[发明专利]一种自适应排瓦斯的矿用局部通风系统及方法

说明书

本发明公开了一种自适应排瓦斯的矿用局部通风系统及方法。所述的系统包括传感器、A/D、D/A转换装置、模糊PID控制器、PLC风机控制器模块、数据通讯模块、变频器、数据库。本发明解决了由于掘进工作面瓦斯涌出量具有随机性和不确定性、并且瓦斯浓度与局部通风机转速系统处于非线性、多干扰和纯滞后的状态，且不能满足实际生产需求，从而提升巷道掘进工作面的通风效果，节省了电力资源的消耗和提高了煤矿的安全性。本发明具有良好的实际应用价值，设计合理，实用性强，推广应用价值高。

技术领域

本发明涉及一种自适应排瓦斯的矿用局部通风方法，同时还涉及一种自适应排瓦斯的矿用局部通风系统

背景技术

随着我国对煤矿开采安全要求的提高，针对现在煤矿瓦斯抽排存在排放流量固定,不能根据瓦斯浓度变化而进行实时地调整泵送排量等不足，为保证井下瓦斯抽排系统安全、稳定、合理运行,研究并设计一种自适应排瓦斯的矿用局部通风系统,通过结合常规PID和模糊控制的各自优势,使用模糊算法对PID调节参数进行自适应整定,进而对局部通风机风速进行调节,以实煤矿井下自适应排瓦斯的要求。

发明内容

本发明的目是提供一种自适应排瓦斯的矿用局部通风系统及方法，通过实时煤矿井下瓦斯浓度，保证矿井通风系统的风量、风流的稳定性，达到及时发现和消除煤矿重大安全生产隐患，避免煤矿重大事故的目的。

本发明的技术方案是：一种自适应排瓦斯的矿用局部通风方法，其特征在于，瓦斯传感器采集巷道中的瓦斯含量数据，经过A/D转换，传输到模糊PID控制器中，对数据预处理，将瓦斯浓度偏差量e和浓度偏差变化率ec作为二维输入，通过模糊化、模糊推理机和解模糊操作，输出控制函数u，再将u值经D/A转换传输给PLC风机控制器模块，PLC风机控制器模块直接与变频器的功率进行匹配，把控制数据写入变频器，解算控制变频器的功率，变频器改变频率，调节局部通风机电机转速，使局部通风机风速适应瓦斯浓度。

一种自适应排瓦斯的矿用局部通风方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过甲烷传感器测得矿井下甲烷含量，与预先设定的矿井下瓦斯浓度的标准值进行对比计算，计算得出瓦斯浓度偏差量e和瓦斯浓度偏差变化率ec，e论域为[-.075％,0.75％]，ec论域为[-1.5％,1.5％]，

e＝m₁-p

其中m₁为甲烷传感器值，p为常数，且瓦斯浓度大于0.75％时必须进行检查，

e₁为下一时刻瓦斯浓度偏差量，e₂为上一时刻瓦斯浓度偏差量，t为采样时间间隔，t取1秒；

步骤二、将步骤一计算得到e和ec作为输入量，输入到MATLAB程序中，运行得出瓦斯浓度偏差量模糊量E及瓦斯浓度偏差变化率模糊量EC，并得到它们各自所占的7个隶属度，确定输入输出变量语言值的7个模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，

再利用得到的隶属度及对应隶属度的横坐标，输入以下方程中，

其中y为模糊控制器的输出PID参数的修正因子；u_Ai(x)、u_Bi(y)表示求出的隶属度，Z_i表示对应隶属度的横坐标；由模糊规则表中找出输出值所对应的隶属度；选取传递函数，其中K_p,K_i、K_d分别是比例增益、积分和微分时间常数，采用Z-N方法，设置PID参数初值为K_P0＝1.2*T/(K*τ)，K_i0＝2*τ，K_d0＝0.5*τ，其中取比例系惯性常数T＝1及纯时间延迟常数τ＝065；

K_p、K_d的调整范围由下确定：