一种基于降温需冷量变化的冷冻水供给调控方法及系统

1.本发明涉及煤矿井下降温技术领域，更具体的说是涉及一种基于降温需冷量变化的冷冻水供给调控方法及系统。


背景技术：

2.煤炭是经济发展的重要战略资源，随着煤炭资源的开采，矿井深度逐年增加，开采深度增加后地温升高，围岩温度升高，造成煤矿高温热害影响煤矿安全生产的问题。
3.为有效解决矿井热害问题，采用机械降温改善矿井工作环境，但降温系统在实际运行过程中受到井下热源环境变化的影响，降温需冷量改变而空冷器的实际运行功率无法根据需冷量的改变而及时做出响应，导致空冷器的降温效果不佳，无法满足井下降温的实际需要。
4.因此，如何解决井下热害治理过程中需冷量变化而降温系统无法满足降温需求的不足，提高系统调控的灵活性和稳定性，优化井下降温效果是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于降温需冷量变化的冷冻水供给调控方法及系统，实现了以需冷量变化为主要依据的降温冷冻水供给的自主平衡调控，能够满足不同地点的降温需求，提高了系统调控的灵活性和稳定性，优化了井下降温效果。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于降温需冷量变化的冷冻水供给调控方法，所述冷冻水供给调控方法从区域冷冻水供给和用冷地点冷冻水供给两个方面进行供给调控；具体包括以下步骤：
8.设定目标需冷量，并实时监测降温供冷量；
9.通过监测区域供给分叉节点的冷冻水流量和进回水温差对区域冷冻水供给进行调控；
10.根据空冷器进出口风流温差和空冷器进口冷水流量对用冷地点冷冻水供给进行调控；
11.控制系统采用模糊pid调控方法，根据调控后的实测降温供冷量与目标需冷量的差值进行下一次调控，形成冷冻水供给调控的闭环控制环路。
12.可选的，所述区域冷冻水供给进行供给调控，具体包括以下步骤：
13.设定区域冷冻水目标流量，在冷冻水管网的分区节点位置设置流量传感器，实时监测区域供给的冷冻水流量；
14.设定冷冻水的目标温度，在区域供给的节点设置水温监测传感器，实时监测冷冻水温度；
15.控制系统采用模糊pid调控方法，以实测区域供给的冷冻水流量和目标流量的差值作为第一判定条件，以实测冷冻水温度和目标温度的差值为第二判定条件，通过冷冻水
流量差值和冷冻水温度差值来调节井下制冷机组的运行功率，以满足对降温区域的整体冷冻水供给；
16.控制系统根据调节后的实测冷冻水流量和冷冻水温度与目标流量、目标温度间的差值进行下一次调控，形成区域冷冻水的闭环控制环路。
17.可选的，所述用冷地点冷冻水供给进行供给调控，具体包括以下步骤：
18.设定目标出风口温度，在空冷器出风口位置设置温度传感器，实时监测出风口温度；
19.控制系统采用模糊pid调控方法，根据实测出风口温度与目标出风口温度间的温差对风侧换热和水侧换热进行调节；其中，风侧换热调控通过调节风机的送风量实现，水侧换热调控通过调节冷水管网的阀门开度实现；
20.控制系统根据调节后的实测出风口温度与目标出风口温度之间的温差进行下一次调控，形成用冷地点冷冻水供给的闭环控制环路。
21.可选的，所述冷水管网中设置有电动调节阀，控制系统通过调节电动调节阀对阀门开度进行控制。
22.可选的，调节风机的送风量及冷水管网的阀门开度的具体过程包括以下步骤：
23.s1、获取当前风机的送风量q，并记录风量变化；
24.s2、获取当前阀门开度p；
25.s3、设定目标出风口温度t1，并通过温度传感器获取实测出风口温度t2；
26.s4、设定目标出风口温度与实测出风口温度之间差值的阈值范围为[t
min
，t
max
]；
[0027]
s5、当目标出风口温度t1与实测出风口温度t2之间的差值小于设定阈值t
min
℃时，风机的送风量q和阀门开度p保持不变，返回s1；
[0028]
s6、当目标出风口温度t1大于实测出风口温度t2时，若二者之间的差值小于t
max
℃，风机的送风量q保持不变，调节阀门开度p减少；
[0029]
s7、当目标出风口温度t1小于实测出风口温度t2时，若二者之间的差值小于t
max
℃，风机的送风量q保持不变，调节阀门开度p增加；
[0030]
s8、当目标出风口温度t1与实测出风口温度t2之间的差值大于设定阈值t
max
℃时，启动系统报警，由自动调控方式切换为人为调控方式，人为调控风机的送风量和阀门开度；
[0031]
s9、调控结束；返回s1。
[0032]
本发明还公开了一种基于降温需冷量变化的冷冻水供给调控系统，包括：
[0033]
预设模块，用于设定目标需冷量；
[0034]
获取模块，用于实时监测降温供冷量；
[0035]
调控模块，通过监测区域供给分叉节点的冷冻水流量和进回水温差对区域冷冻水供给进行调控，以及根据空冷器进出口风流温差和空冷器进口冷水流量对用冷地点冷冻水供给进行调控；
