煤矿排水系统在线监测变频控制系统研究

摘要

随着电子技术的发展，煤矿排水系统的自动化水平有所提高，设备运行更加安全、可靠，也在一定程度上提高了排水系统的效率。为了进一步提高排水系统效率，实现煤炭企业节能减排，本文提出了基于可编程控制器（PLC）和变频器的煤矿排水系统在线监测变频控制系统设计思路。在研究离心泵特性的基础上，阐述了水泵变频调速运行节能的原理。
　　由于煤矿排水系统是按矿井正常生产时的最大排水量设计的，系统设备选型一般趋向于排水能力偏高，电机和泵都留有较大的裕量。又受到矿井开采时期不同和涌水量季节性变化的影响，排水系统工况时常需要调节。传统的调节方法是通过改变排水管路阀门开度大小以改变管网阻力实现排水系统工况的调，但由于调节阀门的方法增大了排水阻力，使输入功率作了大量的无用功。而本文则是通过变频器调节电机转速，从而改变水泵转速，实现离心泵特性的改变。比传统阀门调节的方法对电能的利用率高。所以利用变频器调节工况为排水系统的节能运行提供了一条新的途径。
　　为了解决煤矿井下环境复杂、情况多变的问题，本设计利用PLC以通信方式控制变频器。只需改变PLC程序，即可方便调整系统的控制策略和运行模式，以适应井下多变的环境。通过应用可控阀门、液位传感器等检查装置和防爆摄像机等自动化监控设备，与PLC组成自动监控系统。使系统能够根据水仓水位变化情况自动排水。在自动排水的基础上，采用基于热力学理论测试泵效率的方法，结合相关测试软件在线监测泵效；软件可绘制出扬程特性曲线、管网特性曲线、泵效曲线，确定工况点及相对应的泵效、吨水百米电耗等参数。水泵性能测定为调节水泵工况提供了重要依据，为更高层次的系统监控提供了基础。
　　通过本文的研究工作，将PLC自动控制、热力学理论测试泵效率和变频调速技术有机的结合起来应用于水泵控制和监测，对提高煤矿排水系统的安全性、高效性具有重要的理论意义和实用价值。

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第1章 绪 论

1.1 煤矿井下排水概述

1.2 课题的研究背景及研究意义

1.3 国内外相关技术发展情况

1.4 课题的研究内容

1.5 本章小结

第2章 矿用离心式水泵工作理论研究

2.1 离心式水泵工作原理及其工作参数

2.2 离心泵基本方程式及理论特性

2.3 离心泵实际特性分析

2.4 管网特性曲线的确定

2.5 离心泵在管路上工作及工况调节

2.6 泵组调速节能原理概述

2.7 本章小结

第3章 水泵机组变频调速控制

3.2 变频器原理与分类

3.3 泵组适配变频器选择

3.4 变频器功能设置

3.5 泵组变频控制策略

3.6 本章小结

第4章 煤矿主排水泵自动控制系统

4.1 概述

4.2 自动控制系统实现功能

4.3 自动控制系统结构组成

4.5 本章小结

第5章 系统软件设计

5.1 控制系统软件设计

5.2 排水系统性能测试软件设计

5.3 本章小节

第6章 结 论

6.1 主要研究成果

6.2 后续工作的展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读学位期间科研成果和发表的论文