通風(fēng)機(jī)在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的運(yùn)行方式優(yōu)化研究

陳文軍

（山西平舒煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 045400）

引言

瓦斯爆炸事故發(fā)生的主要原因是通風(fēng)不足引起的瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，為確保通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效果，目前大多數(shù)煤礦采用的是盡可能加大通風(fēng)機(jī)的數(shù)量，以大轉(zhuǎn)速連續(xù)不斷的運(yùn)行，來(lái)確保對(duì)井下巷道內(nèi)有毒有害氣體的稀釋效果，確保煤礦安全生產(chǎn)。因通風(fēng)機(jī)數(shù)量多，耗能高，目前所采用的通風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式雖然能確保對(duì)井下的通風(fēng)效果，但耗能巨大，完全不符合目前我國(guó)大力推行的節(jié)能減排要求[1]。

1 通風(fēng)機(jī)模糊與變頻控制系統(tǒng)

如圖1所示，整個(gè)控制系統(tǒng)主要包括瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌⒛：袛嗄K及PLC終端控制模塊，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巷道內(nèi)的瓦斯氣體的實(shí)際濃度，然后將監(jiān)測(cè)到的瓦斯?jié)舛扰c系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)定的瓦斯?jié)舛冉o定值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)預(yù)設(shè)的計(jì)算公式可求出瓦斯?jié)舛鹊钠罡淖兟?，根?jù)對(duì)比結(jié)果，系統(tǒng)按預(yù)設(shè)的模糊量計(jì)算公式，計(jì)算出其模糊變化量，然后根據(jù)人工的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)值得出實(shí)際所需的調(diào)節(jié)值[2-3]，控制系統(tǒng)將此計(jì)算的調(diào)節(jié)數(shù)值通過(guò)連接器傳遞到PLC終端控制模塊的信息輸入端，調(diào)節(jié)控制器根據(jù)輸入的調(diào)節(jié)信號(hào)，控制系統(tǒng)電源的工作頻率，最終改變通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以達(dá)到精確控制通風(fēng)量的目的。

在上述控制系統(tǒng)中，我們主要通過(guò)PLC終端控制模塊來(lái)完成對(duì)巷道內(nèi)實(shí)時(shí)采集到的瓦斯?jié)舛葦?shù)值進(jìn)行一級(jí)處理及儲(chǔ)存，根據(jù)控制要求將相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)并控制對(duì)應(yīng)的報(bào)警裝置和設(shè)備進(jìn)行相關(guān)操作，在PLC控制終端，系統(tǒng)操作人員可以通過(guò)顯示屏幕對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制參數(shù)修訂、輸入、設(shè)定關(guān)鍵控制值域，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警并控制系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖故障處理。

圖1 通風(fēng)機(jī)模糊與變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 瓦斯?jié)舛葯z測(cè)與通風(fēng)量關(guān)系模型

礦井通風(fēng)與瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)系統(tǒng)受各種因素制約和影響較大，極難對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，而模糊控制理論為解決這一難題提供了一個(gè)切實(shí)可行的方案，根據(jù)該控制系統(tǒng)的目的，其控制的對(duì)象是井下通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式（系統(tǒng)風(fēng)量），而需要被控制的對(duì)象則是巷道內(nèi)有害氣體（瓦斯）的濃度，在實(shí)際控制中，位于巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)絇LC終端控制單元[4]，與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比并經(jīng)模糊控制算法計(jì)算和修正后得出巷道內(nèi)需要的風(fēng)量，再經(jīng)模糊控制算法修正后得出需要調(diào)節(jié)的電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流頻率，通過(guò)不間斷的調(diào)節(jié)控制，確保礦井巷道內(nèi)的有害氣體含量保持在安全值以下，當(dāng)巷道內(nèi)有害氣體的含量超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的值域時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的模糊判斷邏輯，判斷出危險(xiǎn)的存在，及時(shí)發(fā)出危險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)，同時(shí)，將風(fēng)機(jī)的電機(jī)閉鎖，這樣既可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的彈性調(diào)節(jié)，避免風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期的恒定運(yùn)行造成的資源極大浪費(fèi)，又可保證煤礦巷道內(nèi)的有效通風(fēng)量，其瓦斯?jié)舛饶：刂频脑砣缦马?yè)圖2所示。

3 模糊控制結(jié)構(gòu)選擇

從理論上來(lái)說(shuō)，模糊控制的維數(shù)越高其控制精度越高，控制效果越好，但是維數(shù)越高其運(yùn)算結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，所需要的計(jì)算、轉(zhuǎn)換周期越長(zhǎng)[5]，對(duì)外界的反應(yīng)能力越滯后，因此在綜合對(duì)比分析后，為了確保所獲得的模糊修正結(jié)果盡可能的接近實(shí)際情況，且能滿足快速響應(yīng)效果和具有較高的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力，我們采用了二級(jí)模糊控制結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的輸入變量為巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)際測(cè)量數(shù)值與系統(tǒng)設(shè)定的瓦斯?jié)舛鹊慕o定期望值之偏差及偏差的動(dòng)態(tài)變化率，其輸出的信號(hào)為控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)作的電動(dòng)機(jī)調(diào)制比。模糊控制結(jié)構(gòu)如圖3、圖4、圖5所示：

圖2 瓦斯?jié)舛饶：刂圃硎疽鈭D

圖3 一維單變量模糊控制結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 二維單變量模糊控制結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 三維單變量模糊控制結(jié)構(gòu)示意圖

4 井下通風(fēng)系統(tǒng)控制流程

煤礦井下通風(fēng)控制系統(tǒng)的控制流程如圖6所示，在控制系統(tǒng)工作時(shí)安裝圖示的邏輯控制方式對(duì)整個(gè)煤礦巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)、信息傳遞、邏輯判斷、系統(tǒng)執(zhí)行等。

5 結(jié)論

本文提出的新型的基于模糊控制的煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行方式，可根據(jù)煤礦井下瓦斯等有害氣體的濃度情況和井下生產(chǎn)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，既可確保煤礦井下的安全生產(chǎn)又能實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能，為煤礦的安全生產(chǎn)和節(jié)能提供了一種新的方式，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

圖6 系統(tǒng)控制流程圖