[0036]
循环调控模块，采用模糊pid调控方法，根据调控后的实测降温供冷量与目标需冷量的差值进行下一次调控，形成冷冻水供给调控的闭环控制环路。
[0037]
可选的，所述获取模块包括：流量传感器、水温监测传感器、温度传感器；
[0038]
所述流量传感器布设在冷冻水管网的分区节点位置，实时监测区域供给的冷冻水流量；
[0039]
所述水温监测传感器布设在区域供给的节点，实时监测冷冻水温度；
[0040]
所述温度传感器设置在空冷器出风口位置，实时监测出风口温度。
[0041]
可选的，所述冷水管网中设置有电动调节阀，通过调节电动调节阀对阀门开度进行控制，以对水侧换热进行调节。
[0042]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于降温需冷量变化的冷冻水供给调控方法及系统，针对井下热害处理过程中需冷量变化降温系统无法满足降温需求的问题，从区域冷冻水供给调节和用冷地点的冷冻水供给调节两方面，建立以区域冷冻水供给量和空冷器进出口风温为判定指标、以需冷量变化为主要依据的降温冷冻水供给自主平衡调控方法，能够满足井下用冷地点需冷量改变后及时更改冷量供给，满足不同地点的降温需求；此外，基于模糊pid的矿井降温系统冷水管网流量调控方法，不仅能够对空冷器出风温度进行实时监测，还可通过设定目标送风温度，针对实测出风温度和目标出风温度差值的实时变化，根据设定的温度差值阈值范围，调控冷水供给管网的阀门开度，提高了调节效率，实现了按需冷量变化的冷水供给，极大地提高了系统调控的灵活性和稳定性，优化了井下降温效果。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0044]
图1为基于降温需冷量变化的冷冻水供给调控的方法示意图；
[0045]
图2为区域冷冻水供给调控方法的流程示意图；
[0046]
图3为用冷地点冷冻水供给调控方法的流程示意图。
具体实施方式
[0047]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
pid控制由比例单元、积分单元和微分单元组成，它的基本原理是将偏差的比例(p)、积分(i)和微分(d)通过线性组合构成控制量。比例作用关联pid控制的稳定性、响应速度等指标，比例调节的特点在于当系统有偏差时可以迅速的响应降低偏差，其值越大，调节反应速度也越快，但如果过大则会影响稳定性，过小则会导致其修正作用降低。积分关联控制的精度，当误差存在积分增益时发挥重要的作用，可以消除比例控制的静差，增大时可以减小静差，而过大时则会导致稳定性下降。微分增益主要作用是预测误差的变化趋势，改善动态响应特性，减少调节时间。
[0049]
实施例1
[0050]
本发明实施例公开了一种基于降温需冷量变化的冷冻水供给调控方法，如图1所示，冷冻水供给调控方法从区域冷冻水供给和用冷地点冷冻水供给两个方面进行供给调
控；具体包括以下步骤：
[0051]
设定目标需冷量，并实时监测降温供冷量；
[0052]
通过监测区域供给分叉节点的冷冻水流量和进回水温差对区域冷冻水供给进行调控；
[0053]
根据空冷器进出口风流温差和空冷器进口冷水流量对用冷地点冷冻水供给进行调控；
[0054]
控制系统采用模糊pid调控方法，根据调控后的实测降温供冷量与目标需冷量的差值进行下一次调控，形成冷冻水供给调控的闭环控制环路，以满足降温需冷量动态变化的冷冻水平衡供给。
[0055]
进一步地，区域冷冻水供给进行供给调控，具体包括以下步骤：
[0056]
设定区域冷冻水目标流量，在冷冻水管网的分区节点位置设置流量传感器，实时监测区域供给的冷冻水流量；
[0057]
设定冷冻水的目标温度，在区域供给的节点设置水温监测传感器，实时监测冷冻水温度；
[0058]
控制系统采用模糊pid调控方法，以实测区域供给的冷冻水流量和目标流量的差值作为第一判定条件，以实测冷冻水温度和目标温度的差值为第二判定条件，通过冷冻水流量差值和冷冻水温度差值来调节井下制冷机组的运行功率，以满足对降温区域的整体冷冻水供给；
[0059]
控制系统根据调节后的实测冷冻水流量和冷冻水温度与目标流量、目标温度间的差值进行下一次调控，形成区域冷冻水的闭环控制环路。
[0060]
接下来，如图2所示，对区域冷冻水供给调控的具体过程进行更详细的描述。
[0061]
s1、获取当前区域初始冷冻水管网流量参数q，并记录区域供给流量变化；
[0062]
s2、获取当前区域节点冷冻水温度t，并记录冷冻水温度变化；
[0063]
s3、设定区域冷冻水目标流量阈值[q
min
，q
max
]，并获取流量传感器监测到的实测冷冻水管网流量q；
[0064]
s4、当实测冷冻水管网流量q未超过流量阈值时，返回s1；
[0065]
