一种矿井不同地点多风机联合运行工况调节方法与流程

本发明实施例涉及矿井通风工况调节技术领域，具体涉及一种矿井不同地点多风机联合运行工况调节方法。

背景技术：

矿井风机是保证矿井安全生产的重要装备，担负着向井下连续输送新鲜空气以供给人员呼吸、稀释并排出有害气体和浮尘的任务。矿井通风效果不好，有可能导致人员中毒、气体爆炸、尘肺病等危害，因此，必须保证矿井的有效通风。一般地，依据矿井需风量和矿井通风阻力选择风机型号时，需要考虑矿井通风容易时期和困难时期风机的通风能力，即要求风机运行工况可调，以适应矿井生产规模、矿井通风阻力、自然风压的变化，实现既满足矿井生产需风量的要求，又节约矿井通风能耗。因此，在矿井不同生产时期、不同生产规模和不同气候条件下，需要通过调节风机电机运行频率的方法对风机的运行工况进行调节，避免矿山企业重复投资，或避免造成“大马拉小车”、能源利用效率低的问题，确保矿井供风量满足安全生产要求。

对于单台风机运行工况的调节主要通过传感器检测矿井风机运行参数(风量和风压等)，由模数转换模块送到PLC控制系统进行数字滤波、比较、判断及运算，将控制信号送给变频器，从而控制电动机的转速，达到调节风机运行工况的效果。而对于安装在不同地点的多台风机联合运行情况，因各风机服务的区域不同，风机的型号和运行工况可能不同，因此，对不同地点的风机联合运行情况，未将全部风机放入矿井通风系统优化软件中进行计算，而按照上述方法分别进行调节，未能考虑不同地点风机之间的相互影响问题，则多风机联合运行的稳定性不好控制，顾此失彼，导致部分作业区域要么供风量偏大，要么供风量不足，达不到预期的调节效果。

基于上述缺陷和需求，本发明的目的是提供一种矿井不同地点多风机联合运行工况调节方法。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种矿井不同地点多风机联合运行工况调节方法，以解决现有技术中不同区域多风机联合运行无法稳定控制的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种矿井不同地点多风机联合运行工况调节方法，包括如下步骤：

步骤100、在风机入口的巷道中设置用于参数采集的传感器组，实时采集的数据反馈到控制系统；

步骤200、利用矿井通风三维仿真系统对通风网络优化计算模拟出对应的参数值，并将该参数值作为模拟分析值与风机所在巷道采集的数据进行比对；

步骤300、依据各风机的工况参数比对结果，以反馈调节的方式逐个调节各风机电机的运行频率，直到传感器组采集数据与系统值一致，实现矿井多风机的实时联合调节。

进一步地，参数采集包括风速和风压采集。

进一步地，所述控制系统包括PLC、以及分别连接在所述PLC上的信号采集与反馈模块和调节执行机构，所述PLC接收所述信号采集与反馈模块所获取风机的采集数据，所述PLC对采集的实时参数进行分析处理并与模拟分析值作比对，并依据比对的结果控制调节执行机构调节风机的运行参数。

进一步地，所述信号采集与反馈模块包括风速传感器、风压传感器、给定单元、调理电路、A/D转换模块；

所述风速传感器、风压传感器、给定单元连接所述调理电路，所述调理电路连接A/D转换模块，所述A/D转换模块连接至PLC，采集的信号数据依次通过调理电路和A/D转换模块传输至PLC；

所述给定单元用于矿井通风三维仿真系统模拟的结果确定模拟分析值。

进一步地，所述调节执行机构包括与PLC连接的变频器、与变频器连接的变频/工频自动切换系统，以及与所述变频/工频自动切换系统连接的若干个电动机，所述电动机独立驱动相对应的风机；

所述变频/工频自动切换系统通过与所述PLC连接的手动/自动选择模块和工频/变频选择模块进行选择操作。

进一步地，所述PLC还连接有声光报警模块，在模拟分析值中设定预警阈值和示警阈值，并且通过比对结果的差值动态调整预警阈值的波动，且预警阈值不大于示警阈值的90％；所述声光报警模块根据预警信息和示警信息在矿井结构设定的三维立体模型上进行三维警示监控。

进一步地，所述控制系统的调节方式为PID调节。

进一步地，所述PID调节具体的调整方式为：

当通过传感器组采集到数据信号之后，通过调理电路和A/D转换模块将模拟量转换成数字量；

根据作业区域的需风量变化在矿井通风三维仿真系统中进行计算，模拟传感器组对应测量的数据，根据模拟的结果设定模拟分析值，并将该模拟分析值通过串口写入或者触摸屏手动输入到PLC中进行比对，通过比较的结果的到误差；

