机械式水仓水深水位和泥水界面检测系统

成果基本信息
关键词：	水仓;泥水界面;增量式编码器;高速计数;检测系统
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	9412016Y0085	资源采集日期：	2016-11-20

研究情况
单位名称：	河南理工大学	技术水平：
评价证书号：	豫科鉴委字[2015]第2223号	评价单位：	河南省科技厅
评价日期：	2015.12.28	评价证书号：	豫科鉴委字[2015]第2223号

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	2

联系方式
联系人（平台）：	玉女士	联系人（平台）电话：	0771-5885053
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成果简介
一任务来源　　自选项目　　二成果应用领域和技术原理　　机械式水仓水深水位和泥水界面检测系统主要用于煤矿及其他水仓水位和泥水界面的智能监控，实现水仓中水位以及泥水界面的实时监控，能在人机界面上实时显示水仓水位的数值和历史曲线。针对煤矿水仓的泥水交界处因存在大量絮状悬浮颗粒而导致现有传感器无法准确检测水仓的水深、水位和煤泥厚度的问题，提出并设计了一款带增量式编码器的基于重锤下落原理的测量装置，实现了水仓水深和水位的可靠测量。本项目的机械式水仓水深水位和泥水界面检测系统研究了滚筒提升装置、夹紧装置和控制装置三部分的关键技术。其技术原理为：在钢球下降的过程中，通过实时检测光电编码器输出的旋转脉冲数，可以得到钢球下降的位移、速度、加速度，找出重锤下降的加速度突变点，由此判断出水仓的水面和固液界面两个临界点，进而计算出水仓的水深、水位和煤泥（或沉淀物料）厚度。通过以太网协议实现西门子Smart Line IE700触摸屏和西门子Smart SR20 PLC进行实时通信，触摸屏用来显示钢球下降位移、速度、加速度、加速度差等数据值与实时曲线。测量得到的水深和水位的数据可以直接用来控制排水泵的启动与停止。　　该系统的特点是：可编程序控制器是系统的主控模块；触摸屏用于设置测量参数、启动检测和显示测量数据，如水深、水位、泥深、速度、加速度、加速度差等； Smart SR20 PLC与Smart Line IE700触摸屏之间通过以太网协议实现实时通讯。　　三性能指标　　1 预期设计要求的性能指标　　1)在如下工作条件下可以正常作业：　　温度：0～40℃；平均相对湿度：≤95%（＋25℃）；风速：0～8m/s；大气压力：80～106Kpa；煤矿井下有爆炸性混合物，且腐蚀性气体未达到破坏绝缘的场合。主要水仓的容积不得小于4小时的正常涌水量。正常使用的水仓中的水量必须经常保持在容水量的70%以下。　　2)相关技术参数如下：　　工作电压：AC220V；测量范围：0～10m；误差：±1％以内。　　2 实际达到的性能指标　　根据实验需要，研制了监测系统及其实验系统，结果可以满足预期的使用环境和各项技术指标。　　四成果的创造性和先进性　　1.基于机械式重锤下落原理的煤矿水仓参数检测方法。　　根据重锤下落过程中加速度的突变来判断水仓的水面和泥水界面，进而得到水仓的水深、水位和煤泥厚度等测量数据；锤在自身重力作用下拖动钢丝绳往下移动，滚筒在钢丝绳的拉力作用下开始滚动，同时带动光电编码器的轴同步旋转；重锤在下落过程中，穿越水面处后，继续在水中下落，穿越浑浊的水体，达到水仓泥水界面处，受到水下煤泥的阻力作用而停止下落；可编程序控制器根据旋转角度计算出重锤下降的位移、速度、加速度和相邻加速度差，进而判断煤矿水仓水面处和水仓泥水界面处的两个加速度突变临界点，最终计算出水仓的水深、水位和煤泥厚度。　　2.基于以太网协议的PLC与触摸屏的通信。　　采用Smart 700IE触摸屏作为显示操作模块，采用西门子S7-200 SMART SR20 PLC作为主控模块，通过网线基于以太网协议实现二者之间的通信。与现有其他矿用触摸屏相比，采用以太网通信是其不同之处。　　3.一种实时显示水仓参数的人机界面交互系统。　　能够实时检测并显示水深、水位、泥深、速度、加速度、加速度差等水仓参数的数值。　　4.一种检测水仓参数的三层结构设计方案。　　提出并设计了以滚筒提升装置、夹紧装置和控制装置为基础的三层结构设计方案，该方案与其他现有传感器检测系统相比，可靠安全，不怕污水，不受水体浑浊、悬浮颗粒较多、光线昏暗等外界条件影响。在重锤510g，采样时间间隔为0.10s时测量效果最佳，测量误差小于1%。

