也认清了自己眼高手低的毛病，对相关专业知识认识不到位，理解不透彻，以至于在设计的过程中不能做到精细化，准确化。不过本次课程设计我从基本上完成了对煤矿水的再次利用的自动化控制系统的设计，虽然其中有很多设计不足和不到之处，但是也是我尽心尽力的完成，也是一大进步和提高，同时也从中提醒自己，在平时的生活中多注意观察，细心感悟，更要进一步加强专业知识的掌握和理解，以便在将来有更大的发挥之处。