模糊控制策略在礦井瓦斯濃度偏差調節中的應用

梁金蕊

（陽煤一礦機電工區信息中心，山西 陽泉 045000）

0 引言

局部通風機瓦斯調控裝置是現在的研究熱點，李聞華[1]等通過模糊調節對局部通風機自動調控裝置進行了討論，得到了瓦斯含量、氣溫、變頻器調節電壓的函數關系，還研究了變頻器調節電壓計算方式，達成了對通風量的自動調控；曹峰[2]討論了模糊調節在局部通風機裝置中的運用，描述了模糊調節算法，說明了局部通風機模糊調節裝置的運行模式和構成，并且對局部通風機的模糊調節采取了仿真和研究。

本文利用模糊算法討論了局部通風機瓦斯調控裝置，為達成局部通風機通風量的自動調節奠定了基礎。

1 礦井局部通風機調控目標

經過分析研究，再結合礦井局部通風機設備情況，總結出裝置的構成圖詳見圖1。

2 瓦斯含量的模糊調控計算

2.1 工作原理

模糊Controller常常用來處理復雜裝置的情形，該裝置因為復雜的狀態難以構建數學模型，有3個難點亟需處理：一是，將裝置的輸入參數模糊化處理；二是，通過模糊要求算法制定模糊調控條件，構建出模糊調控算法，并歸納出調控方式，獲取模糊關系；三是，對模糊量采取反模糊化程序，獲取精確值。模糊Controller的工作模式詳見圖2。

圖1 局部通風機自動調控裝置

圖2 模糊Controller的工作原理

2.2 瓦斯含量模糊Controller設計

1）輸出輸入參數的取得。結合局部通風機裝置的現場應用，采取2D模糊Controller。

瓦斯含量模糊Controller中含有三個模糊參數。①輸出參數：變頻器輸入電壓（U）；②輸入參數：瓦斯含量偏差變化率（Ec）、瓦斯含量偏差（E）。

2）輸入輸出參數的相互關系。輸入輸出參數的相互關系如圖4、5所示。圖4的代表最大偏差，代表大偏差，代表中偏差，代表小偏差，代表無偏差；圖5的代表正大，代表正小，代表負小，代表負大；圖6的代表最高，代表高，代表中高，代表小高，代表無。瓦斯含量偏差及其變化率隸屬度賦值，如表1、2所示。

圖3 瓦斯含量偏差隸屬度曲線

圖4 瓦斯含量偏差變化率隸屬度函數

3）模糊調控原則。依照局部通風機實地操控人員及技術員經驗的總結，可稱作模糊調控原則。此原則可以保證裝置動態及靜態性能處于最優、輸出反應快、裝置運作平穩。

表1 瓦斯含量偏差隸屬度賦值

表2 瓦斯含量偏差變化率隸屬度賦值

4）對照表的繪制。根據推理合成原理，由瓦斯含量偏差變化率的研究范圍是、瓦斯含量偏差的研究范圍是，根據，所有參數的組合，解得相關的模糊集合，再依照加權平均數對反模糊化求出：

依照輸入數據的不同組合，算出相關的輸出參數，求出的模糊調控如表5所示。

表3 模糊調控表

3 礦井局部通風機調控裝置設計

3.1 瓦斯監測及通風機調節

當瓦斯含量≤1.5%時,為盡量節約能源,把瓦斯含量的變化量維持在與局部通風機轉速同步的水平,并設定轉速智能調控。裝置通過瓦斯含量模糊設備,來估測瓦斯含量偏差及其變化率,再通過,用兩個變量作參照,以此來達到挖掘巷道必需的的通風量[3-4]。

3.2 局部通風機自動調控模塊

通過PLC的系統對實地獲取的參數進行保存、快捷加工和獲取,裝置包括了PLC自動調控模塊、變頻器調控模塊,具體構成詳見圖7。

圖5 局部通風機調控系統構成

3.3 系統配置

1）瓦斯傳感的安裝詳見圖 8，其中 T1、T2、T3代表瓦斯互感器；D代表導風筒；F代表局部通風機；B代表PLC；K代表電閘。

2）瓦斯互感器相關參數值見表6。

表4 瓦斯互感器相關參數值

3）互感器的布置。采用PLC，把瓦斯含量互感器采集的數據傳輸給變頻器，互感器的電路線詳見圖9。

圖6 互感器連接線路

4 結語

本文通過瓦斯含量模糊算法，繪制了模糊調控對照表，裝置通過瓦斯含量模糊設備，來估測瓦斯含量偏差及其變化率，再通過，用兩個變量作調節轉速的參照，以此達到挖掘巷道必需的通風量。對裝置各組成的數據進行了研究，為礦井局部通風機瓦斯調控裝置方案奠定了理論基礎。