一种矿用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速方法技术

本发明专利技术公开了一种矿用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速方法，通过变频调速的方法，根据传感器所反馈的巷道环境参数发生变化时，根据瓦斯含量自动调节风机转速，通过瓦斯传感器实时检测巷道各处瓦斯浓度，在瓦斯超设定值时，智能调节风机转速，改变输出风量，完全避免了“一风吹”排放瓦斯现象，节能效果明显；通过两套独立变频器，内部实现双风机双电源自动切换，能够在主电源或主变频器发生故障时自动进行备用电源切换；一台变频器可实现两台对旋式电机的控制，实现“两进四出、双机热备”。。。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速方法


[0001]本专利技术涉及煤矿局部通风机控制领域，特别涉及矿用双电源双变频调速装置及传感器数据处理方法。

技术介绍

[0002]井下局部通风机是煤炭矿井安全生产的关键设备之一。其安全性、可靠性和自动化程度如何，直接关系到矿井的安全生产。煤矿底下瓦斯等有害气体验证影响煤矿生产安全，必须配合局部通风机保障煤矿井下工作人员安全及煤矿生产安全高效生产。由于煤机井下潮湿等复杂环境，局部风机必须设置备用电源以确保故障情况下工作面的正常通风。现有煤矿局部通风机一般所采取的双电源变频调速装置功能不完善，系统可靠性不足，且系统对异常情况的监测不够，可能因存在的风机变频器故障而导致工作面不能正常运转。

