一种基建风机节能控制系统及控制方法与流程

本发明涉及矿井通风，具体来说是指一种基建风机节能控制系统及控制方法。

背景技术：

1、井筒掘砌过程中，有可能遇到有毒有害气体大量的涌出情形，或者伴随掘进过程会产生大量的易燃、易爆的煤尘；同时由于釆、掘、运设备工作产生的热量，会使井下的空气湿度和热度变得越来越高，使得有毒气体对井下的工作人员和煤矿安全生产造成极大的危害。

2、基建风机负责供给井下人员足够新鲜空气；把工作面瓦斯等有害气体和粉尘冲释到安全浓度以下,并排出到地面；保证井下有适宜的温度湿度条件,以利于工人劳动和机器运转。它的运转性能直接影响着生产的顺利进行和矿工的生命安全。

3、矿井调节供风量的方法有机械调节与电气调节两种，大多数煤矿采用机械方式调节，即调整通风机叶片角度达到改变风量的目的，这种方法显著降低了风机的机械效率；电气方式调节是通过改变风机电机的极对数或使用变频器控制主通风机电机，改变风机转速，实现调节风量的目的。目前普遍采用的是变频器调节风机转速，该方法安装实施简单，节能降耗明显，是风机调速发展的主流方向。

4、典型应用系统以掘进巷道瓦斯浓度的偏差和偏差变化率作为控制器的输入，控制经过运算决策，向变频器输出控制信号。通过使用不同的智能控制算法后,系统响应速度和准确性得到优化，控制性能显著改善。

5、目前基建风机系统中存在的问题主要有：1、通风机的设计选型不够完善、反馈调节和运行监测技术落后、一般选用风机时按照排炮烟工况，实际使用时富裕系数较大，普通工况下风量比所需要的风量的大的多，造成通风机效率较低及经济损失严重；另外工作面风速大、产尘量大、温度较低、能见度低，不适合员工作业；2、通风机调速能力较差，智能化程度较低，风机通过真空电磁起动器启动，时间短，对电网和机械设备冲击大。

技术实现思路

1、本发明要解决的是以上背景技术中提到的技术问题，第一方面提供一种基建风机节能控制系统，通过理论分析与实验研究相结合的方法构建基建风机的智能控制系统。

2、第二方面提供一种控制方法，应用于第一方面提供的基建风机节能控制系统，针对掘砌工况参数、瓦斯及有害气体含量、氧气含量等多源信息，基于人工神经网络和模糊控制器开发反馈及决策算法。

3、根据本发明第一方面的内容，本发明提供的技术方案为：一种基建风机节能控制系统，包括传感器组，传感器组通信连接有控制中心，控制中心由双电源控制变压器供电，并通信连接有接触器ⅰ和变频器，变频器电性连接有主电机ⅰ和主电机ⅱ，接触器ⅰ远离变频器的一端通过断路器ⅰ连接有主电源，控制中心还通信连接有接触器ⅱ和软启动器，软启动器电性连接有备电机ⅰ和备电机ⅱ，接触器ⅱ远离软启动器的一端通过断路器ⅱ连接有备用电源，主电源和备用电源均与双电源控制变压器电性连接。

4、在一些实施例中，控制中心包括plc主控单元和继电器控制回路，plc主控单元通过变频器对主电机ⅰ和主电机ⅱ进行变频调速，实现节能目的，继电器控制回路控制软启动器对备电机ⅰ和备电机ⅱ进行启动，通过plc主控单元和继电器控制回路完成双路切换。

5、在一些实施例中，传感器组的传感器类型包括瓦斯传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物气体传感器、氧气传感器和风速传感器。

6、在一些实施例中，传感器组设有迎风头信号站和回风口信号站双配置方案，迎风头信号站的传感器组通过信号中继站与plc主控单元通信连接。

7、在一些实施例中，迎风头信号站的传感器组包括瓦斯传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、风速传感器和二氧化氮传感器。

8、在一些实施例中，回风口信号站的传感器组包括瓦斯传感器和一氧化碳传感器。

9、在一些实施例中，控制中心还包括人机交互终端，在人机交互终端设定环境参数，根据设定的掘进量预算风阻，结合当前的工艺工序设定最低风量，传感器组检测环境，结合环境参数偏差确定变频器的给定值，控制风扇转速，改变输出风量，逐渐逼近工况点。

10、在一些实施例中，人机交互终端通过触摸屏显示整个变频器的运行参数、故障状态和工况环境等参数，通过触摸屏和操作按钮、指示仪表和指标灯等完成人机交互，变频器调速时具备“手动”和“自动”两种频率给定方式，“手动”模式可通过电位器调节，“自动”模式下，基于气体传感器浓度联合工艺工况反馈方式完成自动调节，工艺工况反馈模式可分为自动排瓦斯(炮烟)工况、自动通风工况和停车工况三种模式。

