刮板输送装备喷雾降尘系统的控制方法与流程

本发明涉及矿井降尘，尤其涉及一种刮板输送装备喷雾降尘系统的控制方法。

背景技术：

1、煤矿是全球能源产业的重要组成部分，然而煤矿井下作业的环境复杂且存在高风险，煤矿在运输过程中会产生大量的粉尘，这些煤炭粉尘会散落到机器的转动部分上,增大机器的磨损，使机器提前损坏；这些煤炭粉尘还会漂浮在工作区域，对工人的健康和安全构成严重威胁，因此有效控制粉尘,降低粉尘浓度,改善井下作业环境以杜绝煤炭粉尘爆炸事故的发生,是煤矿安全生产的重要环节，目前矿井中采用的降尘方法是喷雾降尘，且一直保持最大喷雾量进行降尘作业，对水电资源造成极大的浪费。

2、为解决上述技术问题，专利申请号为cn114183201.a的中国发明专利公开了一种矿井综采工作面粉尘监测装置及智能喷雾降尘系统，包括粉尘监测模块、智能喷雾控制设备、地面监测控制系统，粉尘监测模块包括粉尘粒度监测装置和粉尘数据分析系统，智能喷雾控制设备包括喷雾器壳体和均布置于喷雾器壳体内的供水供气管路、汽水雾化嘴、芯片控制单元，供水供气管路设置有水压调节装置、气压调节装置，喷雾器壳体为椭圆形管壳，外壳上表面设有用于套装在综采工作面液压支架顶梁上的安装套圈，喷雾器壳体前端开口处安装有出口端朝外的供水供气管路，供水供气管路的端头通过转接弯头与朝向割煤产尘区域的汽水雾化喷嘴连接，具有自动化操作方便、喷雾降尘效果好、数据准确性高、喷雾范围覆盖全面的特点。

3、然而上述现有技术中存在以下技术问题：上述方案在进行喷雾降尘时，不能根据矿井中的实际煤炭粉尘浓度，精准调控喷雾量，会出现喷雾量与实际所需的喷雾量不符的情况，可能造成喷雾量不足导致降尘速度过慢，或者喷雾量过大，造成水电资源的浪费。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种能够根据煤炭粉尘浓度来精准控制喷雾量的刮板输送装备喷雾降尘系统的控制方法。

2、一种刮板输送装备喷雾降尘系统的控制方法，用于控制喷雾降尘系统，所述喷雾降尘系统设置于非封闭工作区域，包括第一淋浴喷嘴、第一压力传感器和粉尘浓度传感器；所述控制方法应用于所述非封闭工作区域，包括如下步骤：

3、步骤1：实时获取所述第一压力传感器采集到的所述第一淋浴喷嘴的第一喷雾压力数据，以及所述粉尘浓度传感器采集到的所述非封闭工作区域的实际粉尘浓度数据；

4、步骤2：获取所述非封闭工作区域所允许的安全粉尘浓度数据；

5、步骤3：根据所述实际粉尘浓度数据和所述安全粉尘浓度数据，分别确定表征实际与期望浓度偏差的粉尘浓度偏差值，以及表征所述粉尘浓度偏差值的变化率的粉尘浓度偏差变化量；

6、步骤4：将所述粉尘浓度偏差值和所述粉尘浓度偏差变化量作为预先构建的模糊控制模型的输入，输出预测喷雾压力数据；

7、步骤5：根据所述预测喷雾压力数据和所述第一喷雾压力数据，对所述第一淋浴喷嘴的开度进行控制。

8、优选的，所述步骤3具体包括：

9、计算所述实际粉尘浓度数据与所述安全粉尘浓度数据的差值，得到所述粉尘浓度偏差值；

10、计算t+1时刻的粉尘浓度偏差值与t时刻的粉尘浓度偏差值的差值，得到对应t时刻的所述粉尘浓度偏差变化量。

11、优选的，所述步骤4中，所述模糊控制模型的构建方法包括：

12、s401：利用高斯分布函数对粉尘浓度偏差参数进行描述，并通过定义n个模糊集合，得到n个对应粉尘浓度偏差参数的隶属度函数；其中，对应粉尘浓度偏差参数的n个隶属度函数中浓度偏差越小，隶属度函数的精度越大；

13、s402：利用高斯分布函数对粉尘浓度偏差变化量参数进行描述，并通过定义n个模糊集合，得到n个对应粉尘浓度偏差变化量的隶属度函数；其中，对应粉尘浓度偏差变化量的n个隶属度函数中浓度偏差变化量越小，隶属度函数的精度越大；

14、s403：利用高斯分布函数对第一喷嘴的喷雾压力参数进行描述，并通过定义n个模糊集合，得到n个对应第一喷嘴的喷雾压力的隶属度函数；其中，对应第一喷嘴的喷雾压力的n个隶属度函数中喷雾压力越接近取值范围内的中心值，隶属度函数的精度越大；

15、s404：根据所述n个对应粉尘浓度偏差参数的隶属度函数、n个对应粉尘浓度偏差变化量的隶属度函数、n个对应第一喷嘴的喷雾压力的隶属度函数和专家经验，构建模糊控制规则库；其中，该模糊规则库中包含n*n条模糊控制规则，每一条模糊控制规则中一组输入唯一对应喷雾压力的一个模糊集合，所述输入由一个对应粉尘浓度偏差参数的模糊集合和一个对应粉尘浓度偏差变化量的模糊集合构成；

