矿井多水平协同排水智能控制系统研究与设计
发布时间：2020-12-09 09:27
随着煤矿“单机自动化-综合自动化-感知矿山-智慧矿山”发展路径的提出,数字化、智能化、网络化成为现代煤矿发展的主题。井下多水平排水系统作为矿山建设的重要组成部分,在当前发展中仍存在能源消耗大,联动性弱等问题。本文对多水平排水控制策略进行研究,设计了一套多水平协同排水智能控制系统,解决了多级排水用电成本高,难以联动控制的问题。主要工作和创新点如下:（1）针对传统控制方法存在水泵启停频繁,用电成本高等问题,提出改进的“避峰就谷”策略。对水仓水位进行重新划分,同时引入水位变化率和缓冲调整时间段对水泵的控制逻辑进行优化。由仿真实验证明,该策略可减少开泵时间,提高排水效率的同时降低电费成本。（2）针对多水平协同排水系统是多变量非线性强耦合系统,难以实现对其精准直接控制的问题,提出基于模糊神经网络的解耦控制策略,设计多水平液位解耦器,并提出GA-BP融合算法对模糊神经网络参数进行优化,提高解耦速度。仿真实验证明,该解耦器可以实现对多级液位的解耦控制,且控制效果良好。结合改进的“避峰就谷”控制策略,制定了多水平协同排水控制方法。（3）针对目前多水平排水系统各采层泵房相互独立,单独排水,无法实现信息互...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究内容及结构安排Figure1-1Researchcontentandstructurearrangement
2多水平协同排水智能控制策略研究7泵进行排水，若在用电高峰时段，水泵不全开启；当水仓水位在低水位线以下，停止排水。这种传统的“避峰就谷”控制策略逻辑简单易于实现，能够减少一定的用电开支，但也存在一些问题。现以恒源煤矿-600泵房为例对传统“避峰就谷”策略进行分析。恒源煤矿-600泵房配有4台工作水泵，2台备用水泵。水仓总高为4.5m，容积为7800m3，划分为四个水位区，每个水位区上限从上到下依次为极限水位4m，超高水位3.5m，高水位3m，低水位1.5m。恒源煤矿-600泵房的水泵控制逻辑如表2-2所示，控制流程如图2-1所示。表2-2水泵控制逻辑Table2-2Controllogicofwaterpump水位范围（m）平谷段开泵数量（台）峰段开泵数量（台）4.0以上443.5-4.0423.0-3.5401.5-3.0100.0-1.500图2-1传统“避峰就谷”控制流程Figure2-1Traditional"AvoidingPeakFillingValley"controlflow由图2-1和表2-2可知，当水位达到4m，此时无需考虑时间，同时开启所
工程硕士专业学位论文8有水泵保障生产安全；当水位达到3m，检测时间，若不在高峰时段，则开启4台水泵进行排水作业，若在高峰时段，则暂缓开泵，直至低谷时段到来或者水位达到极限水位；当水量排至等于或者小于1.5m时停泵。现通过MATLAB对传统“避峰就谷”控制策略进行实验仿真。假定水仓每小时进水量恒定不变，水仓初始水位为3.6m，水泵扬程为503m，排水最大流量为450hm/3。其恒源煤矿-600泵房一天（00:00-24:00）的水位变化曲线以及水泵启停数量控制曲线如图2-2，图2-3所示。图2-2传统“避峰就谷”水位变化曲线Figure2-2Waterlevelchangecurveoftraditional"AvoidingPeaksFillingValley"图2-3传统“避峰就谷”水泵控制曲线Figure2-3Traditional"AvoidingPeaksFillingValley"pumpcontrolcurve由仿真结果曲线可以看出，传统“避峰就谷”控制策略在实现利用分时电价的同时存在一些弊端，具体表现如下分析：（1）在用电低谷时段（22:00-8:00）并未使水仓水位稳定在低水位附近，给用电高峰时段带来一定的排水压力，未达到理想“避峰就谷”效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新中国70年煤炭工业铸就十大辉煌[J]. 张立宽,武强. 中国能源. 2019(10)
[2]基于S7-300PLC煤矿井下中央泵房排水系统的设计[J]. 成杰. 机械管理开发. 2019(05)
[3]基于PLC的煤矿自动化排水控制系统设计[J]. 郑华华. 机械管理开发. 2018(12)
[4]多变量解耦控制方法的研究[J]. 王朝霞. 电子世界. 2018(24)
[5]STEP7与wincc flexible集成在虚拟电梯中的应用[J]. 赵凤英,王翠. 电子技术与软件工程. 2018(23)
[6]超声波液位计在冷却水塔中的应用[J]. 成俊. 电工技术. 2018(20)
[7]基于西门子PLC的交通灯控制系统设计[J]. 杜丹,陈德豪,杨靖. 计算机时代. 2018(10)
[8]基于PLC控制的煤矿井下自动排水系统的研究[J]. 姚武江. 机械管理开发. 2018(06)
[9]检测系统PT100铂热电阻的数字仿真设计[J]. 李小文,严卫林. 控制与信息技术. 2018(03)
[10]基于S7-300的煤矿智能排水系统的设计[J]. 张泽厚. 机械管理开发. 2018(01)
博士论文
[1]基于水锤防护的矿井水安全排放控制系统研究[D]. 寇彦飞.太原理工大学 2016
硕士论文
[1]基于前置泵正压给水的矿井排水控制系统研究[D]. 张朋飞.河北工程大学 2020
[2]煤矿井下排水智能控制系统的研究[D]. 张远放.中国矿业大学 2019
[3]煤矿井下多水平排水智能控制系统的研究[D]. 武艳蒙.中国矿业大学 2018
[4]基于最优控制理论的自动化排水系统研究与应用[D]. 刘震.西安科技大学 2017
