矿井主排水自动控制系统设计-电气工程及自动化-毕业论文

矿井主排水自动控制系统设计-电气工程及自动化-毕业论文内容摘要：

置的可靠 性。 一般选择一个超声波液位传感器与一个投入式液位传感器相结合的方法来检测水位。 但是由于超声波液位传感器不能用在过于狭小的空间内，当条件不具备时，也可以使用两个投入式传感器来检测水位。 温 度 传感器一般分为接触式与非接触式两大类。 所谓接触式就是传感器直接与被测物体接触，这是测温的基本形式。 这类温度传感器具有结构简单、工作可靠、精度高、稳定性好、价格低廉等优点，是目前 应用最多的一类。 非接触式温度传感器理论上不存在接触式温度传感器的测量滞后和应用范围上的限制，可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度，不干扰被测温度场，但测量精度低，使用不太方便。 通过比较，宜选择接触式温度传感器测量温度比较合适。 本文选择 PT100温度传感器测电机及水泵温度。 Pt100 传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度 /阻值对应关系为： （ 1） 200℃t 0℃ 时， 230 [1 C ( 10 0) ]tR R A t B t t t     （ 式 312） （ 2） 0℃≤t≤ 850℃ 时， 20 (1 )tR R At Bt   （ 式 313） 式中， A=10 3； B=10 7； C=10 12。 PT100 温度传感器是一个模拟信号，它在实际应用中有二种形式 :一种是不需要显示的 ,主要采集到 PLC，这样在使用的时候只需要一块 PT100 的集成电路，要注意的是这个集成电路采集的不是电流信号 而 是电阻值， PT100 的集成电路（需要一个 177。 12VDC 电源提供工作电压）直接把采集到的电阻 变为15VDC 输入到 PLC，经过简单的计算就可以得到相应的温度值。 （这样的形式可以同时采集多路），还有一种就是单独的一个 PT100 温度传感器（工作电源是 24VDC），产生一个 420mA 的电流，然后再通过一个 420mA 电流电路板把 420mA的电流变为 15V电压。 它 可以 串 连一个电磁指示仪表。 Pt100 温度传感器的主要技术参数如下： 测量范围： 200℃ ～ +850℃ ； 允许偏差值 △℃ ： A 级 177。 （ ＋ │t│ ）， B 级 177。 （ ＋ xx 矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 10 页 │t│ ）； 热响应时间 30s； 最小置入 深度：热电阻的最小置入深度 ≥200mm ； 允通电流 ≤5mA。 另外， Pt100 温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。 应用范围 ：气液两用型，可用于供水系统，液压，气动系统，冷却系统，加热系统，空调系统，自动化工程等。 一、应变式压力传感器原理介绍 应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压力，如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、发动机内部的压力、枪管及炮管内部的压力、内燃机管道的压力等。 应变式压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。 图 39 为膜片式 压力传感器，应变片贴在膜片内壁，在压力 p 作用下，膜片产生径向应变 r 和切向应变 t ，表达式分别为： 2 2 223 (1 ) ( 3 )8r p R xhE  （式 38） 2 2 223 (1 )( )8T p R xhE  （式 39） 式中： p — 膜片上均匀分布的压力； R、 h — 膜片的半径和厚度； X — 离圆心的径向距离。 由应力分布图可知，膜片弹性元件承受压力 p 时，其应变变化曲线的特点为：当 x=0 时， max maxrt ；当 x=R 时， t =0， r = max2r。 根据以上特点，一般在平膜片圆心处切向粘贴 R R4两个应变片，在边缘处沿径向粘贴 R R3两个应变片，然后接成如图 310 的全桥电路。 其中，1 2 3 4R R R R      ，且 R1=R2=R3=R4，则： 10 1RUER （式 310） UKE （式 311） xx 矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 11 页 此时全桥差动电路不仅没有非线形误差，而且电压灵敏 度为单片工作时的 4倍，同时仍具有温度补偿作用。 +U 0ER 1 + Δ R 1R 3 Δ R 3R 4 + Δ R 4R 2 Δ R 2 图 全桥差动电路 二、 HS956 系列薄膜压力变送器 在本系统中使用了 HS956 系列薄膜压力变送器。 HS956 系列薄膜压力变送器由高性能的薄膜压力传感器与信号调理电路组成。 该系列产品技术独特、性能优越 ,具有体积小、重量轻、安装简便、能在恶劣环境长期稳定工作的特点，特别适合频繁冲击压力的测量。 是目前理想的流体压力测量仪表。 HS956 系列薄膜压力变送器的特点： 稳定性高 每年优于 177。 % 测量误差小 综合误差可小于 177。 % 温度范围宽 允许介质温度 40～ 125℃ 温度漂移小 典型温漂 177。 %/℃ 适应恶劣环境 耐温、耐腐、抗振动 适应性广 产品体积小、重量轻、无隔离膜片和中介液体； 全不锈钢密封结构，无可动部件；可直接、任意安装。 因此适应各种工业测量场合及介质。 