摘要：煤礦礦井通風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)影響因素多、數(shù)學(xué)模型難以建立，常規(guī)控制無法獲得滿意的控制效果，針對(duì)這些問題提出一種基于模糊PID通風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制方案，對(duì)風(fēng)量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，將其應(yīng)用于主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該種控制系統(tǒng)控制效果良好，為煤礦的安全生產(chǎn)和通風(fēng)機(jī)的高效運(yùn)行提供了可靠保障。

關(guān)鍵詞：模糊控制；PID控制；PLC；通風(fēng)機(jī)

中圖分類號(hào):TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

ApplicationofFuzzyPIDcontrolinMineFanMonitoringSystem

ZhangQiang

(SchoolofAutomationandElectronicEngineering，QingdaoUniversityofScienceandTechnology，Qingdao，Shandong266042，China)

Abstract:FortheCoalminefanair-flowsystemhastoomanyfactorsandit’sdifficulttoestablishthemathematicalmodel,theconventionalcontrolcannotobtainasatisfactorycontrolperformancefortheseproblems.Tosolvetheseproblems,weproposeasolutionbasedonfuzzyPIDcontrolwhichcontrolsminefanandautomaticallyadjustsairvolume,itwillbeappliedtomainfanvariablespeedsystem.Thepracticalresultshowsthatthekindofcontrolsystemhasgoodcontroleffectandprovidesareliableguaranteeforthecoalmineproductionsafetyandtheefficientoperationofventilator.

KeyWords:FuzzyControl;PIDControl;PLC;MineFan

1概述

有“礦井肺腑”之稱的主通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大固定設(shè)備之一,它擔(dān)負(fù)著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流的重任。由于井下工作現(xiàn)場條件惡劣,主通風(fēng)機(jī)一旦發(fā)生故障,將會(huì)對(duì)整個(gè)礦區(qū)生產(chǎn)和安全造成重大影響,故而有必要建立一套功能完善的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。原先的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)過于簡單,關(guān)鍵參數(shù)還處于人工監(jiān)測，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性能差，導(dǎo)致精度較低,監(jiān)測內(nèi)容不全面,并未與調(diào)度中心信息系統(tǒng)通信。同時(shí)，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中,由于啟動(dòng)柜故障停電或機(jī)械故障,都將造成主通風(fēng)機(jī)停機(jī)。遇到這種情況基本上都是人工手動(dòng)操作,切換風(fēng)機(jī)或重新啟動(dòng)。由于人工手動(dòng)操作慢或發(fā)現(xiàn)事故不及時(shí),造成礦井停風(fēng)時(shí)間長,給礦井帶來致命的安全隱患,易造成安全事故。因此擬采用先進(jìn)、可靠的傳感器、計(jì)算機(jī)技術(shù)及智能控制理論實(shí)現(xiàn)礦井主通風(fēng)機(jī)性能及狀態(tài)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控,以便在生產(chǎn)過程中及時(shí)掌握主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài),并實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，及時(shí)檢修與處理。

煤礦主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)必須配置2組風(fēng)機(jī)，其運(yùn)行方式為一組工作，另一組備用。目前一組風(fēng)機(jī)系統(tǒng)普遍裝備2臺(tái)電機(jī)，風(fēng)量需求小時(shí)只啟動(dòng)一臺(tái)電機(jī)，風(fēng)量需求大時(shí)2臺(tái)電機(jī)以對(duì)旋方式同時(shí)運(yùn)行。本監(jiān)控系統(tǒng)以PLC為核心,主要由信號(hào)監(jiān)測裝置、傳感(變送)器、PLC、通信裝置、上位機(jī)及其它設(shè)備組成,可分為風(fēng)機(jī)變電站監(jiān)控系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)本體流量、負(fù)壓和振動(dòng)參數(shù)等的監(jiān)控系統(tǒng)。

2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

由通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性可知：風(fēng)量Q與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n在一定時(shí)段內(nèi)可以認(rèn)為成正比關(guān)系。因此，系統(tǒng)在風(fēng)量的閉環(huán)控制中，采用通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速作為反饋量來進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié)?？刂圃韴D如圖1所示。

給定的電機(jī)速度減去測量所得的實(shí)際速度n得到誤差e,誤差的變化率?e=e(n)-e(n-1)。PID控制器和模糊控制器對(duì)誤差和誤差變化率進(jìn)行分析處理。模糊控制器根據(jù)模糊推理和運(yùn)算得到PID所需參數(shù)。PID控制器輸出控制量u，輸出直接控制變頻器的輸出，變頻器輸出相應(yīng)的速度控制電機(jī)運(yùn)行，得到相應(yīng)的風(fēng)量。

圖1控制原理圖

模糊PID控制器由PLC編程實(shí)現(xiàn)，其中控制算法如式(1)所示。

                          (1)

式中：

3 模糊PID的設(shè)計(jì)

圖2e及?e的隸屬度函數(shù)

由上述規(guī)則可以得到模糊控制規(guī)則表，如表1、2、3所示。

本文所述的煤礦礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已在山東濟(jì)寧某煤礦投入運(yùn)行。其中通風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制設(shè)計(jì)采用了一種模糊PID控制系統(tǒng)，并運(yùn)用西門子S7-200系列PLC實(shí)現(xiàn)。從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來看，不僅響應(yīng)快、超調(diào)小，而且控制精度高，風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，取得了良好的控制效果。通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在實(shí)際應(yīng)用中有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]李輝.S7—200PLC編程原理與工程實(shí)訓(xùn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[2]章衛(wèi)國，楊向忠.模糊控制理論與應(yīng)用[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[3]席愛民.模糊控制技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[4]盧平，余陶.基于PLC的礦井主要通風(fēng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)化在線監(jiān)測[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，37(1):22-24.

[5]史麗萍，閆其堯.通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2008，5:12-15.

[6]肖愛武.模糊控制在礦井風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制中的應(yīng)用[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，22(1):85-87.

[7]付勝，朱全.煤礦主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障預(yù)警的研究[J].中國煤炭，2008，34(4):44-46.

【作者簡介】

張強(qiáng)（1987—），男，漢族，碩士研究生，研究方向?yàn)橹悄芸刂圃陔娏﹄娮又械膽?yīng)用。

E-mail:602399885@qq.com.

聯(lián)系地址：山東省青島市青島科技大學(xué)鄭州路53號(hào)自動(dòng)化學(xué)院76信箱

TEL:15192687568