矿井通风系统在线闭环优调优控方法

文档序号:8510197阅读:610来源:国知局
矿井通风系统在线闭环优调优控方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于矿井通风自动化控制技术领域,具体涉及一种矿井通风系统在线闭环 优调优控方法。
【背景技术】
[0002] 矿井通风的核心任务是保证井下各用风地点按时按需供风,从而确保矿井安全、 高效和绿色的开采。由于井下通风系统错综复杂,从环境监测、需风量计算到系统调节是一 个复杂的系统工程,只靠人工分析调节或局部自动调节难以满足井下安全生产和节能的需 要,因此,实现矿井通风全局最优调节方案的自动计算是实现矿井通风自动化必须解决的 技术难题。
[0003] 虽然人们对矿井通风系统优化调节问题进行了大量研宄,提出单风道卷帘门压 差调节法、固定风量风道调节法、最大通风调节法、线性规划调节法、非线性规划调节法和 全局调节方法等,但上述调节方法均没有从本质上解决矿井通风系统优化调节问题的可行 性、经济性和有效性问题,原因如下:
[0004] (1)对于单风道卷帘门压差调节法,主要通过调节本风道卷帘门的开启高度,进而 使通过本风道的风量达到目标风量要求。然而,对于流体管网来说,在原理上是行不通的。 理由为:由于整个风网需要满足风量平衡定律,因此,各风道相互制约。例如,在最简单的情 况下,对于并联的风道A和风道B,如果需要使通过风道B的风量达到最大,不仅需要将风道 B的卷帘门开启到最大,还需要将风道A的卷帘门关闭到最小。可见,单独调节风道B本身, 不可能使其通过的风量达到目标风量;另外,调节风道B时同样也影响到其它风道风量,使 整个系统处于混乱状态。
[0005] (2)对于固定风量解算法,由于不能进行调节点的转移,很容易求出不可行方案, 甚至出现风阻为负数的情况。
[0006] (3)对于最大阻力通路调节法,本身不具有经济性,而且,由于各风道风阻和各用 风点需风量的时变性,最大通路是变化的,调节点也是变化的,因此,最大阻力通路调节法 不可行。
[0007] (4)对于线性规划调节法,由于对矿井通风系统优化调节问题进行了过度简化,因 此,计算结果常常不符合实际。
[0008] (5)对于现有的非线性规划调节法,采用首先优化系统,再调节风机的两阶段法, 由于没有考虑系统和风机的联合优化,因此,无法获得全局最优的方案,更不适用于灾变时 期的实时均压要求。
[0009] (6)对于全局调节方法,采用建立调节风门/风窗开启面积与风阻调节量之间的 精确计算模型和全局状态识别基础上,因此,不仅要求通风系统安装大量的传感器,而且需 要进行精细校核和建模,不仅成本过高,而且抗干扰能力差,较难达到实时调风控风的目 的。
[0010] 由此可见,现有的各类矿井通风系统优化调节方案,均没有从本质上实现矿井通 风系统的全局优调优控,无法满足矿井正常时期和灾变时期供风需要。