主要技术指标： 介质 液体、气体或蒸汽 输出 两线制 4～ ； 量程 ,,,1,2, xx 矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 12 页 ,3,4,5,6,8,10,16,20,25,30,40,50,60Mpa 电源 ,无负载时可工作在 ， 最大电源电压 36 ； 负载范围 允许最小负载为零，最大负载 RL=50（ US12） Ω。 其中 US 为电源电压 ； 过压 量程的 120% ； 输出限制 变送器过压时，内部限流器输出电流限制在 25mA 以下 ； 温度范围 敏感元件工作温度： 50～ 125℃ ； 电子部件工作温度：40～ 85℃ ； 湿度范围 0～ 99% 相对湿度。 水泵流量检测 流量检测仪器的安装位 置 水泵的流量与水泵出口的闸阀开度和出口压力、电动机电流有直接的关系。 这些 参数之间相互结合可以检测出水泵、电动机的性能和工况。 因此水泵出口流量的检测有非常重要的意义。 水泵出口流量的检测有两种布置方式 : ① 流量检测器安装分别安装在水泵出口的分支管路上 ， 图 36所示。 ② 流量检测器安装在水泵出口的总管路上，如图 37所示。 两种安装位置的比较，采用图 37 所示的安装方式可以满足需要。 采用如图 36示的安装方式可以保证准确测量每一个水泵在工作过程中的流量。 从而可以比较准确的判断出各个水泵机组的工作特性。 但是结合煤矿井下排水过程的特点 :水泵的工作方式 (轮番启动 )，如果采用如图 37 所示的安装方式，也可以判 断出每个水泵的流量，但是需要比较复杂的软件设 xx 矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 13 页 图 各个水泵分别安装流 量 传感器 计来实现。 软件中可以通过检测干路中的流量总和与所开启的水泵数目，可以得到整个排水泵一电机机组的工况。 因此出于造价、硬件系 统的复杂等方面的考虑，优先选择图 37 所示的方式设 置 流量计。 图 各个水泵只安装一个流 量 传感器 流量检测传感器 一、 电磁流 量 计工作原理 在工业中经常使用的大口径流量计是电磁流量计。 自 20 世纪 50 年代末国内首次 工业应用以来，七八十年代在流量测量中运用和发展很快。 电磁流量计由电磁流量转换器和电磁流量传感器组成的。 电磁流量转换器是为电磁流量传感器提供电源，并将其测量的流量信号整定成为标准的420mA 电流等其他形 式的信号。 电磁流量传感器 是根据法拉第原理制成的一种流量计，用来测量导电液体的流量。 其原理图如图 38所示，它是由产生均匀磁场的系统、不导磁材料的管道以 及在管道横截面上的导电电极组成。 磁场方向、电极连线、管道轴线三者之间是相互垂直的。 当被测导电液体流过管道时，切割磁力线，于是在和磁场及流动方向垂直的方向 上产生感应电动势，其数值与液体的流速成正比。 即 E BDv （式 33） 式中 :B— 磁感应强度 (T)； D— 切割磁力线的导体液体的长度 (为管道内径 )(m)； v— 导电液体在管道内的平均流速 (m/s )。 xx 矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 14 页 E XNBVS由式 (33 )得被测导电液体得体积流量为 23 . 1 4 1 5 3 . 1 4 1 544D D EQ V v B （式 34） 因此，知道感应电动势就可以测出导电液体的流量。 图 电磁流量传感器原理图 二、 电磁流量传感器的结构特点 理论上认为磁感应强度 B是常量，即直流磁场。 但直流电势将使被测液体电解， 使电极极化。 正电极被负离子包围，负电 极被一层正离子包围，加大了电极的电阻。 破坏了原来的测量条件。 同时内阻增加随被测液体成分的变化和工作时间长短而变化，因而使输出电势不固定，影响测量精度。 而对被测量介质的流量测量采用交流电 (频率为 5OHz)励磁的交流磁场，即 max sin( )B B t （式 35） 感应电动势为 m ax sin( )E B t Dv （式 36） 所以体 积流量为 m a x 41 54 si n( )DQV EBt （式 37） 为了避免测量管路引起磁分流，故需要用非导磁材料做成。 另外，由于测量管路处于较强的交流磁场中，管壁产生涡流，因而产生二次磁通。 为了减少涡流，要求测量管路的材料具有高电阻率。 且对于不同直径的电磁流量计，其电极、测量管路都采用不同的材料 做成。 三、 电磁流 量 计的特点 ①测量管路内没有任何突出和可移动的部件，因此可用于有悬浮颗粒的浆液等流量的测量，且压力损失极小； ②感应电势与被测液体温度、压力、粘度等无关，因此其使用范围广泛。 xx 矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 15 页 ③测量范围宽， max min 1500  ； ④可以测量各种腐蚀性液体的流量； ⑤电磁流量计的惯性小，可以用来测量脉动流量； ⑥对测量介质，要求导电率大于。 流 量 计的要求 随着工业生产技术的加强和进步，各种智能型电磁流量计已经很容易的制造出 来，并 应用于测量管道中导电液体的体积流量，如水、污水、泥浆、矿浆、酸、碱、盐液体及食品桨液等。 在石油化工、矿冶、煤炭、水利工程给排水、污水处理等行业中广泛应用。 电磁流量计可以达到以下要求 : ① 420mA 信号输出型 ； ② 抗干扰性强、精度高、稳定性可靠、整体防爆 ； ③ 测量范围宽，流速 ； 实际上，以常村煤矿 S3水泵房为例，其理论上管路中液体的流速范围是 :。 结合电磁流量传感器自身的特点，煤矿井下水泵房采用电磁流量传 感器检测水泵出口的流量是简单易行的。 随着工业生产技术的加强和进步，电磁流量计达到抗干扰性强、精度高、稳定性 可靠、整体防爆的要求，适合在煤矿井下使用，且也逐步的推广和使用。 由于每台水泵的工作曲线特别是使用了一定年限的离心式水泵的流量 /功率、流量 /效率等曲线 有较大的差异，因此无法给出每台水泵在工作过程中的流量正常阈值和水泵排出水过少的。