模糊控制策略在矿井瓦斯浓度偏差调节中的应用

梁金蕊

（阳煤一矿机电工区信息中心，山西 阳泉 045000）

0 引言

局部通风机瓦斯调控装置是现在的研究热点，李闻华[1]等通过模糊调节对局部通风机自动调控装置进行了讨论，得到了瓦斯含量、气温、变频器调节电压的函数关系，还研究了变频器调节电压计算方式，达成了对通风量的自动调控；曹峰[2]讨论了模糊调节在局部通风机装置中的运用，描述了模糊调节算法，说明了局部通风机模糊调节装置的运行模式和构成，并且对局部通风机的模糊调节采取了仿真和研究。

本文利用模糊算法讨论了局部通风机瓦斯调控装置，为达成局部通风机通风量的自动调节奠定了基础。

1 矿井局部通风机调控目标

经过分析研究，再结合矿井局部通风机设备情况，总结出装置的构成图详见图1。

2 瓦斯含量的模糊调控计算

2.1 工作原理

模糊Controller常常用来处理复杂装置的情形，该装置因为复杂的状态难以构建数学模型，有3个难点亟需处理：一是，将装置的输入参数模糊化处理；二是，通过模糊要求算法制定模糊调控条件，构建出模糊调控算法，并归纳出调控方式，获取模糊关系；三是，对模糊量采取反模糊化程序，获取精确值。模糊Controller的工作模式详见图2。

图1 局部通风机自动调控装置

图2 模糊Controller的工作原理

2.2 瓦斯含量模糊Controller设计

1）输出输入参数的取得。结合局部通风机装置的现场应用，采取2D模糊Controller。

瓦斯含量模糊Controller中含有三个模糊参数。①输出参数：变频器输入电压（U）；②输入参数：瓦斯含量偏差变化率（Ec）、瓦斯含量偏差（E）。

2）输入输出参数的相互关系。输入输出参数的相互关系如图4、5所示。图4的代表最大偏差，代表大偏差，代表中偏差，代表小偏差，代表无偏差；图5的代表正大，代表正小，代表负小，代表负大；图6的代表最高，代表高，代表中高，代表小高，代表无。瓦斯含量偏差及其变化率隶属度赋值，如表1、2所示。

图3 瓦斯含量偏差隶属度曲线

图4 瓦斯含量偏差变化率隶属度函数

3）模糊调控原则。依照局部通风机实地操控人员及技术员经验的总结，可称作模糊调控原则。此原则可以保证装置动态及静态性能处于最优、输出反应快、装置运作平稳。

表1 瓦斯含量偏差隶属度赋值

表2 瓦斯含量偏差变化率隶属度赋值

4）对照表的绘制。根据推理合成原理，由瓦斯含量偏差变化率的研究范围是、瓦斯含量偏差的研究范围是，根据，所有参数的组合，解得相关的模糊集合，再依照加权平均数对反模糊化求出：

依照输入数据的不同组合，算出相关的输出参数，求出的模糊调控如表5所示。

表3 模糊调控表

3 矿井局部通风机调控装置设计

3.1 瓦斯监测及通风机调节

当瓦斯含量≤1.5%时,为尽量节约能源,把瓦斯含量的变化量维持在与局部通风机转速同步的水平,并设定转速智能调控。装置通过瓦斯含量模糊设备,来估测瓦斯含量偏差及其变化率,再通过,用两个变量作参照,以此来达到挖掘巷道必需的的通风量[3-4]。

3.2 局部通风机自动调控模块

通过PLC的系统对实地获取的参数进行保存、快捷加工和获取,装置包括了PLC自动调控模块、变频器调控模块,具体构成详见图7。

图5 局部通风机调控系统构成

3.3 系统配置

1）瓦斯传感的安装详见图 8，其中 T1、T2、T3代表瓦斯互感器；D代表导风筒；F代表局部通风机；B代表PLC；K代表电闸。

2）瓦斯互感器相关参数值见表6。

表4 瓦斯互感器相关参数值

3）互感器的布置。采用PLC，把瓦斯含量互感器采集的数据传输给变频器，互感器的电路线详见图9。

图6 互感器连接线路

4 结语

本文通过瓦斯含量模糊算法，绘制了模糊调控对照表，装置通过瓦斯含量模糊设备，来估测瓦斯含量偏差及其变化率，再通过，用两个变量作调节转速的参照，以此达到挖掘巷道必需的通风量。对装置各组成的数据进行了研究，为矿井局部通风机瓦斯调控装置方案奠定了理论基础。