煤矿凿井冻结站智能变频节能控制系统设计

【摘要】： 冻结法凿井是现在煤矿竖井建设所采用的主要施工手段。目前施工工程中通常是根据以往的施工经验和测温孔、冻结器的温度数据进行盐水流量的控制,没有一个理论的标准,这使得每隔一段时间分析的数据结果对流量的控制没有起到一定的作用,利用率很低,也不能对流量进行实时的控制,导致冻结壁温度场分析的结果不能完全反映实际冻结壁的情况。 另一方面冻结法凿井中多是利用异步电动机去拖动离心泵,但是异步电动机是耗电量最大的设备,而一般来说为了提高安全系数,电动机容量又都选择的比较大,所以易造成运行效率和功率因数降低,导致电能的极大浪费。 本课题设计将温度场温度检测系统、盐水流量检测系统和离心泵变频调速系统结合起来组成冻结站智能变频节能控制系统,通过模糊控制算法对温度和流量分析计算结果进行综合分析,最终通过控制离心泵的转速来改变盐水的和地层之间冷量交换的规模,以保证冻结壁的形成。本设计中采用了单总线结构的温度检测系统以及电磁流量计的流量检测系统。 本课题使用MATLAB软件对控制器进行了仿真研究,得出了采用模糊控制的节能变频调速控制系统的阶跃响应曲线具有上升快,调节精度高,稳态性能好,过度过程短,超调量小等优点。所以采用模糊控制的智能变频节能控制系统是可行的、有效的。 【关键词】：凿井冻结 变频节能 模糊控制 单总线测温 流量检测 温度场分析
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP273.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 引言13-14
• 1 绪论14-19
• 1.1 煤矿冻结法凿井简介14-15
• 1.2 冻结施工存在的问题15-16
• 1.3 国内外变频节能应用的现状16-17
• 1.4 课题介绍17-19
• 1.4.1 研究内容和意义17
• 1.4.2 文章结构安排17-19
• 2 冻结站智能变频节能控制系统总体设计方案19-21
• 2.1 冻结站智能变频节能控制系统原理19
• 2.2 系统组成19-21
• 3 温度场、流量检测系统21-36
• 3.1 凿井冻结施工中监测的重要性21
• 3.2 温度场检测系统21-32
• 3.2.1 温度检测的内容及目的21-22
• 3.2.2 温度检测系统22-23
• 3.2.3 冻结壁温度场分析23-32
• 3.3 流量检测系统32-35
• 3.3.1 流量检测的目的32
• 3.3.2 流量检测系统的总体要求32
• 3.3.3 流量检测系统32-33
• 3.3.4 电磁流量计的工作原理33-34
• 3.3.5 热量交换规模的计算34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 离心泵变频调速系统36-53
• 4.1 离心泵36-41
• 4.1.1 离心泵的机械特性36-38
• 4.1.2 供水系统工作点38-39
• 4.1.3 离心泵水锤效应与离心泵的寿命39-41
• 4.2 变频器41-45
• 4.2.1 变频调速基本原理41
• 4.2.2 变频器的选型41-44
• 4.2.3 使用变频器调速传动应注意的问题44-45
• 4.3 离心泵变频调速系统设计45-52
• 4.3.1 离心泵变频调速控制特点47-48
• 4.3.2 离心泵变频调速控制系统优点48
• 4.3.3 离心泵变频调速和其它调节方法的节能对比48-52
• 4.3.4 离心泵变频调速系统节能效果预测52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 系统控制算法53-75
• 5.1 模糊控制原理53-65
• 5.1.1 概述53-54
• 5.1.2 模糊控制基本原理54-55
• 5.1.3 模糊控制器的组成55-56
• 5.1.4 模糊控制器的结构56-57
• 5.1.5 模糊控制器的设计57-65
• 5.2 离心泵变频调速系统模糊控制器设计与仿真65-74
• 5.2.1 MATLAB 软件简介65-66
• 5.2.2 基于Simulink 的模糊控制器设计66-70
• 5.2.3 离心泵变频调速模糊控制系统仿真70-74
• 5.3 本章小结74-75
• 6 总结与展望75-76
• 6.1 工作总结75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-78
• 致谢78-79
• 作者简介及读研期间主要科研成果79-80

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