再利用比例、积分、微分计算出所需要的控制量，通过调节执行系统来对风机电机进行变频调速，直至满足当前状态。

进一步地，还包括深度模拟，所述深度模拟的方法具体为：

确定预测的掘进深度；

根据掘进深度确定采掘面和工作区的通风需求；

通过矿井通风三维仿真系统对预测的掘进深度进行通风网格优化计算模拟，重新确定该掘进深度的模拟分析值。

进一步地，所述三维警示监控的方法包括：

根据模拟分析值的结果设定两个警示节点，即为预警阈值和示警阈值，依据这两个节点分别给出不同的警示信息；

结合不同矿井位置设定不同的阈值，预警阈值的设定可以动态的跟随模拟分析值和采集数据的比对差值变化而变化；

以建模的方式将矿井结构设立三维立体模型，同时将监控信息和警示信息均投影在三维模型中，将监测信息和警示信息均以三维的方式展示出来，达到动态监视以及明确调控进度的目的。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明运行工况调节方法能保证矿井不同地点多风机联合运行工况适应矿井总通风阻力、生产规模和自然风压的变化，满足矿井安全生产需风量的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式调节流程示意图；

图2为本发明实施方式控制系统的结构框图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

如图1所示，本发明提供了一种矿井不同地点多风机联合运行工况调节方法，包括如下步骤：

步骤100、在风机入口的巷道中设置用于参数采集的传感器组，实时采集的数据反馈到控制系统；

步骤200、利用矿井通风三维仿真系统对通风网络优化计算模拟出对应的参数值，并将该参数值作为模拟分析值与风机所在巷道采集的数据进行比对；

步骤300、依据各风机的工况参数比对结果，以反馈调节的方式调节风机电机的运行频率，直到传感器组采集数据与系统值一致，实现矿井多风机的实时调节。

从图2中知，本实施方式中可以同时设置若干个风机(每个风机对应一个风机电机)，采集点是对应若干个需要监测调节的入口巷道，即本实施方式的调节对应是对不同的风机电机根据不同位置的监测结果与相对应的模拟分析值进行对比来进行同时的变频调节，从而实现多风机的联合调节。如根据1号风机和2号风机对应的检测结果来调整对应1号风机和2号风机的频率，从而通过联合调节来优选该调节系统。

在步骤200中，矿井通风三维仿真系统模拟风量、风压等参数的具体原理为：在现有技术下，井下作业区域的需风量由风机提供，其中设定风机n1、n2、n3……负责n#作业区域的供风，风机的选型依据各区域同时作业的最多作业面时的需风量来确定，即整个系统风机的总功率要大于最大的供风量时的功率。由于不同的n#作业面的需风量是根据生产作业面的变化而变化的，即作业区域的需风量(模拟分析值)不固定，是动态变化的，他主要依据作业区域作业面的数量而确定。

需风量可以通过作业面的工作情况来人工或者由系统自动进行计算，当整个矿区某个作业区域的需风量发生变化时，将触发矿井通风三维仿真系统根据变化的结果优化计算出负担此作业区域通风的风机工况点(包括风机的风量和风压)，并将其作为模拟分析值提供给PLC，PLC将根据传感器组采集数据的反馈调节来综合考虑风机功率的调整，从而使得多个作业区域的需风量可以同时变化以达到最高效的速度来使得动态变化值与模拟分析值相同，或者在可接受的波动范围以内。

如在本实施方式中，可以设定波动的误差为±10％，当波动小于10％时就不启动变频调节，否则启动变频调节。

控制系统包括PLC、以及分别连接在所述PLC上的信号采集与反馈模块和调节执行机构，所述PLC接收所述信号采集与反馈模块所获取风机实时参数，所述PLC对采集的实时参数进行分析处理并与模拟分析值作比对，并依据比对的结果控制调节执行机构调节风机的运行参数。PLC接收所述采集模块所获取风机入口的风速、风压参数，所述PLC对风速、风压参数进行分析处理与预定的风速、风压参数作对比，并控制执行机构调节风速、风压参数。

信号采集与反馈模块包括风速传感器、风压传感器、给定单元、调理电路、A/D转换模块，相对应的参数采集包括风速和风压的采集。

所述风速传感器、风压传感器、给定单元连接所述调理电路，所述调理电路连接A/D转换模块，所述转换模块连接至PLC，采集的信号数据依次通过调理电路和A/D转换模块传输至PLC；

所述给定单元用于矿井通风三维仿真系统模拟的结果确定模拟分析值。需要说明的是，本发明中所涉及到的传感器类型，包括但不限于上述测量风速和风压，还可以测量自然风压等其他相关的因素，在本实施方式中仅仅是根据其中一个实施例来设定的。

另外，一般来说传感器组输出的是4-20mA的电流或者如0-5V的电压，这个是一个连续的模拟量，就直接连接到PLC的A/D转换模块中，然PLC进行A/D转换，如果有的PLC内没有足够数量的A/D转换模块，那么就先单独外接到A/D转换模块，然后把数字信号给PLC。

其中，风量＝传感器设置点巷道断面积×传感器设置点巷道的平均风速，断面积实测给出。

优选地，所述调节执行机构包括与PLC连接的变频器、与变频器连接的变频/工频自动切换系统，以及与所述变频/工频自动切换系统连接的若干个电动机，所述电动机独立驱动相对应的风机；

