模糊控制策略在矿井瓦斯浓度偏差调节中的应用.pdf

模糊控制策略在矿井瓦斯浓度偏差调节中的应用 梁金蕊 （阳煤一矿机电工区信息中心 ，山西 阳泉 045000） 摘要 局部通风机被普遍使用在煤矿掘进巷道的的通风中， 为保证通风量的自动调控， 通过模糊算 法， 分析讨论了局部通风机瓦斯限定模块。 梳理出局部通风机调节条件， 创建出瓦斯含量的模糊算法， 并且绘制出模糊算法调节对照表。 算法的输入值是瓦斯含量偏差和瓦斯含量偏差变化率， 输出值是电 机转速， 设计了局部通风机的自动调控系统和系统关键环节的参数设置。以 PLC 的局部通风机调控 装置为模糊调节的实现奠定了理论基础。 关键词 模糊算法 ； 局部通风机 ； 瓦斯限定模块 ； PLC ； 瓦斯含量偏差 中图分类号 TD 712文献标志码 A文章编号 1009-0797 （2019） 03-0078-03 Application of Fuzzy Control Strategy in Mine Gas Concentration Deviation Adjustment LIANG Jinrui （Yangmei No. 1 Mine Electrical and Mechanical Zone Ination Center , Yangquan 045000 ， China） Abstract The local ventilator is widely used in the ventilation of coal mine roadway. In order to ensure the automatic regulation of ventilation, the local ventilator gas limitation module is analyzed and analyzed by fuzzy algorithm. The local ventilator adjustment conditions are combed, a fuzzy algorithm for gas content is created, and a fuzzy algorithm adjustment reference table is drawn. The value of the algorithm is the gas content deviation and the gas content deviation change rate, and the output value is the motor speed. The automatic control system of the local fan and the parameter setting of the key parts of the system are designed. The theoretical basis of fuzzy control is realized by the local fan control device of PLC. Key words fuzzy algorithm ; local ventilator ; gas finite module ; PLC ; gas content deviation 0引言 局部通风机瓦斯调控装置是现在的研究热点， 李闻华[1]等通过模糊调节对局部通风机自动调控 装置进行了讨论， 得到了瓦斯含量、 气温、 变频器调 节电压的函数关系， 还研究了变频器调节电压计算 方式， 达成了对通风量的自动调控； 曹峰[2]讨论了 模糊调节在局部通风机装置中的运用， 描述了模糊 调节算法， 说明了局部通风机模糊调节装置的运行 模式和构成， 并且对局部通风机的模糊调节采取了 仿真和研究。 本文利用模糊算法讨论了局部通风机瓦斯调 控装置， 为达成局部通风机通风量的自动调节奠定 了基础。 1矿井局部通风机调控目标 经过分析研究， 再结合矿井局部通风机设备情 况， 总结出装置的构成图详见图 1。 2瓦斯含量的模糊调控计算 2.1工作原理 模糊 Controller 常常用来处理复杂装置的情形， 该装置因为复杂的状态难以构建数学模型， 有 3 个 难点亟需处理 一是， 将装置的输入参数模糊化处 理； 二是， 通过模糊要求算法制定模糊调控条件， 构 建出模糊调控算法， 并归纳出调控方式， 获取模糊 关系； 三是， 对模糊量采取反模糊化程序， 获取精确 值。模糊 Controller 的工作模式详见图 2。 图 1局部通风机自动调控装置 图 2模糊 Controller 的工作原理 2.2瓦斯含量模糊 Controller 设计 1） 输出输入参数的取得。结合局部通风机装置 的现场应用， 采取 2D 模糊 Controller。 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 78 瓦斯含量模糊 Controller 中含有三个模糊参数。 ①输出参数 变频器输入电压 （Ｕ） ； ②输入参数 瓦 斯含量偏差变化率 （Ｅｃ） 、 瓦斯含量偏差 （Ｅ） 。 2） 输入输出参数的相互关系。输入输出参数的 相互关系如图 4、 5 所示。图 4 的 代表最大偏差，代 表大偏差，代表中偏差，代表小偏差，代表无偏差； 图 5 的 代表正大，代表正小，代表负小，代表负 大；图 6 的 代表最高，代表高，代表中高，代表小 高， 代表无。 瓦斯含量偏差及其变化率隶属度赋值， 如表 1、 2 所示。 图 3瓦斯含量偏差隶属度曲线 图 4瓦斯含量偏差变化率隶属度函数 3） 模糊调控原则。依照局部通风机实地操控人 员及技术员经验的总结， 可称作模糊调控原则。此 原则可以保证装置动态及静态性能处于最优、 输出 反应快、 装置运作平稳。 表 1瓦斯含量偏差隶属度赋值 表 2瓦斯含量偏差变化率隶属度赋值 4） 对照表的绘制。