16、s405：根据所述模糊控制规则库，对对应喷雾压力的隶属度函数与预测喷雾压力数据做映射，得到所述模糊控制模型。

17、优选的，s405中，所述对对应喷雾压力的隶属度函数与预测喷雾压力数据做映射得到所述模糊控制模型，包括：利用如下公式1输出预测喷雾压力数据：

18、

19、所述公式3中，f(x)用于表征输出的预测喷雾压力数据，m用于表征模糊控制规则库中的模糊控制规则数量，用于表征遵循第l条模糊控制规则的对应喷雾压力参数的模糊集合的高斯分布函数的中心值，n用于表征对应喷雾压力参数的模糊集合的数量，和分别用于表征对应喷雾压力的隶属度参数xi遵循第l条模糊控制规则的模糊集合的高斯分布函数的宽度和中心值，xi用于表征符合第i个喷雾压力参数的模糊集合的隶属度值。

20、优选的，在所述步骤5之后进一步包括：

21、s501：获取所述粉尘浓度传感器采集到的当前粉尘浓度值；

22、s502：判断当前粉尘浓度值是否大于预设的粉尘浓度阈值；若是，则执行预设的报警操作。

23、优选的，所述刮板输送装备喷雾降尘系统的控制方法进一步包括：基于参数自整定原则对所述模糊控制模型进行优化。

24、优选的，所述基于参数自整定原则对所述模糊控制模型进行优化，包括：

25、获取至少一组样本训练数据；其中，每一组样本训练数据中包括作为输入的一个粉尘浓度偏差值和一个粉尘浓度偏差变化量，以及作为输出的最优喷雾压力值；

26、将所述至少一组样本训练数据作为神经网络输入层，输出得到对粉尘浓度偏差参数和粉尘浓度偏差变化量参数的隶属度函数进行优化的优化参数；

27、基于所述优化参数，分别对所述粉尘浓度偏差参数和粉尘浓度偏差变化量参数的隶属度函数的均值和方差进行迭代优化。

28、优选的，所述将所述至少一组样本训练数据作为神经网络输入层输出得到对粉尘浓度偏差参数和粉尘浓度偏差变化量参数的隶属度函数进行优化的优化参数，包括：

29、将每一组样本训练数据依次利用如下计算式组计算，得到至少一组初级优化参数：

30、

31、

32、

33、

34、在所述公式4～7中式中，zl、a、b、f表示初级优化参数，h表示参数更新次数，xei及xdi分别表示第i个模糊集合下对应的粉尘浓度偏差值和偏差改变量，表示遵循第l条模糊规则的喷雾压力p进行优化后的第k个模糊集合高斯分布中心，分别表示遵循第l条模糊规则的粉尘浓度偏差值经过h次优化后的第i个模糊集合高斯分布函数的中心和宽度，分别表示遵循第l条模糊规则的粉尘浓度偏差变化量经过h次优化后的第i个模糊集合高斯分布函数的中心和宽度。

35、优选的，所述基于所述优化参数分别对所述粉尘浓度偏差参数和粉尘浓度偏差变化量参数的隶属度函数的均值和方差进行迭代优化，包括：

36、利用如下计算式组对粉尘浓度偏差参数和粉尘浓度偏差变化量参数的隶属度函数的均值和方差进行迭代运算：

37、

38、

39、

40、

41、

42、在所述公式8～12中，分别表示遵循第l条模糊规则的粉尘浓度偏差值经过h+1次优化后的第i个模糊集合高斯分布函数的中心和宽度，分别表示遵循第l条模糊规则的粉尘浓度偏差变化量经过h+1次优化后的第i个模糊集合高斯分布函数的中心和宽度。

43、优选的，所述喷雾降尘系统设置于封闭工作区域，包括第二淋浴喷嘴、第二压力传感器和触控传感器；所述控制方法应用于所述封闭工作区域，包括以下步骤：

44、a1：获取所述触控传感器采集到的第一煤流量数据，以及所述第二压力传感器采集到的第二喷雾压力数据；

45、a2：根据所述第一煤流量数据判断当前煤流量是否大于预设的大煤流阈值；若是，则执行步骤a3，否则返回执行所述步骤a1；

46、a3：计时预设的第一时长，并在第一时长到达后再次获取触控传感器采集到的第二煤流量数据；

47、a4：根据所述第二煤流量数据判断当前煤流量是否大于所述大煤流阈值；若是，根据所述第二压力喷雾数据，增大所述第二淋浴喷嘴的开度；若否，则返回执行所述步骤a1。

48、上述刮板输送装备喷雾降尘系统的控制方法中，所述喷雾降尘系统包括淋浴喷嘴、压力传感器及粉尘浓度传感器，所述控制方法能够通过预先设计好的算法，并根据粉尘浓度传感器采集到的实际粉尘浓度数据算出当前工作环境下的最优喷雾压力值，随后根据最优喷雾压力值控制淋浴喷嘴进行喷雾降尘作业；该控制方法还能够根据实际采集到的粉尘浓度偏差值，自行调整数据库中的最优喷雾压力值，本发明能够根据实际的工作环境及喷雾降尘效果，动态调整喷雾量，节约水电资源，有利于降本增效。