所述变频/工频自动切换系统通过与所述PLC连接的手动/自动选择模块和工频/变频选择模块进行选择操作。

优选地，所述PLC还连接有声光报警模块，在模拟分析值中设定预警阈值和示警阈值，并且通过比对结果的差值动态调整预警阈值的实际值，且预警阈值不大于示警阈值的90％；所述声光报警模块根据预警信息和示警信息在矿井结构设定的三维立体模型上进行三维警示监控。

具体的，三维警示监控的方法包括：

根据模拟分析值的结果设定两个警示节点，即为预警阈值和示警阈值，依据这两个节点分别给出不同的警示信息；

结合不同矿井位置设定不同的阈值，预警阈值的设定可以动态的跟随模拟分析值和采集数据的比对差值变化而变化；

以建模的方式将矿井结构设立三维立体模型，同时将监控信息和警示信息均投影在三维模型中，将监测信息和警示信息均以三维的方式展示出来，达到动态监视以及明确调控进度的目的。

除此之外，本发明还包括信息输出显示模块，具体显示内容包括测量信号数据以及矿井通风三维仿真系统模拟给出的模拟分析值和动态调整的变化过程，以便值班人员快速准确的把握相应的监测信息。

在上述监控过程，本系统首先根据模拟分析值的结果设定两个警示节点，分别为预警阈值和示警阈值，并且依据这两个节点分别给出不同程度的警示信息，预警阈值是起到预警作用的，提醒值班人员根据预警信息对该系统进行人工处理，而示警阈值则是系统中某个参数超过了额定值，必须及时处理否则将发生仅仅事故，需要值班人员快速将险情发出以便工程人员及时处理。

根据上述可知，预警信息可以根据系统的比对结果来灵活确定，只需要能够起到预警作用即可，而示警信息则是由系统本身决定，不能调整，是整个系统的安全红线。

在本系统中，模拟分析值和实际测量数据的比对结果是动态变化的。根据常规设置的结果可知，固定不变的阈值不能够达到有效的监控目的，而且从固定不变的阈值上不能体现系统自动调控的结果，因此在本实施方式中根据矿井位置的不同而设定不同的阈值，而且每个矿井位置的阈值设置也是根据当前矿井位置来确定的。由于在该矿井中不仅需要获得监控结果，还需要在监控结果上体现出系统调控的结构，因此设置随系统比对值变化而变化的动态阈值(该动态阈值具体指的是预警阈值)是最符合本实施方式监控需求的。

在本发明中，由于矿井各个位置的供需关系不同，而且由于操作方式等因素的影响使得各个区域的需求信息也是不一样的，那么其比对信息也是动态变化的。而且由于比对结果的差值在矿井不同位置不相同，其达到预警阈值的时间和条件也是不一样的，它受到系统调控的影响，因此为了将系统调控信息也综合到其中，将预警阈值根据比对结果来划分，该预警阈值的设定可以动态的跟随差值的变化而变化。另一方面，阈值的变化随着比对结果而变化，可以使得预警信息使得追踪比对结果，起到灵敏警示的作用，预警效果要优于常规的定值警示。

另外，在本发明中还需要注意的是，矿井的结构可以以建模的方式设立三维立体模型，同时将监控信息和预测信息均投影在三维模型中，通过这种方式将监测信息和警示信息均以三维的方式展示出来，即个点的监控信息和预警信息均投影在矿井相对应的位置上，同时为了区分可以设置不同的显示模式，如不同颜色过渡色，根据颜色来区分，有利于值班人员快速、动态的掌握相应位置的监测信息。

根据监测信息，本系统一方面能够自动来调整供需关系来排除险情，同时起到节能的作用，本实施方式中具体通过PID调节来达到上述目的。另外一个方面则是可以将矿井的调控结果以阈值的方式展示在值班人员眼中，使得值班人员可以快速、准确的把握到各处的实际监控信息和调控结果，避免需要利用不同的系统来掌握监测信息、调控信息，减少值班人员的工作强度。

所述控制系统的调节方式为PID调节。如图2所示，还需要进一步说明本实施方式中的PID调节过程：

当通过传感器组采集到相应的风速、风压等一系列必要的参数之后，通过A/D转换将模拟量转换成数字量，这为本实施方式的第一阶段；

在矿井通风三维仿真系统进行计算，模拟传感器组对应测量的数据，根据模拟的结果来设定模拟分析值，并将该模拟分析值通过串口写入或者触摸屏手动输入到PLC中进行比较，并通过比较的结果的到误差e(t)，再利用比例、积分、微分计算出所需要的控制量，通过调节执行系统来对风机电机进行变频调速，直至满足当前状态。本发明的实施方式具有如下优点：本发明运行工况调节方法能保证矿井不同地点多风机联合运行工况适应矿井总通风阻力、生产规模和自然风压的变化，满足矿井安全生产需风量的要求。

根据开采的不断深入、不同的采掘面以及工作区的通风情况，其实际的通风需求肯定会变。因此，结合模拟软件对矿井深度进行模拟，如矿井巷道根据采掘的深入延伸进行更新(比如1日或者1月在模拟软件里面输入延伸多少米，下探多少米)，从而重新自动模拟，实现进一步的模拟功能。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。