11、根据本发明第二方面的内容，本发明提供的技术方案为：一种控制方法，应用于上述第一方面内容的基建风机节能控制系统，包括以下步骤：

12、s1、根据掘进深度结合当前的工艺工况进行理论风量风速分析，计算当前需求的最低风量，根据最少风量要求值获得对应的控制电压u2；

13、s2、多个传感器提供的井下环境信息经过神经网络后，自调整模糊控制器根据浓度的偏差和偏差变化率调整输出电压u1；

14、s3、u2和u1通过比较器取得两者中的最大值转换为电压u连接到变频器的电压输入端，调整局部通风机转速，实现掘进工作面通风量的自动控制。

15、本发明与现有技术相比的优点在于：1、提高了矿井井筒掘砌建设中风机使用的自动化水平，实现了基建工程中的节能降耗；2、有效提高了通风安全性，根据掘进迎头和回风巷混合处的瓦斯浓度信号，变频器可以自行控制局部通风机自动调速运转，变频软启动功能可解决“一风吹”问题，避免局部通风机启动时风量过大造成的风筒突然受力损坏，变频器控制局部通风机可实现自动通风、排瓦斯或瓦斯电闭锁功能，保证了掘进工作面通风安全；3、改善了工作环境，优化了通风系统，变频器在掘进工作面瓦斯浓度较低时或掘进巷道较短时，可以通过降低输出频率以达到降低局部通风机出风口风速的目的，改善了工作面环境，避免了掘进工作面因风速过大而导致的煤尘飞扬，优化了局部通风系统；4、节能效果明显。变频器可依据瓦斯浓度自动调节输出频率，并具备根据供风距离和风量需要自动调节供风量的功能，避免了大量不必要的能源消耗。

16、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基建风机节能控制系统，其特征在于：包括传感器组，所述传感器组通信连接有控制中心，所述控制中心由双电源控制变压器供电，并通信连接有接触器ⅰ和变频器，所述变频器电性连接有主电机ⅰ和主电机ⅱ，所述接触器ⅰ远离变频器的一端通过断路器ⅰ连接有主电源，所述控制中心还通信连接有接触器ⅱ和软启动器，所述软启动器电性连接有备电机ⅰ和备电机ⅱ，所述接触器ⅱ远离软启动器的一端通过断路器ⅱ连接有备用电源，所述主电源和备用电源均与双电源控制变压器电性连接。

2.根据权利要求1所述的基建风机节能控制系统，其特征在于：所述控制中心包括plc主控单元和继电器控制回路，所述plc主控单元通过变频器对主电机ⅰ和主电机ⅱ进行变频调速，实现节能目的，所述继电器控制回路控制软启动器对备电机ⅰ和备电机ⅱ进行启动，通过plc主控单元和继电器控制回路完成双路切换。

3.根据权利要求1所述的基建风机节能控制系统，其特征在于：所述传感器组的传感器类型包括瓦斯传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物气体传感器、氧气传感器和风速传感器。

4.根据权利要求2所述的基建风机节能控制系统，其特征在于：所述传感器组设有迎风头信号站和回风口信号站双配置方案，所述迎风头信号站的传感器组通过信号中继站与plc主控单元通信连接。

5.根据权利要求4所述的基建风机节能控制系统，其特征在于：所述迎风头信号站的传感器组包括瓦斯传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、风速传感器和二氧化氮传感器。

6.根据权利要求4所述的基建风机节能控制系统，其特征在于：所述回风口信号站的传感器组包括瓦斯传感器和一氧化碳传感器。

7.根据权利要求1所述的基建风机节能控制系统，其特征在于：所述控制中心还包括人机交互终端，在人机交互终端设定环境参数，根据设定的掘进量预算风阻，结合当前的工艺工序设定最低风量，所述传感器组检测环境，结合环境参数偏差确定变频器的给定值，控制风扇转速，改变输出风量，逐渐逼近工况点。

8.根据权利要求7所述的基建风机节能控制系统，其特征在于：所述人机交互终端通过触摸屏显示整个变频器的运行参数、故障状态和工况环境等参数，通过触摸屏和操作按钮、指示仪表和指标灯等完成人机交互，所述变频器调速时具备“手动”和“自动”两种频率给定方式，“手动”模式可通过电位器调节，“自动”模式下，基于气体传感器浓度联合工艺工况反馈方式完成自动调节，工艺工况反馈模式可分为自动排瓦斯（炮烟）工况、自动通风工况和停车工况三种模式。

9.一种控制方法，其特征在于使用了权利要求1-8任意一项所述的基建风机节能控制系统，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基建风机节能控制系统，属于矿井通风技术领域，包括传感器组，传感器组通信连接有控制中心，控制中心由双电源控制变压器供电，并通信连接有接触器Ⅰ和变频器，变频器电性连接有主电机Ⅰ和主电机Ⅱ，接触器Ⅰ远离变频器的一端通过断路器Ⅰ连接有主电源，控制中心还通信连接有接触器Ⅱ和软启动器，软启动器电性连接有备电机Ⅰ和备电机Ⅱ，接触器Ⅱ远离软启动器的一端通过断路器Ⅱ连接有备用电源，主电源和备用电源均与双电源控制变压器电性连接。本发明的优点在于：节能降耗，提高了通风安全性，改善了工作环境。技术研发人员：罗文广,张志伟,赵俊阳,薛大伟,邹高鹏,徐大强,李天荣,熊国清,吴清平,张辉,韦同芳受保护的技术使用者：中煤集团新疆能源有限公司条湖能源分公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2