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煤矿千米深井自动减压供水系统研制

作　者: 薛辉
导　师: 孙同景；孙振松
学　校: 山东大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 深井减压供水变频技术数据采集 PID控制
分类号: TP29-A1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水是生命之源。同样,供水在煤矿上也是生产的源泉,离开了水源,整个矿井就无法生产。采用自动化控制设备和技术实现恒压供水,是供水领域技术革新的必然趋势。虽然国内外已经对恒压供水这一问题进行了许多相关的研究,但井下恒压供水的问题研究的比较少,而这恰恰是煤矿经营和安全生产中迫切需要解决的问题。本文是在深入分析和参阅大量文献的基础上,通过阐述当前矿井供水系统的现状,分析了现有煤矿井下供水系统的局限与不足,根据恒压变频供水系统的特点,提出了基于井下测压井上变频节能控制的深井自动减压供水方案。该供水系统打破了原有井底建池,水泵供水的传统供水模式,实现了深井减压供水,对提高我国煤矿井下供水自动化水平具有很好的参考价值。根据所提出的控制方案,结合唐口煤矿千米深井的实际情况,运用MATLAB仿真软件对现场进行了模拟仿真,经反复调试后初步确定了系统的控制参数,并详细地设计了一套智能减压供水控制系统。该系统主要由单片机井下测压控制系统和PLC、变频器井上节能控制系统组成。在千米深井下通过压力传感器对信号进行采集,经放大与A/D转换后,通过单片机将信号进行处理,然后通过ADAM-4520转换模块和ADAM-4510模块将信息远距离传送到地面PLC控制器,PLC接受信息并结合控制要求进行PID运算,根据运算的结果去控制变频器的电压与频率,通过改变电机的转速来改变供水量,保证井下供水压力稳定在设定值附近。本文针对该矿减压供水系统进行了软、硬件设计。硬件设计主要包括单片机对两路压力信号的高精度A/D变换电路,信号远距离传输的实现电路,PLC的外围接线电路,变频机泵切换控制主电路等。软件设计主要包括单片机数据采集与处理程序、PLC串行数据接受与校验程序、压力恒定控制程序、机泵增减控制程序和报警程序的设计。为了能够及时掌握系统的运行状态,采用WinCC flexible 2005组态软件,通过触摸屏对系统进行了监控,系统界面友好。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章绪论  8-13
  1.1 课题研究的背景  8
  1.2 国内外变频供水系统的发展概况  8-10
  1.3 项目研究的目的意义  10-11
  1.4 课题的关键技术  11-13
第二章变频减压供水的理论分析  13-24
  2.1 水泵及供水电机  13-15
  2.2 电机的变频调速  15-18
  2.3 供水压力与变频器输出频率的关系  18-21
  2.4 供水系统的能耗分析  21-24
第三章减压供水系统的构成及控制原理  24-32
  3.1 减压供水系统的构成方案  24-28
  3.2 变频泵的控制方案  28-29
  3.3 供水系统加减泵的控制  29-32
第四章系统建模仿真  32-38
  4.1 系统建模  32
  4.2 PID控制  32-37
  4.3 仿真结果  37
  4.4 结论  37-38
第五章减压供水系统的主要硬件设计  38-61
  5.1 系统概况  38
  5.2 变频电机的确定  38-39
  5.3 变频器的选型  39-41
  5.4 系统硬件的设计  41-60
  5.5 系统供电  60-61
第六章减压供水系统的软件设计  61-82
  6.1 PLC中PID控制算法在减压供水系统中的实现  61-67
  6.2 单片机数据采集程序设计  67-69
  6.3 PLC程序设计  69-77
  6.4 变频器参数的设置  77-78
  6.5 人机界面(触摸屏)的组态  78-82
第七章总结与展望  82-85
  7.1 总结  82-84
  7.2 展望  84-85
附录  85-97
参考文献  97-100
致谢  100-101
学位论文评阅及答辩情况表  101

煤矿千米深井自动减压供水系统研制

内容摘要

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