煤矿千米深井自动减压供水系统研制

论文摘要

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。

论文目录

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