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井下复杂供水管网压力自动调节与异常预警系统

作　者: 王乃旭
导　师: 孟祥忠
学　校: 青岛科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 状态检测模糊控制变频技术人机界面 MCGS
分类号: TD744
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

井下供水系统是煤矿井下安全生产活动所必须具备的生命系统。不论采掘生产活动,还是矿井“一通三防”,都需要具备足够压力的水源来支持,达不到水力要求,不仅直接影响井下各用户作业生产,同时还将带来非常重大的安全隐患问题。有些地方水压过大也要进行控制,若水压过大会造成爆管的事故。煤矿井下用水主要是消防用水,喷雾降尘用水,机电设备的冷却用水。如果水压过大,则水量消耗大,同时可能对机电设备造成爆裂事故。而水压过小,则水量小致使雾化效果不好,除尘效果差,同时机电设备的冷却水量不足而超温停机。通过现有的井下通讯通道实现地面遥控指挥。通过水位传感器、压力控制器、在线检测流量计、PLC控制开关并借用井下通讯检测线缆通道,实现水厂等地点由就地控制改为远程控制,达到操作自动化功能。不仅减少岗位操作人员,而且节省了电能,真正实现了岗位本质化。本文结合煤矿生产的实际情况,提出并完成了井下复杂供水管网压力自动调节与异常预警系统。首先分析了目前国内外井下恒压供水的研究现状,给出了课题研究的目的和意义。在第二章中研究了典型的井下恒压供水系统组成,比较各系统的优缺点。选择合适的的硬件设备,既满足控制的要求又能尽可能的发挥其特点。根据井下的实际运行需要,煤矿井下供水管网不同的位置需要的处理方式也不一样,在井下不同水平,地势的不同,用水量根据生产方式的要求也有很大的差别,有的地方需要电动闸阀减压,有的需要增压泵加压。通过对模糊系统的理论分析,将水压控制在一定的范围之内并不要求精确,因此提出模糊控制策略。选择合适的模糊控制模型,并通过MATLAB的仿真查看其结果是否满足模糊控制理论的应用能够使供水量满足井下生产的要求,结合井下的设备必须具有防爆特点,将变频器改造以符合井下的安全要求,结合机电设备群的实际情况,给出了变频控制的具体实现过程。最后详细介绍了系统软件部分的实现过程。通过MCGS组态软件完成对监控系统上位机画面的组建,利用现场的已有的通讯站,通过光线的传输方式将井下数据传至地面监控中心,构建起完整的设备状态监控系统。工作人员可以通过上位机组态画面实时了解机电设备运行状态,时时的观看井下各种数据,通过对管道压力的监控,实现及时的预警。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 论文研究的背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
    1.2.1 国外研究概况  9
    1.2.2 国内研究概况  9-10
  1.3 组态技术在恒压供水系统中的应用  10-11
  1.4 课题研究的目的和意义  11-12
  1.5 本文的主要内容与结构  12-14
    1.5.1 本文的主要内容  12-13
    1.5.2 本文的结构安排  13-14
第二章系统的总体技术方案  14-18
  2.1 系统的组成  14-15
    2.1.1 控制电路设计  14-15
  2.2 恒压供水远程监控系统的功能  15-16
  2.3 恒压供水远程监控系统通信方式  16-17
  2.4 本章小结  17-18
第三章系统的硬件设计与实现  18-43
  3.1 PLC选型  19-21
  3.2 电动闸阀开度控制  21-23
  3.3 变频器简介及实际应用  23-30
    3.3.1 变频器的定义  23-24
    3.3.2 变频调速优势  24-30
  3.4 增压泵的变频控制  30-35
    3.4.1 变频调速控制的工作原理  32
    3.4.2 变频器的操作方式及使用  32-35
  3.5 变频调速恒压供水能耗机理分析  35-36
  3.6 传感器的应用  36-38
    3.6.1 压力传感器工作原理  36-37
    3.6.2 压力传感器的调整  37-38
  3.7 TPC人机界面  38-42
    3.7.1 人机界面简介  38-40
    3.7.2 触摸屏的通讯设置  40-42
  3.8 本章小结  42-43
第四章供水系统模糊控制器的设计  43-52
  4.1 控制算法的选择  43
  4.2 模糊控制的基本原理  43-44
  4.3 供水系统模糊控制器的设计  44-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章系统软件设计  52-67
  5.1 MCGS组态软件程序设计  52-53
    5.1.1 MCGS组态软件简介  52
    5.1.2 MCGS组态软件五大组成部分  52-53
  5.2 组态软件设计开发  53-58
    5.2.1 触摸屏与S7-200PLC PPI通信方式  55
    5.2.2 触摸屏组态设计  55-58
  5.3 触摸屏与上位机通信  58-64
    5.3.1 上位机组态设置  59-60
    5.3.2 结合数据提取做复杂的报表  60-63
    5.3.3 查看特定时间数据  63-64
  5.4 供水管网的预警机制  64-66
  5.5 本章小结  66-67
总结与展望  67-69
  总结  67-68
  展望  68-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
攻读硕士研究生期间发表的学术论文  73-74

井下复杂供水管网压力自动调节与异常预警系统

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