專利名稱：礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于解決煤礦井下巷道掘進過程中超限瓦斯的排放，可根據(jù)巷道內瓦斯?jié)舛戎档母淖兌詣诱{節(jié)通風機轉速的礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)。
背景技術：
在煤礦生產過程中，瓦斯、煤塵、火、水、頂板和機電事故中，瓦斯事故占有很大比例，且損失之重大、傷亡之嚴重是六大災害之最，而礦井掘進工作面，又是瓦斯煤塵事故多發(fā)地點，過去很多煤礦都采用局部扇風機壓入式通風。由于局扇恒速運轉，常發(fā)生“一風吹”排放瓦斯現(xiàn)象，極易發(fā)生瓦斯事故，給煤礦安全生產造成極大困擾，甚至威脅到礦工生命和整座礦井的存亡。
模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Control)簡稱模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數(shù)字控制技術。模糊控制實質上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點是既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實際應用背景。
傳統(tǒng)的自動控制，包括經典理論和現(xiàn)代控制理論中有一個共同的特點，即控制器的綜合設計都要建立在被控對象準確的數(shù)學模型(如微分方程、傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程)的基礎上，但是在實際工業(yè)生產中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，十分復雜。建立精確的數(shù)學模型特別困難，甚至是不可能的。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大，模糊控制不用建立數(shù)學模型，根據(jù)實際系統(tǒng)的輸入輸出的結果數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)場操作人員的運行經驗，就可對系統(tǒng)進行實時控制。模糊控制實際上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的基本思想是利用計算機來實現(xiàn)人的控制經驗，而這些經驗多是用語言表達的具有相當模糊性的控制規(guī)則。模糊控制器(Fuzzy Controller，即FC)獲得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特點1)模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點是現(xiàn)場操作人員的控制經驗或相關專家的知識，在設計中不需要建立被控對象的精確數(shù)學模型，因而使得控制機理和策略易于接受與理解，設計簡單，便于應用。
2)由工業(yè)過程的定性認識出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對那些數(shù)學模型難以獲取、動態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用。
3)基于模型的控制算法及系統(tǒng)設計方法，由于出發(fā)點和性能指標的不同，容易導致較大差異；但一個系統(tǒng)的語言控制規(guī)則卻具有相對的獨立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。
4)模糊控制算法是基于啟發(fā)性的知識及語言決策規(guī)則設計的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統(tǒng)的適應能力，使之具有一定的智能水平。
模糊控制實質上是把人的操作經驗做經驗總結納為若干條控制規(guī)則，并設計控制系統(tǒng)去執(zhí)行，以實現(xiàn)對控制對象的有效控制，由于模糊控制對過程參數(shù)改變不靈敏，可在所定的工作點上實現(xiàn)穩(wěn)定控制，因此在排放器中采用自組織，自適應，自學習的模糊控制系統(tǒng)，將復雜的過程控制納入模糊的控制系統(tǒng)，可以使控制系統(tǒng)簡單可靠。
隨著計算機及其相關技術的發(fā)展，模糊控制也由最初的經典模糊控制發(fā)展到自適應模糊控制，專家模糊控制和基于神經網絡的自學習模糊控制。其實現(xiàn)方式也由最初在微型機(單片機)上用軟件方法實現(xiàn)發(fā)展到應用模糊控制開發(fā)出模糊計算機進行直接控制。
模糊控制作為智能領域中最具有實際意義的一種控制方法，已經在工業(yè)控制領域，家用電器自動化領域和其他很多行業(yè)中解決了傳統(tǒng)控制方法無法或者是難以解決的問題，取得了令人矚目的成效。已經引起了越來越多的控制理論的研究人員和相關領域的廣大工程技術人員的極大興趣。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是將模糊控制理論用于瓦斯排放系統(tǒng)中，針對因通風機恒速運轉而造成“一風吹”排放瓦斯，致使主巷道內瓦斯?jié)舛瘸薜膯栴}，提供一種可根據(jù)巷道內瓦斯?jié)舛戎档母淖兌詣诱{節(jié)通風機轉速的礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)。
礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)，其特征在于在控制箱內設有本質安全電源、瓦斯檢測與模糊控制單元、閉鎖控制單元、逆變器驅動電路、主控制器、保護單元；內部電路連接關系為主電源連接整流單元，整流單元連接濾波單元，濾波單元連接逆變單元，逆變單元連接負載；三只瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c瓦斯檢測與模糊控制器相連接，瓦斯檢測與模糊控制器同時與本質安全型電源、主控制器、閉鎖控制單元相連接，主控制器連接逆變器驅動電路和保護單元，逆變器驅動電路連接逆變單元。
礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)的模糊控制方法，該控制方法是把人的操作經驗做經驗總結納為若干條控制規(guī)則，并設計控制系統(tǒng)去執(zhí)行，以實現(xiàn)對控制對象的有效控制，其特征在于該系統(tǒng)采用雙輸入單輸出模糊控制系統(tǒng)，包含三個功能環(huán)節(jié)即用于輸入信號處理的模糊量化和模糊化環(huán)節(jié)，模糊控制算法功能單元，以及用于輸出解模糊化的模糊判決環(huán)節(jié)；模糊控制方法的步驟包括1、選定模糊控制器的輸入輸出變量，并進行量程轉換；2、確定各變量的模糊語言取值及相應的隸屬函數(shù)，即進行模糊化；然后對所選取的模糊集定義其隸屬函數(shù)，可取三角形隸屬函數(shù)或梯形，并依據(jù)問題的不同取為均勻間隔或非均勻的；也可采用單點模糊集方法進行模糊化。
3、建立模糊控制規(guī)則或控制算法；這是指規(guī)則的歸納和規(guī)則庫的建立，是從實際控制經驗過渡到模糊控制器的中心環(huán)節(jié)。
4、模糊控制采用信號有三個傳感器T1傳送信號I1值，保證局扇進風口處的瓦斯?jié)舛炔怀?，當該處瓦斯?jié)舛瘸?，應停止局扇運行，由礦井通風部門進行礦井通風網絡調正，保證排放瓦斯過程中，局扇進風口有足夠的風流；傳感器T2輸送信號I2值，為瓦斯排出巷出口處瓦斯?jié)舛刃盘?，以向系統(tǒng)提供巷道內瓦斯?jié)舛茸兓畔?，參與控制，使控制優(yōu)化；傳感器T3輸送信號I3值，為安全排放瓦斯?jié)舛瓤刂菩盘?，I3H為排放瓦斯過程的給定值，當I3＜I3H時，扇風機可增大轉速，以增大排出瓦斯量；當I3＞I3H時，扇風機可降低轉速，以減少排出瓦斯量；其增大或減小值，由控制信號I3，I2的變化驅勢經模糊控制模擬計算決定，最終控制結果保證混合風流處的瓦斯?jié)舛炔怀蕖?br> 本發(fā)明的優(yōu)點是三只瓦斯傳感器T1、T2、T3實時檢測巷道各處瓦斯?jié)舛刃盘枺浤：刂破髂M計算控制信號，驅動編程控制器進行編程控制，編程控制信號激發(fā)觸發(fā)電路控制變頻器，變頻器自動控制調節(jié)局扇轉速，改變輸出風量，并逐級逼近工礦點，保證匯風合流處的瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定安全值以下，實現(xiàn)瓦斯最大效率無超限排放。


圖1是礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)的電路結構圖。
圖2是礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)的模糊控制原理圖。
具體實施例方式
見圖1，礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)，在控制箱內設有本質安全電源、瓦斯檢測與模糊控制單元、閉鎖控制單元、逆變器驅動電路、主控制器、保護單元；內部電路連接關系為<p>表3 涂層導熱系數(shù)測量結果(平均結果)

五、實驗結論由表2可以看出，對于同一種涂層，在溫度相近的三次測量中，測得的導熱系數(shù)λ值相差很小，不超過0.011W/mK，相對誤差不超過10％，符合測量要求。
六、誤差分析下面從誤差傳遞公式出發(fā)對本實驗進行誤差分析。
在平均溫度為(T1+T2)/2時的導熱系數(shù)的計算公式為λ＝dCV/(T1-T2)＝dq″/(T1-T2)＝f(d，q″，T1，T2)式中，q″＝CV為通過熱流片的熱流密度。
由上式可以看出λ為d，q″，T1，T2等四個測量值所決定的間接測量值。令Δd，Δq″，ΔT1，ΔT2分別為測量d，q″，T1，T2的最大絕對誤差，Δλ為由Δd，Δq″，ΔT1，ΔT2所引起的間接測量值λ的最大絕對誤差，則由誤差傳遞公式有Δλ＝|f/d|·Δd+|f/q″|·Δq″+|f/T1|·ΔT1+|f/T2|·ΔT2＝λ(Δd/d+Δq″/q″+ΔT1/T1+ΔT2/T2)可變?yōu)棣う?λ＝Δd/d+Δq″/q″+ΔT1/T1+ΔT2/T2式中，Δλ/λ稱為間接測量值λ的最大相對誤差。