根据推理合成原理， 由瓦斯 含量偏差变化率 的研究范围 是 、 瓦斯含量偏差 的 研究范围 是 ， 根据 ，所有参数的组合， 解得相关 的 模糊集合， 再依照加权平均数对 反模糊化求出 M* 25 i1 移u （ui） uij i 25 i1 移u （ui） （1） 依照输入数据的不同组合， 算出相关的输出参 数， 求出的模糊调控如表 5 所示。 表 3模糊调控表 3矿井局部通风机调控装置设计 3.1瓦斯监测及通风机调节 当瓦斯含量≤1.5时,为尽量节约能源,把瓦斯 含量的变化量维持在与局部通风机转速同步的水 平,并设定转速智能调控。 装置通过瓦斯含量模糊设 备,来估测瓦斯含量偏差及其变化率,再通过 ,用两 个变量作参照, 以此来达到挖掘巷道必需的的通风 量[3-4]。 3.2局部通风机自动调控模块 通过 PLC 的系统对实地获取的参数进行保存、 快捷加工和获取, 装置包括了 PLC 自动调控模块、 变频器调控模块,具体构成详见图 7。 图 5局部通风机调控系统构成 3.3系统配置 1） 瓦斯传感的安装详见图 8， 其中 T1、 T2、 T3 代 表瓦斯互感器； D 代表导风筒； F 代表局部通风机； B 代表 PLC； K 代表电闸。 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 隶属度函数012345678 无偏差0000000.30.61 小偏差000000.31.00.60 中偏差0000.41.00.60.200 大偏差00.51.00.60.20000 最大偏差1.00.30.6000000 隶属度 函数 543210-1-2-3-4-5 正大10.60.300000000 正小0.30.61.00.60.3000000 零0000.30.61.00.60.3000 负小0000000.30.61.00.60 负大000000000.30.61 Ec/U/E543210-1-2-3-4-5 000000001223 122333445566 233444555667 333444566677 434445666688 544566666688 655667778888 767777788888 877778888888 79 （上接第 77 页） 3.3通风防排尘 有效的通风也是综采工作面降低粉尘危害的 重要手段，但应设计合理的风量和最优的风速， 防 止风速过大携带煤尘飞扬。 4结语 煤矿井下生产过程中的采掘、运输和锚喷等作 业环节均会产生粉尘， 相比较而言， 采煤工作面产生 的粉尘量最多， 严重影响安全生产和工人身体健康。 开展采煤工作面粉尘扩散规律及防治技术研究不仅 是建设安全高效现代化矿井的需要，更是加强煤炭 行业粉尘职业健康危害管理的要求。只有有效控制 采煤工作面的粉尘浓度， 才能改善作业环境、 提高安 全生产水平， 并切实保护现场作业人员的身心健康。 参考文献 [1] 史万青.综采放顶煤工作面粉尘防治系统[J].山东煤炭科 技,2017 （05） 77-7883. [2] 时训先,蒋仲安,邓云峰等.综采工作面粉尘污染状况研究 [J].中国安全生产科学技术,2008 （01） 67-70. [3] 王野.采煤机工作机构喷雾系统研究[D].辽宁工程技术大 学,2013. [4] 李倩玉.综采工作面空气幕隔尘技术研究[D].西安科技大 学,2016. [5] 句海洋.综采工作面喷雾降尘理论及应用研究[D].华北科 技学院,2015. [6] 李德参,范迎春.综掘工作面粉尘在煤巷中的运动规律研 究[J].中州煤炭,2016 （11） 25-29. 作者简介 庞晓存 （1985.08-） ， 男， 山西省临汾市人， 助理工程师， 2007 年 7 月毕业于山西煤炭职业技术学院矿井通风与安全 专业， 现在山西煤炭运销集团晋城有限公司从事一通三防技 术管理工作。 （收稿日期 2018-11-21） 2） 瓦斯互感器相关参数值见表 6。 表 4瓦斯互感器相关参数值 3） 互感器的布置。采用 PLC， 把瓦斯含量互感 器采集的数据传输给变频器， 互感器的电路线详见 图 9。 图 6互感器连接线路 4结语 本文通过瓦斯含量模糊算法， 绘制了模糊调控 对照表， 装置通过瓦斯含量模糊设备， 来估测瓦斯 含量偏差及其变化率， 再通过 ， 用两个变量作调节 转速的参照， 以此达到挖掘巷道必需的通风量。对 装置各组成的数据进行了研究， 为矿井局部通风机 瓦斯调控装置方案奠定了理论基础。 参考文献 [1] 黄辰,林毅,李闻华.基于模糊 PID 的矿井局部通风机控制 技术[J]- 煤矿机械,2012,334202-204. [2] 张梅. 基于模糊神经网络的 PID 控制器在矿井局部通风 机调速系统中的应用[J].煤矿机械,2015,367225-227. 曹锋、 基于模糊控制的局部通风机系统的研究[J].煤矿机 械,2013.348168-170. [3] 宋国庆,王书满,杨旭东.基于 T-S 模型的局部通风机风量 模糊预测控制算法[J]、 南京理工大学学报自然科学版, 2017,415591-595. [4] 王勇.矿井局部通风机变频控制方法的探讨[J].硅谷,2014 1449-50. [5] 房新亮,彭富伟,魏垂胜,等.基于水力冲孔的回采工作面 快速卸压消突技术研究 [J]. 能源与环保.2018.405 50-54.63. 作者简介 梁金蕊 （1983－） ， 女， 山西平遥县人。 毕业于太原理工大 学电气工程及其自动化专业， 本科， 现就职于阳煤一矿机电 工区信息中心， 目前为电气助理工程师。 （收稿日期 2019-2-19） 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 互感器位置复电浓度断电浓度报警浓度 回风巷1.0≥1.0≥1.0 掘进机上方 工作面处 1.0≥1.5≥1.0 进风巷处 局部通风机前方 0.5≥0.5≥0.5 80