s5、当实测冷冻水管网流量q超过流量阈值后，进行下一步骤冷冻水温度判定；
[0066]
s6、设定区域冷冻水目标温度阈值[t
min
，t
max
]，并获取水温传感器监测到的实测冷冻水温度t；
[0067]
s7、当实测冷冻水流量q未超过流量阈值，返回s1；
[0068]
s8、当实测冷冻水温度t超过冷冻水温度阈值后，对降温系统制冷机组运行功率进行调节；
[0069]
s9、当实测冷冻水温度t低于t
min
时，提高井下制冷机组的运行功率，降低冷冻水出口温度；当实测冷冻水温度t高于t
max
时，则降低冷冻机组的运行功率，减少冷冻水的供给量。依据实测温度t与目标温度阈值上限t
max
的差值，以及实测温度t与目标温度阈值下限t
min
的差值，对制冷机组功率进行调节；
[0070]
s10、调控结束，返回s1。
[0071]
进一步地，用冷地点冷冻水供给进行供给调控，具体包括以下步骤：
[0072]
设定目标出风口温度，在空冷器出风口位置设置温度传感器，实时监测出风口温
度；
[0073]
控制系统采用模糊pid调控方法，根据实测出风口温度与目标出风口温度间的温差对风侧换热和水侧换热进行调节；其中，风侧换热调控通过调节风机的送风量实现，水侧换热调控通过调节冷水管网的阀门开度实现；
[0074]
控制系统根据调节后的实测出风口温度与目标出风口温度之间的温差进行下一次调控，形成用冷地点冷冻水供给的闭环控制环路。
[0075]
进一步地，冷水管网中设置有电动调节阀，控制系统通过调节电动调节阀对阀门开度进行控制，从而控制供给至空冷器的冷水流量。
[0076]
接下来，如图3所示，对用冷地点冷冻水供给调控的具体过程进行更详细的描述。
[0077]
s1、获取当前风机的送风量q，并记录风量变化；
[0078]
s2、获取当前阀门开度p；
[0079]
s3、设定目标出风口温度t1，并通过温度传感器获取实测出风口温度t2；
[0080]
s4、设定目标出风口温度与实测出风口温度之间差值的阈值范围为[t
min
，t
max
]；
[0081]
s5、当目标出风口温度t1与实测出风口温度t2之间的差值小于设定阈值t
min
℃时，风机的送风量q和阀门开度p保持不变，返回s1；
[0082]
s6、当目标出风口温度t1大于实测出风口温度t2时，若二者之间的差值小于t
max
℃，风机的送风量q保持不变，调节阀门开度p减少；如果差值小于3℃，阀门开度p减少2％；如果差值小于5℃，阀门开度p减少3％；如果差值大于5℃，阀门开度p减少5％；
[0083]
s7、当目标出风口温度t1小于实测出风口温度t2时，若二者之间的差值小于t
max
℃，风机的送风量q保持不变，调节阀门开度p增加；如果差值小于3℃，阀门开度p增加2％；如果差值小于5℃，阀门开度p增加3％；如果差值大于5℃，阀门开度p增加5％；
[0084]
s8、当目标出风口温度t1与实测出风口温度t2之间的差值大于设定阈值t
max
℃时，启动系统报警，由自动调控方式切换为人为调控方式，人为调控风机的送风量和阀门开度；
[0085]
s9、调控结束；返回s1。
[0086]
实施例2
[0087]
本发明实施例公开了一种基于降温需冷量变化的冷冻水供给调控系统，包括：
[0088]
预设模块，用于设定目标需冷量；
[0089]
获取模块，用于实时监测降温供冷量；
[0090]
调控模块，通过监测区域供给分叉节点的冷冻水流量和进回水温差对区域冷冻水供给进行调控，以及根据空冷器进出口风流温差和空冷器进口冷水流量对用冷地点冷冻水供给进行调控；
[0091]
循环调控模块，采用模糊pid调控方法，根据调控后的实测降温供冷量与目标需冷量的差值进行下一次调控，形成冷冻水供给调控的闭环控制环路。
[0092]
进一步地，获取模块包括：流量传感器、水温监测传感器、温度传感器；
[0093]
其中，流量传感器布设在冷冻水管网的分区节点位置，实时监测区域供给的冷冻水流量；水温监测传感器布设在区域供给的节点，实时监测冷冻水温度；温度传感器设置在空冷器出风口位置，实时监测出风口温度。
[0094]
进一步地，冷水管网中设置有电动调节阀，通过调节电动调节阀对阀门开度进行控制，以对水侧换热进行调节。
[0095]
本发明针对井下热害处理过程中需冷量变化降温系统无法满足降温需求的问题，从区域冷冻水供给调节和用冷地点的冷冻水供给调节两方面，建立以区域冷冻水供给量和空冷器进出口风温为判定指标、以需冷量变化为主要依据的降温冷冻水供给自主平衡调控方法，能够满足井下用冷地点需冷量改变后及时更改冷量供给，满足不同地点的降温需求。
[0096]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0097]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。