开题报告--沈解

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1、本科毕业（设计）论文开题报告学生姓名沈解学号06B06070129指导教师魏苏宁系别机电工程系专业机械设计制造及其自动化交稿日期2009年12月20日教务处制一、开题报告毕业设计(论文)题目矿井水泵房集控系统——基于组态监控技术设计课题背景和意义：煤炭行业是我国的支柱产业。随着煤炭行业高产高效的发展，矿井安全问题已成为制约煤炭生产的关键因素。井下涌水是危及矿井安全的重要因素。一旦发生井下透水事故，不仅影响井下生产，甚至会使矿井淹没，危及生产工人生命。井下水泵房排水系统担负着整个矿井积水排除的任务，其安全可靠性直接影响矿井生产的效率和安全。目前，煤矿井下主排水系统仍多采用继电——接触器控制，水

2、泵的开停及选择切换均由人工完成，还做不到根据水位或其他参数自动开停水泵，这将严重影响井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高。这种排水系统由于自动化程度低，应急能力差，存在很大的安全隐患。随着我国煤炭行业的发展，井下排水系统自动化已成为亟待解决的问题。井下排水是伴随着采矿工程产生的一项系统工程。随着控制理论和现代检测技术的发展，自动排水系统的研究在理论和实践上都取得了一定进步。国外在软件设计方面提出了许多简单实用的算法。例如，前苏联国家镍工业设计研究院开发的软件包能根据复杂的水文和地质条件，以及矿井排水的参数，优化管理水泵房的运行，并有一定的计算机辅助设计功能。国内的科研工作者在理论研究和设

3、计方面也作了大量的工作。结合水泵特性研究的多种控制方法在不同地区得到应用。大多工作集中在水泵闸阀的设计与控制系统的改进方面。尽管国内外研究者在井下自动排水系统的研究中取得很多成果，但仍存在优待解决的问题。（1）可控闸阀问题。自动排水系统研究的一项重要任务是可控闸阀研究。目前，在相关领域的研究中，以电动闸阀为主，在手动闸阀机构的基础上增加电机驱动和减速装置，使闸阀能够自动控制。但这样以来，机构更加庞大复杂，运输安装不便。而且，对井下环境而言，电动闸阀存在控制及防爆等问题。还有一些设计方案从液压、机械等方面考虑，设计传动及控制机构，取得一定成果，但难以解决复杂性、可靠性及矿井环境适应性等问题。（

4、2）控制策略。矿井涌水是复杂的现象，受多种随机因素的影响，很难准确预测。所以，根据涌水量大小建立排水系统数学模型，并选择合适控制策略很困难。因此，现有的自动排水系统多是采用简单的水位开关控制方法，使问题简化。在处理复杂的排水问题时，这种控制方法显然不能满足需要。据统计，每开采1吨煤就要排出2-7吨矿井水，有时甚至要排出30-40吨矿井水。井下排水设备所配备电机的功率，小的几千瓦到几十千瓦，大的几百千瓦到上千千瓦。在我国煤炭行业中，井下排水用电量占原煤生产总耗电量的18％—41％，一般为20％左右。因此，井下排水设备运转的可靠性(安全运转)与经济性(效率高、电耗量小)，有很大的提高空间，因而具

5、有十分重要的意义。据统计，水泵房采取节能的排水方法，一年可以减少用电几百万度，直接节省开支几十甚至上百万元。在实现水泵房无人职守，少人巡检并实行地面监控的情况下减少水泵房的人员投入、改善工人工作环境的同时，再考虑到由于排水系统监测环节的完善进而延长设备使用寿命、减少由于检查修理设备而延误的产值和花费的人力物力，本课题的经济效益和社会效益将更加可观。研究的主要内容：本课题根据我国煤矿企业发展需要，针对现有井下排水系统自动化程度低，劳动强度大、安全可靠性差等缺点，研制开发适用于煤矿安全生产的井下自动排水系统。主要研究内容包括：1）从现有井下排水系统现状出发，研究切实可行自动化排水方案，解决井下排

6、水现状存在的问题。2）从设备的安全可靠性方面设计水泵房系统的控制流程及其工艺，并研究其控制原理。3）响应节能号召，了解避峰填谷的概念，并用于课题设计上。4）优化控制系统，根据井下涌水情况的变化，选择不同的泵站运行方案，使水泵房工作更加高效。5）用组态软件显示系统水泵房运行情况，便于地面监控站进行监测监控。研究方法（或技术路线）：单泵的控制流程：水泵泵体内部只有达到一定的真空度，使其叶轮完全淹没于水中，才能实现正常的排水。若真空度不够，泵内有空气存在，将会造成不上水和转动部件烧坏等故障。系统一般采用真空泵或射流泵抽真空，由真空表监测真空度，正常运行情况下，由出口压力、流量和真空度3个参数判断水

7、泵运行是否正常。为了减少启动时间和对电网的冲击，水泵操作规程规定离心式水泵启动时一定要关闭出水闸阀。而当水泵停车时，为避免水锤事故，必须先关闭闸阀。缓慢减少流速，最后停车。如图1所示。高水位选择排水管道（相应电动阀门打开）喷射泵电磁阀打开真空度达到要求电机启动水泵工作低水位闸阀动作到位电机停止水泵停止打开电动闸阀图1单泵的控制流程图该系统主要包含以下环节：自动注水(抽真空)环节、闸阀操纵环节、水位自动监控环节