大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制方法研究

郝 婧

（大同煤礦集團有限公司馬脊梁礦機械隊， 山西 大同 037027）

引言

大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)作為確保煤礦能夠安全生產(chǎn)的核心系統(tǒng)，必須提高對其的重視程度[1]。通過智能化控制方法提高通風(fēng)系統(tǒng)的運行能力，能夠有效消除通風(fēng)系統(tǒng)中存在的安全隱患。智能化控制指的是通過對通風(fēng)系統(tǒng)的工頻信號進行轉(zhuǎn)化，對系統(tǒng)的通風(fēng)能力進行有效控制。智能化控制方法的提出主要是針對實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)智能化，通過對控制操作模式的設(shè)置，為大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的開發(fā)作準(zhǔn)備。實現(xiàn)大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制的前提條件，就是建立通風(fēng)系統(tǒng)的控制機制。目前，我國已有大量文獻針對大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制方法進行研究，證明智能化控制方法對提高通風(fēng)系統(tǒng)性能方面的有效性。本文結(jié)合郝艷飛提出的淺談煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動化控制技術(shù)的應(yīng)用研究，在此基礎(chǔ)上提出一種新型大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的智能化控制方法。

1 大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制方法的分析

1.1 建立通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制機制

為了實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制，本文以消息中間件為通風(fēng)系統(tǒng)信息傳遞方式，建立通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制機制[2]。其具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

根據(jù)圖1 可知，本文采用三層分布式架構(gòu)的方式，對整體通風(fēng)系統(tǒng)機制進行綜合調(diào)控。采用上述建立控制機制的方式，可在得到通風(fēng)系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，為其協(xié)調(diào)控制方面提供技術(shù)幫助[3]。

1.2 計算通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量

圖1 通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制機制結(jié)構(gòu)

在通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制機制中，智能化控制通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)就是風(fēng)量[4]?；诖笮蛷?fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜、多樣化的特點，本文采用由內(nèi)向外逐級原則對通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量進行計算。設(shè)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量為∑q采，則其計算公式如公式（1）所示：

式中：q綜采為大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)綜合需要的通風(fēng)量，m3/s；q機采為大型復(fù)雜煤礦工作區(qū)域需要的通風(fēng)量，m3/s；q其他為大型復(fù)雜煤礦其他工作區(qū)域需要的通風(fēng)量，m3/s；q備為備用工作區(qū)域需要的通風(fēng)量，m3/s；n 為通風(fēng)距離系數(shù)。通過計算通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量，采用控制協(xié)調(diào)面板的方式，對通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)量輸送功率進行控制。

1.3 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)變頻智能化控制

根據(jù)控制風(fēng)量輸送功率的大小，進行大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制承擔(dān)處理增量值的計算。設(shè)承擔(dān)處理增量值為ΔP，則其計算公式，如公式（2）所示：

式中：PT0為穩(wěn)定風(fēng)量目標(biāo)的計劃控制功率；PT為實際輸出功率。根據(jù)上述功率增量計算公式，可進行控制偏差值的分析，實現(xiàn)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)變頻智能化控制目標(biāo)的確定?；谏鲜鲇嬎愕贸龅某袚?dān)處理增量值將采用建立通風(fēng)系統(tǒng)變頻智能化控制目標(biāo)與線路聯(lián)系的方式，實現(xiàn)大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制方法的設(shè)計[5]。首先，在通風(fēng)系統(tǒng)傳遞的控制數(shù)據(jù)中查找是否存在異常數(shù)據(jù)，再通過計算通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制承擔(dān)處理增量值進行綜合性評估。其次，建立路徑與目標(biāo)數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，智能化可實時校正通風(fēng)系統(tǒng)中出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差的現(xiàn)象。最后，通過控制風(fēng)量輸送功率的大小，可提升大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)變頻智能化控制的穩(wěn)定性。

2 實例分析

2.1 實驗準(zhǔn)備

本次實例分析選取福建某大型復(fù)雜煤礦為實驗對象，內(nèi)容為測試兩種控制方法的控制偏差值，控制偏差值與標(biāo)準(zhǔn)控制偏差值數(shù)值越接近，證明該控制方法的控制性能越好。該大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的標(biāo)準(zhǔn)控制偏差值為0.20 m3/s，分別使用傳統(tǒng)的控制方法以及本文設(shè)計的控制方法進行對比實驗，設(shè)置傳統(tǒng)的控制方法為實驗對照組。針對得出的實驗結(jié)果進行記錄，判斷控制效果更好的控制方法。

2.2 實驗結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計的實驗步驟，將分析橫向振幅從0.2～1.2 Hz 的6 組實驗結(jié)果，并將兩種控制方法下的控制偏差值進行對比，對比結(jié)果如圖2 所示。

通過圖2 可知，本文設(shè)計的控制方法控制偏度系數(shù)相較于實驗對照組更接近標(biāo)準(zhǔn)偏度系數(shù)，控制效果更好，能夠?qū)崿F(xiàn)大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制，說明所設(shè)計的控制方法其各項功能都可以滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)語

圖2 控制偏差值對比圖

通過對大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制方法進行設(shè)計，證明控制方法的真實性和可靠性。本文設(shè)計的控制方法不但能夠優(yōu)化傳統(tǒng)控制方法的控制機制，還能夠針對通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量進行相應(yīng)的計算，完成傳統(tǒng)控制方法所不能實現(xiàn)的控制目標(biāo)。因此，本文設(shè)計的大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制方法是具有現(xiàn)實意義的，能夠滿足對大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制的總體要求，為大型復(fù)雜煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制提供學(xué)術(shù)意義。本文唯一不足之處在于沒有針對智能化控制方法輸出/ 執(zhí)行準(zhǔn)確性進行驗算，這一點可以作為日后研究方向之一。