煤矿井下排水监控系统的研究

发布时间：2017-04-20 17:01

  本文关键词：煤矿井下排水监控系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：井下排水系统是煤矿生产六大系统之一，担负着井下积水排出的重要任务，是保证煤矿安全生产的一个重要环节。本文针对金凤煤矿井下排水监控系统这一实际工程项目，围绕系统的自动化水平、安全运行、节能降耗的角度进行了研究，首先通过动态规划法，提出了井下三段排水系统的节能优化策略，其次实现了水位模糊PID算法在该系统中的应用，最后在ZigBee无线技术的基础上进行了网络架构的设计。利用智能控制技术、计算机技术、网络通信技术，完成了井下排水系统的控制策略优化、自动控制和远程监控的相关设计工作。本文的主要研究工作可总结为如下三个方面： (1)井下排水系统控制策略的优化。为实现避峰填谷原则，建立了排水系统的离散数学模型，根据最优化原理和动态规划法，对排水系统进行分段决策控制，并通过Dijkstra算法对数学模型进行求解，得出获取最优控制策略的一般方法。该策略能够根据矿井实际涌水量和用电情况，通过合理调度水泵的运行以达到节能降耗的目的。 (2)水位模糊PID控制算法的设计及其实现。针对井下排水系统的非线性、大时滞、变参数、数学模型不确定的特点，设计了水位模糊PID控制器，，并通过Matlab/Simulink软件将其与常规PID控制器进行仿真对比，得出模糊PID在响应性、抗干扰性和适应性三个方面具有更好的控制性能的结论，最后通过OPC技术完成上位机软件Matlab与PLC的实时通讯，实现了模糊PID控制算法在井下排水系统中的应用。 (3)基于ZigBee技术的井下排水控制系统的设计。该系统以DRF1601ZigBee无线数传模块为核心，采用西门子S7-300系列PLC作为现场中心控制单元，以配置有西门子的组态软件（WinCC和Step7）的上位机作为远程监控中心。该控制系统能对线路敷设困难的井下排水系统进行准确、实时的现场控制和远程监控，具有一定的应用推广价值。
【关键词】：煤矿排水系统 模糊PID控制 动态规划 ZigBee Matlab
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD744;TD76
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究的目的与意义10-12
• 1.1.1 课题研究的目的10-11
• 1.1.2 课题研究的意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国内研究现状12-13
• 1.2.2 国外研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排14-16
• 1.3.1 主要研究内容14-15
• 1.3.2 章节安排15-16
• 2 井下排水系统设计原则及关键设备16-26
• 2.1 井下排水系统基本组成及控制系统设计原则16-20
• 2.1.1 井下排水系统基本组成16-19
• 2.1.2 井下排水控制系统的设计原则19-20
• 2.2 离心泵排水系统工作原理20-23
• 2.2.1 离心泵排水系统组成20-22
• 2.2.2 离心泵的启停步骤22-23
• 2.3 金凤煤矿井下排水系统介绍23-26
• 2.3.1 排水系统概况23-24
• 2.3.2 排水设备选型24-26
• 3 井下排水系统优化控制策略26-37
• 3.1 动态规划法26-28
• 3.1.1 动态规划的研究内容26
• 3.1.2 动态规划的基本方程26-28
• 3.2 井下排水系统数学模型28-30
• 3.2.1 状态变量和决策变量的选择28-29
• 3.2.2 指标函数的建立29
• 3.2.3 状态转移方程和约束条件的确定29-30
• 3.3 井下排水优化策略的实现30-37
• 3.3.1 多段决策过程31
• 3.3.2 迪克斯特算法求解过程31-32
• 3.3.3 井下排水泵组的动态规划优化调度方法研究32-33
• 3.3.4 动态规划法应用效果分析33-37
• 4 水位模糊 PID 控制算法的研究37-58
• 4.1 模糊控制理论简介37-38
• 4.2 模糊控制算法的研究38-44
• 4.2.1 模糊控制系统的架构38
• 4.2.2 模糊控制系统的原理38-39
• 4.2.3 模糊控制器的设计39-44
• 4.3 常规 PID 控制算法研究44-46
• 4.3.1 位置式 PID 算法45-46
• 4.3.2 增量式 PID 算法46
• 4.4 水位模糊 PID 控制器设计46-58
• 4.4.1 模糊 PID 系统结构46-47
• 4.4.2 模糊 PID 控制器的模糊规则47-50
• 4.4.3 模糊 PID 与常规 PID 算法的仿真比较50-58
• 5 基于 PLC 的井下排水控制系统的设计58-75
• 5.1 控制系统整体架构59
• 5.2 控制系统硬件设计59-64
• 5.2.1 排水系统检测元件的选用59-61
• 5.2.2 模块配置61-64
• 5.3 控制系统软件部分设计64-69
• 5.3.1 编程软件简介64
• 5.3.2 模糊 PID 控制算法的实现64-66
• 5.3.3 上位机组态画面设计66-69
• 5.4 通信系统设计69-75
• 5.4.1 通信方式的选择69
• 5.4.2 无线网络体系结构及配置分析69-73
• 5.4.3 无线通信模块与 PLC 通信的实现73-75
• 6 总结与展望75-76
• 6.1 全文工作总结75
• 6.2 未来工作展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 附录 A：Dijkstra 算法部分程序81-82
• 附录 B：M 文件 OPC 主程序82-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及专利83
• 攻读硕士学位期间参与的项目83
• 攻读硕士学位期间获得的奖励83-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：319096