【发明内容】

[0011] 针对现有技术存在的缺陷,本发明提供一种矿井通风系统在线闭环优调优控方 法,可有效解决上述问题。
[0012] 本发明采用的技术方案如下:
[0013] 本发明提供一种矿井通风系统在线闭环优调优控方法,包括以下步骤:
[0014] 步骤1,根据矿井通风系统调控目的,将风道划分为四类,分别为I类风道、II类风 道、III类风道和IV类风道;
[0015] 其中,I类风道、II类风道和III类风道为控制风道;IV类风道为非控制风道;具体 的,I类风道为风机风道;II类风道为需风风道;III类风道为安装有风阻调节装置的调节 风道;
[0016] 将风机所在风道的集合记为s1;将需风风道的集合记为sf;将调节风道的集合记 为s t;
[0017] 步骤2,搭建矿井通风在线闭环优调优控系统;所述矿井通风在线闭环优调优控 系统包括矿井通风监测平台、布置于每个需风风道的需风风道状态采集子系统、布置于每 个风机风道的风机工况采集子系统以及布置于每个调节风道且用于调节风阻调节装置风 阻变化量的调控子系统;
[0018] 步骤3,所述矿井通风监测平台预存储初始参数值;所述初始参数值包括:
[0019] 1)每个需风风道的调节阈值0i,i G Sf,其含义为:当需风风道i的实测供风量 和目标需风量之差超过阈值0 ^寸,需要进行优化调控;
[0020] 2)调风反应时间T,其含义为:当改变一个或多个风阻调节装置的调阻量后,需风 风道的风量变化滞后时间;
[0021] 步骤4,在当前时刻,所述矿井通风监测平台实时接收各个所述需风风道状态采集 子系统上传的每个需风风道的风道状态信息;其中,所述风道状态信息包括实测供风量1, i G Sf;
[0022] 所述矿井通风监测平台还实时接收各个所述风机工况采集子系统上传的每个风 机工况点的实测风机风量q fi和实测风机风压hfi,i G Sx;
[0023] 步骤5,所述矿井通风监测平台根据每个需风风道在当前时刻的风道状态信息,结 合矿井地理信息和生产信息,计算得到每个需风风道在当前时刻的目标需风量i e Sf;
[0024] 步骤6,所述矿井通风监测平台比较每个需风风道的目标需风量d和实测供风量 1之差是否超过阈值0i,如果均未超过,则返回步骤4,继续监测;如果存在至少一个需风 风道的目标需风量gf和实测供风量之差超过阈值0i,则执行步骤7的优化调控过程;
[0025] 步骤7,所述矿井通风监测平台预建立以下的矿井通风系统在线闭环优调优控数 学模型:
[0026]目标函数为:
[0027]
[0028] 约束条件为:
[0029] 0 jG [d^Uj, i G St
[0030] 其中,F为目标函数;
[0031] qi为需风风道i的实测风量;
[0032] W为需风风道i的目标需风量;
[0033] n为调节风道的数量;
[0034] M彡0为常数;
[0035] 0 = (0i,02,...,0n),为所有调节风道的风阻调节装置的调节参数组成的向 量;0为风阻调节装置的调节参数;
[0036]St为调节风道的集合,即:S t= {1,2,…,n};则:0i为第i个风阻调节装置的调 节参数,屯和、为调节参数0 i的调节范围下限和上限;
[0037] 所述矿井通风监测平台运行所述在线闭环优调优控数学模型,进行矿井通风系统 在线优化调节,其运行方法为:
[0038] 1)将当前时刻风机工况点的实测风机风量qfi、实测风机风压hfi、每个需风风道在 当前时刻的目标需风量gf和实测供风量1代入目标函数,计算得到目标函数值;然后,以目 标函数值达到最小为控制策略,各风阻调节装置的调节参数为控制变量,通过预设搜索算 法,得到各风阻调节装置的调节参数值;
[0039] 2)所述矿井通风监测平台根据所述调节参数值,生成对各个风阻调节装置的调控 指令,并将所述调控指令发送给对应的调控子系统;
[0040] 3)在对应的调控子系统动作、改变风阻调节装置的调阻量后,从调控子系统动作 开始计时,经过调风反应时间T后,返回执行步骤4。
[0041] 优选的,所述I类风道为:风机所在风井,或者,辅助风机所在增压风道,或者,局 部风机所在的虚拟风筒风道;
[0042] 所述II类风道为:回采工作面所在风道,或者,采场所在风道,或者,掘进工作面所 在风道,或者,硐室所在风道,或者,需要密闭区所在风道,或者,均压区所在风道;
[0043] 所述III类风道中所安装的所述风阻调节装置,包括:调节风门或调节风窗。
[0044] 优选的,所述调节风门为:百叶窗式调节风门、推拉式调节风门或卷帘门式调节风 门;
[0045] 所述调节风窗为:百叶窗式调节风窗、推拉式调节风窗或卷帘门式调节风窗。
[0046] 优选的,步骤4中,所述风道状态信息还包括:需风风道的温度、湿度、瓦斯浓度、 一氧化碳浓度、二氧化碳浓度和/或风尘浓度。
[0047] 优选的,步骤7中,在矿井通风监测平台运行所述在线闭环优调优控数学模型,进 行矿井通风系统在线优化调节的过程中,目标函数计算算法为:
[0048] 对于任意一组给定的调节状态量0 G St):
[0049] ⑴当存在一个 j G St,使得沒,茫 K.乂:.]时,取 F( 0 " 0 2,…,0 n) = 1012;
[0050] (2)当对所有的iESt,满足0# [Ui]时,则:矿井通风监测平台向调控子 系统发送将所有的风阻调控装置i调节到对应位置0 i(i e st)的调控指令;在所有的 风阻调节装置的调节参数均调节到对应位置0i(i e St)后,再经过调风反应时间T后, 采集以下实时参数值:风机工况点的实测风机风量qfi、实测风机风压hfi和每个需风风道 的实测供风量1,再根据每个需风风道的实测供风量1计算得到每个需风风道的目标需 风量W,然后,将新采集到的实时参数值以及新计算得到的目标需风量代入目标函数
【主权项】
1. 一种矿井通风系统在线闭环优调优控方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1,根据矿井通风系统调控目的,将风道划分为四类,分别为I类风道、II类风道、 III类风道和IV类风道; 其中,I类风道、II类风道和III类风道为控制风道;IV类风道为非控制风道;具体的, I类风道为风机风道;II类风道为需风风道;III类风道为安装有风阻调节装置的调节风 道; 将风机所在风道的集合记为S1;将需风风道的集合记为S f;将调节风道的集合记为 St; 步骤2,搭建矿井通风在线闭环优调优控系统;所述矿井通风在线闭环优调优控系统 包括矿井通风监测平台、布置于每个需风风道的需风风道状态采集子系统、布置于每个风 机风道的风机工况采集子系统以及布置于每个调节风道且用于调节风阻调节装置风阻变 化量的调控子系统; 步骤3,所述矿井通风监测平台预存储初始参数值;所述初始参数值包括: 1) 每个需风风道的调节阈值βρ i e sf,其含义为:当需风风道i的实测供风量和目 标需风量之差超过阈值β i时,需要进行优化调控; 2) 调风反应时间T,其含义为:当改变一个或多个风阻调节装置的调阻量后,需风风道 的风量变化滞后时间; 步骤4,在当前时刻,所述矿井通风监测平台实时接收各个所述需风风道状态采集子 系统上传的每个需风风道的风道状态信息;其中,所述风道状态信息包括实测供风量Qi, i e Sf; 所述矿井通风监测平台还实时接收各个所述风机工况采集子系统上传的每个风机工 况点的实测风机风量qfi和实测风机风压h fi,i e S1; 步骤5,所述矿井通风监测平台根据每个需风风道在当前时刻的风道状态信息,结合矿 井地理彳目息和生广彳目息,计算得到每个需风风道在当前时刻的目标需风量gf,i ε Sf; 步骤6,所述矿井通风监测平台比较每个需风风道的目标需风量W和实测供风量1之 差是否超过阈值Pi,如果均未超过,则返回步骤4,继续监测;如果存在至少一个需风风道 的目标需风量W和实测供风量Q i之差超过阈值β i,则执行步骤7的优化调控过程; 步骤7,所述矿井通风监测平台预建立以下的矿井通风系统在线闭环优调
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1