[5]基于模糊神经网络的船用锅炉水位控制研究[D]. 冯伟.大连海事大学 2017
[6]地下矿山多级排水系统控制方法研究与上位机软件开发[D]. 赵晓晓.东北大学 2017
[7]自旋制导火箭弹总体及姿控系统设计[D]. 阮政委.大连理工大学 2016
[8]蒸汽管道压力智能解耦控制的研究及应用[D]. 刘亚军.安徽工业大学 2016
[9]基于神经网络的机械故障诊断技术的研究[D]. 高芮.青岛科技大学 2016
[10]模糊神经网络在精馏过程中的应用研究[D]. 李东.辽宁工业大学 2016
本文编号：2906671
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究内容及结构安排Figure1-1Researchcontentandstructurearrangement
2多水平协同排水智能控制策略研究7泵进行排水，若在用电高峰时段，水泵不全开启；当水仓水位在低水位线以下，停止排水。这种传统的“避峰就谷”控制策略逻辑简单易于实现，能够减少一定的用电开支，但也存在一些问题。现以恒源煤矿-600泵房为例对传统“避峰就谷”策略进行分析。恒源煤矿-600泵房配有4台工作水泵，2台备用水泵。水仓总高为4.5m，容积为7800m3，划分为四个水位区，每个水位区上限从上到下依次为极限水位4m，超高水位3.5m，高水位3m，低水位1.5m。恒源煤矿-600泵房的水泵控制逻辑如表2-2所示，控制流程如图2-1所示。表2-2水泵控制逻辑Table2-2Controllogicofwaterpump水位范围（m）平谷段开泵数量（台）峰段开泵数量（台）4.0以上443.5-4.0423.0-3.5401.5-3.0100.0-1.500图2-1传统“避峰就谷”控制流程Figure2-1Traditional"AvoidingPeakFillingValley"controlflow由图2-1和表2-2可知，当水位达到4m，此时无需考虑时间，同时开启所
工程硕士专业学位论文8有水泵保障生产安全；当水位达到3m，检测时间，若不在高峰时段，则开启4台水泵进行排水作业，若在高峰时段，则暂缓开泵，直至低谷时段到来或者水位达到极限水位；当水量排至等于或者小于1.5m时停泵。现通过MATLAB对传统“避峰就谷”控制策略进行实验仿真。假定水仓每小时进水量恒定不变，水仓初始水位为3.6m，水泵扬程为503m，排水最大流量为450hm/3。其恒源煤矿-600泵房一天（00:00-24:00）的水位变化曲线以及水泵启停数量控制曲线如图2-2，图2-3所示。图2-2传统“避峰就谷”水位变化曲线Figure2-2Waterlevelchangecurveoftraditional"AvoidingPeaksFillingValley"图2-3传统“避峰就谷”水泵控制曲线Figure2-3Traditional"AvoidingPeaksFillingValley"pumpcontrolcurve由仿真结果曲线可以看出，传统“避峰就谷”控制策略在实现利用分时电价的同时存在一些弊端，具体表现如下分析：（1）在用电低谷时段（22:00-8:00）并未使水仓水位稳定在低水位附近，给用电高峰时段带来一定的排水压力，未达到理想“避峰就谷”效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新中国70年煤炭工业铸就十大辉煌[J]. 张立宽,武强. 中国能源. 2019(10)
[2]基于S7-300PLC煤矿井下中央泵房排水系统的设计[J]. 成杰. 机械管理开发. 2019(05)
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[4]多变量解耦控制方法的研究[J]. 王朝霞. 电子世界. 2018(24)
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[6]超声波液位计在冷却水塔中的应用[J]. 成俊. 电工技术. 2018(20)
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[9]检测系统PT100铂热电阻的数字仿真设计[J]. 李小文,严卫林. 控制与信息技术. 2018(03)
[10]基于S7-300的煤矿智能排水系统的设计[J]. 张泽厚. 机械管理开发. 2018(01)
博士论文
[1]基于水锤防护的矿井水安全排放控制系统研究[D]. 寇彦飞.太原理工大学 2016
硕士论文
[1]基于前置泵正压给水的矿井排水控制系统研究[D]. 张朋飞.河北工程大学 2020
[2]煤矿井下排水智能控制系统的研究[D]. 张远放.中国矿业大学 2019
[3]煤矿井下多水平排水智能控制系统的研究[D]. 武艳蒙.中国矿业大学 2018
[4]基于最优控制理论的自动化排水系统研究与应用[D]. 刘震.西安科技大学 2017
[5]基于模糊神经网络的船用锅炉水位控制研究[D]. 冯伟.大连海事大学 2017
[6]地下矿山多级排水系统控制方法研究与上位机软件开发[D]. 赵晓晓.东北大学 2017
[7]自旋制导火箭弹总体及姿控系统设计[D]. 阮政委.大连理工大学 2016
[8]蒸汽管道压力智能解耦控制的研究及应用[D]. 刘亚军.安徽工业大学 2016
[9]基于神经网络的机械故障诊断技术的研究[D]. 高芮.青岛科技大学 2016
[10]模糊神经网络在精馏过程中的应用研究[D]. 李东.辽宁工业大学 2016
本文编号：2906671
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