傳感器T1傳送信號I1值，保證局扇進風口處的瓦斯?jié)舛炔怀?，當該處瓦斯?jié)舛瘸?，應停止局扇運行，由礦井通風部門進行礦井通風網絡調正，保證排放瓦斯過程中，局扇進風口有足夠的風流。
傳感器T2輸送信號I2值，為瓦斯排出巷出口處瓦斯?jié)舛刃盘?，以向系統(tǒng)提供巷道內瓦斯?jié)舛茸兓畔?，參與控制，使控制優(yōu)化。
傳感器T3輸送信號I3值，為安全排放瓦斯?jié)舛瓤刂菩盘?。I3H為排放瓦斯過程的給定值，當I3＜I3H時，扇風機可增大轉速，以增大排出瓦斯量；當I3＞I3H時，扇風機可降低轉速，以減少排出瓦斯量。其增大或減小值，由控制信號I3，I2的變化驅勢經模糊控制模擬計算決定，最終控制結果保證混合風流處的瓦斯?jié)舛炔怀蕖?br> 權利要求
1.礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)，其特征在于在控制箱內設有本質安全電源、瓦斯檢測與模糊控制單元、閉鎖控制單元、逆變器驅動電路、主控制器、保護單元；內部電路連接關系為主電源連接整流單元，整流單元連接濾波單元，濾波單元連接逆變單元，逆變單元連接負載；三只瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c瓦斯檢測與模糊控制器相連接，瓦斯檢測與模糊控制器同時與本質安全型電源、主控制器、閉鎖控制單元相連接，主控制器連接逆變器驅動電路和保護單元，逆變器驅動電路連接逆變單元。
2.礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)的模糊控制方法，該控制方法是把人的操作經驗做經驗總結納為若干條控制規(guī)則，并設計控制系統(tǒng)去執(zhí)行，以實現(xiàn)對控制對象的有效控制，其特征在于該系統(tǒng)采用雙輸入單輸出模糊控制系統(tǒng)，包含三個功能環(huán)節(jié)即用于輸入信號處理的模糊量化和模糊化環(huán)節(jié)，模糊控制算法功能單元，以及用于輸出解模糊化的模糊判決環(huán)節(jié)；模糊控制方法的步驟包括1)、選定模糊控制器的輸入輸出變量，并進行量程轉換；2)、確定各變量的模糊語言取值及相應的隸屬函數(shù)，即進行模糊化；然后對所選取的模糊集定義其隸屬函數(shù)，可取三角形隸屬函數(shù)或梯形，并依據(jù)問題的不同取為均勻間隔或非均勻的；也可采用單點模糊集方法進行模糊化；3)、建立模糊控制規(guī)則或控制算法；這是指規(guī)則的歸納和規(guī)則庫的建立，是從實際控制經驗過渡到模糊控制器的中心環(huán)節(jié)；4)、模糊控制采用信號有三個傳感器T1傳送信號I1值，保證局扇進風口處的瓦斯?jié)舛炔怀?，當該處瓦斯?jié)舛瘸?，應停止局扇運行，由礦井通風部門進行礦井通風網絡調正，保證排放瓦斯過程中，局扇進風口有足夠的風流；傳感器T2輸送信號I2值，為瓦斯排出巷出口處瓦斯?jié)舛刃盘?，以向系統(tǒng)提供巷道內瓦斯?jié)舛茸兓畔?，參與控制，使控制優(yōu)化；傳感器T3輸送信號I3值，為安全排放瓦斯?jié)舛瓤刂菩盘?，I3H為排放瓦斯過程的給定值，當I3＜I3H時，扇風機可增大轉速，以增大排出瓦斯量；當I3＞I3H時，扇風機可降低轉速，以減少排出瓦斯量；其增大或減小值，由控制信號I3，I2的變化驅勢經模糊控制模擬計算決定，最終控制結果保證混合風流處的瓦斯?jié)舛炔怀蕖?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于解決煤礦井下巷道掘進過程中超限瓦斯的排放，可根據(jù)巷道內瓦斯?jié)舛戎档母淖兌詣诱{節(jié)通風機轉速的礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)及模糊控制方法，該控制方法是把人的操作經驗做經驗總結納為若干條控制規(guī)則，并設計控制系統(tǒng)去執(zhí)行，以實現(xiàn)對控制對象的有效控制，該系統(tǒng)采用雙輸入單輸出模糊控制系統(tǒng)，包含三個功能環(huán)節(jié)即用于輸入信號處理的模糊量化和模糊化環(huán)節(jié)，模糊控制算法功能單元，以及用于輸出解模糊化的模糊判決環(huán)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)點是三只瓦斯傳感器T1、T2、T3實時檢測巷道各處瓦斯?jié)舛刃盘?，經模糊控制器模擬計算控制信號，驅動編程控制器進行編程控制，編程控制信號激發(fā)觸發(fā)電路控制變頻器，變頻器自動控制調節(jié)局扇轉速，改變輸出風量，并逐級逼近工礦點，保證匯風合流處的瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定安全值以下，實現(xiàn)瓦斯最大效率無超限排放。
文檔編號G05B15/02GK1676878SQ20051004619
公開日2005年10月5日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權日2005年4月8日
發(fā)明者左強, 李興, 徐穎, 楊貴發(fā), 常士林 申請人:鞍山榮信電力電子股份有限公司