成果名称：	机械式水仓水深水位和泥水界面检测系统	关键词：	水仓;泥水界面;增量式编码器;高速计数;检测系统
成果类别：		一级分类名称：	装备制造
二级分类名称：	自动控制、计算机制造	三级分类名称：
研究起止时间：	2014.01 至2015.12	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	河南理工大学	学科分类2：	440.75
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：	TD742	课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：
经费实际投入额（万元）：	2.00	评价单位：	河南省科技厅
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2015.12.28	转让范围：
评价证书号：	豫科鉴委字[2015]第2223号	推荐单位：	河南省教育厅
推广形式：	无	成果登记号：	9412016Y0085
成果简介：	一任务来源　　自选项目　　二成果应用领域和技术原理　　机械式水仓水深水位和泥水界面检测系统主要用于煤矿及其他水仓水位和泥水界面的智能监控，实现水仓中水位以及泥水界面的实时监控，能在人机界面上实时显示水仓水位的数值和历史曲线。针对煤矿水仓的泥水交界处因存在大量絮状悬浮颗粒而导致现有传感器无法准确检测水仓的水深、水位和煤泥厚度的问题，提出并设计了一款带增量式编码器的基于重锤下落原理的测量装置，实现了水仓水深和水位的可靠测量。本项目的机械式水仓水深水位和泥水界面检测系统研究了滚筒提升装置、夹紧装置和控制装置三部分的关键技术。其技术原理为：在钢球下降的过程中，通过实时检测光电编码器输出的旋转脉冲数，可以得到钢球下降的位移、速度、加速度，找出重锤下降的加速度突变点，由此判断出水仓的水面和固液界面两个临界点，进而计算出水仓的水深、水位和煤泥（或沉淀物料）厚度。通过以太网协议实现西门子Smart Line IE700触摸屏和西门子Smart SR20 PLC进行实时通信，触摸屏用来显示钢球下降位移、速度、加速度、加速度差等数据值与实时曲线。测量得到的水深和水位的数据可以直接用来控制排水泵的启动与停止。　　该系统的特点是：可编程序控制器是系统的主控模块；触摸屏用于设置测量参数、启动检测和显示测量数据，如水深、水位、泥深、速度、加速度、加速度差等； Smart SR20 PLC与Smart Line IE700触摸屏之间通过以太网协议实现实时通讯。　　三性能指标　　1 预期设计要求的性能指标　　1)在如下工作条件下可以正常作业：　　温度：0～40℃；平均相对湿度：≤95%（＋25℃）；风速：0～8m/s；大气压力：80～106Kpa；煤矿井下有爆炸性混合物，且腐蚀性气体未达到破坏绝缘的场合。主要水仓的容积不得小于4小时的正常涌水量。正常使用的水仓中的水量必须经常保持在容水量的70%以下。　　2)相关技术参数如下：　　工作电压：AC220V；测量范围：0～10m；误差：±1％以内。　　2 实际达到的性能指标　　根据实验需要，研制了监测系统及其实验系统，结果可以满足预期的使用环境和各项技术指标。　　四成果的创造性和先进性　　1.基于机械式重锤下落原理的煤矿水仓参数检测方法。　　根据重锤下落过程中加速度的突变来判断水仓的水面和泥水界面，进而得到水仓的水深、水位和煤泥厚度等测量数据；锤在自身重力作用下拖动钢丝绳往下移动，滚筒在钢丝绳的拉力作用下开始滚动，同时带动光电编码器的轴同步旋转；重锤在下落过程中，穿越水面处后，继续在水中下落，穿越浑浊的水体，达到水仓泥水界面处，受到水下煤泥的阻力作用而停止下落；可编程序控制器根据旋转角度计算出重锤下降的位移、速度、加速度和相邻加速度差，进而判断煤矿水仓水面处和水仓泥水界面处的两个加速度突变临界点，最终计算出水仓的水深、水位和煤泥厚度。　　2.基于以太网协议的PLC与触摸屏的通信。　　采用Smart 700IE触摸屏作为显示操作模块，采用西门子S7-200 SMART SR20 PLC作为主控模块，通过网线基于以太网协议实现二者之间的通信。与现有其他矿用触摸屏相比，采用以太网通信是其不同之处。　　3.一种实时显示水仓参数的人机界面交互系统。　　能够实时检测并显示水深、水位、泥深、速度、加速度、加速度差等水仓参数的数值。　　4.一种检测水仓参数的三层结构设计方案。　　提出并设计了以滚筒提升装置、夹紧装置和控制装置为基础的三层结构设计方案，该方案与其他现有传感器检测系统相比，可靠安全，不怕污水，不受水体浑浊、悬浮颗粒较多、光线昏暗等外界条件影响。在重锤510g，采样时间间隔为0.10s时测量效果最佳，测量误差小于1%。
联系人：	胡治国	成果登记日期：	2016-01-13
联系人email：	kjczlsq@hpu.edu.cn	单位代码：	94100027
邮政编码222：	454000	联系人电话：	0391-3986253
单位传真：		单位通讯地址：	河南省焦作市高新区世纪大道2001号
单位所在省市：		单位电话：	0391-3987137;3987631
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：		已转让企业数（个）：	2
成果发布年份：	2016	知识产权形式：
成果完成人：	张业明;王耿;崔晓斌;闫亮;王志阳;肖祯雁;吕鲲;李智国;刘志忠;朱建安;李长军;刘旭;王浩;王帅	资源采集日期：	2016-11-20

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