技术实现思路

[0003]为解决上述存在的技术问题，本专利技术提供了一种矿用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速方法，在瓦斯超设定值时，智能调节风机转速，改变输出风量，完全避免了“一风吹”排放瓦斯现象，节能效果明显。
[0004]一种矿用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速方法，其特征是局扇点分站PLC控制器首先借助箱线图法和均值替代法对现场多种传感器监测到的数据进行预处理；然后通过距离自适应加权融合算法实现同类传感器数据的一级最优融合；最后利用改进的D
‑
S证据理论算法实现各个位置传感器数据的环境全局融合决策：包括关闭局部通风机、排瓦斯、启动主通风机、按需供风；并计算当前通风机所需要的风量和当前电机运行的速度，通过蚁群PID算法调整当前通风机运行速度，通过与变频器通讯调节变频器输出频率，实现对电机输出频率的调整，最终实现对通风机电机转速的控制，实现对煤矿井下风机控制的精准变频决策。
[0005]进一步地，箱线图法和均值替代法具体步骤如下：
[0006]对瓦斯浓度传感器数据进行处理，包括6个数据节点，从小到大依次为最小值X
min
、下四分位数F
L
、中位数Q2、最大值X
max
、上四分位数F
U
、异常值；F
U
和F
L
之间距离为I
Q
＝F
U
‑
F
L
，计算数据上截断点为F
U
+1.5I
Q
，下截断点为F
L
‑
1.5I
Q
，即为异常值的上下边缘分界点；
[0007]分别求出各传感器的最小值X
min
、下四分位数F
L
、中位数Q2、最大值X
max
、上四分位数F
U
，然后依次对进行判断，当瓦斯浓度值或者风压浓度值大于上下边缘截断点时候判定为异常值，对超出边界的异常值进行剔除，得到初步的稳定的瓦斯、风压传感器值；对超出边界的异常值进行剔除之后，再根据剩余数据平均值对异常值进行填补，解决样本减少问题。
[0008]进一步地，通过距离自适应加权融合算法实现同类传感器数据一级最优融合的具体方法如下：
[0009](1)计算某类瓦斯传感器测量数据的方差加权距离矩阵D，基于D计算某类瓦斯传感器含量数据x
i
到其余同类瓦斯传感器测量数据的平均矩阵
[0010](2)再基于平均矩阵计算所有某类瓦斯传感器测量数据间的相互平均距离矩阵，并求出归一化距离矩阵
[0011](3)由于距离越大相似度越小，所以根据计算出相似度矩阵并进一步求得测量数据x
i
对x
j
的支持度
[0012](4)进而求得x
j
的总支持度根据m(x
j
)求出各传感器数据的融合权重值w
ij
＝S
i
(x
j
)/m(x
j
)，最终根据各权重计算出该类传感器采集数据的一级最优融合值。
[0013]进一步地，利用基于改进的D
‑
S证据理论算法的双变频调速控制决策模型实现全局融合决策的方法如下：
[0014]在一级最优融合值的基础上，构造系统决策识别框架：A＝{关闭局扇}；B＝{排瓦斯}；C＝{启动主局扇}；D＝{按需供风}；
[0015]将一级最优融合值转换成独立证据，根据所求得证据权重矩阵求出各证据权重，进而求出加权平均证据概率，应用基本合成规则对m
ω
迭代组合n
‑
1次即可达到最终的融合结果，实现基于改进证据理论的决策算法，执行相关指令。
[0016]进一步地，蚁群PID算法具体步骤如下：
[0017]步骤1：实时判断比较通风机实际转速与需求转速v/v＇的值，若0.9≤v/v＇≤1，则通风机电机全速摆动；若v/v＇<0.9，则启动蚁群PID控制模块，通过对变频器频率调整提高通风机转速；若v/v＇>1，则启动蚁群PID控制模块，调整变频器频率，降低通风机转速；所有的控制命令均由局扇点分站PLC控制器给出，传输至变频器，控制通风机电机转动速度；
[0018]步骤2：一次控制指令执行完成后，继续判断比较更新后的v/v＇的值，若0.9≤v/v＇≤1，则通风机以此时的转速运转：若v/v＇<0.9或v/v＇>1，则继续循环步骤1中的控制过程，直至达到0.9≤v/v＇≤1，则通风机电机全速摆动。
[0019]本专利技术通过变频调速的方法，根据传感器所反馈的巷道环境参数发生变化时，根据瓦斯含量自动调节风机转速，通过瓦斯传感器实时检测巷道各处瓦斯浓度，在瓦斯超设定值时，智能调节风机转速，改变输出风量，完全避免了“一风吹”排放瓦斯现象，节能效果明显；通过两套独立变频器，内部实现双风机双电源自动切换，能够在主电源或主变频器发生故障时自动进行备用电源切换；一台变频器可实现两台对旋式电机的控制，实现“两进四出、双机热备”。
附图说明
[0020]图1是双电源双变频切换装置图。
[0021]图2是巷道传感器布置示意图。
[0022]图3是闭环控制系统图。
[0023]图4是箱线图法则。
[0024]图5是模型构建流程。
[0025]图6是蚁群PID控制流程。
具体实施方式
[0026]以下结合附图对本
技术实现思路
进行详细说明。
[0027]第一方面，本专利技术提供了一种矿用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速装置，包括：工控机、两台防爆变频通风机、局扇点分站PLC控制器、两套独立电源、两台独立变频器、多种检测传感器(瓦斯、风量、温度等)，所述装置具有手动和自动工作模式。
[0028]所述通风主、次管道上连接瓦斯、风量检测传感器，瓦斯、风量检测传感器连接局扇点分站PLC控制器，工控机依次连接局扇点分站PLC控制器、两套独立电源、两台独立变频器、高压开关、双电源隔离开关、两台防爆变频通风机，通过工控机发送控制指令完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速方法，其特征是：局扇点分站PLC控制器首先借助箱线图法和均值替代法对现场多种传感器监测到的数据进行预处理；然后通过距离自适应加权融合算法实现同类传感器数据的一级最优融合；最后利用改进的D
‑
S证据理论算法实现各个位置传感器数据的环境全局融合决策：包括关闭局部通风机、排瓦斯、启动主通风机、按需供风；并计算当前通风机所需要的风量和当前电机运行的速度，通过蚁群PID算法调整当前通风机运行速度，通过与变频器通讯调节变频器输出频率，实现对电机输出频率的调整，最终实现对通风机电机转速的控制，实现对煤矿井下风机控制的精准变频决策。2.如权利要求1所述的矿用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速方法，其特征是，箱线图法和均值替代法具体步骤如下：对瓦斯浓度传感器数据进行处理，包括6个数据节点，从小到大依次为最小值X
min
、下四分位数F
L
、中位数Q2、最大值X
max
、上四分位数F
U
、异常值；F
U
和F
L
之间距离为I
O
＝F
U
‑
F
L
，计算数据上截断点为F
U
+1.5I
Q
，下截断点为F
L
‑
1.5I
Q
，即为异常值的上下边缘分界点；分别求出各传感器的最小值X
min
、下四分位数F
L
、中位数Q2、最大值X
max
、上四分位数F
U
，然后依次对进行判断，当瓦斯浓度值或者风压浓度值大于上下边缘截断点时候判定为异常值，对超出边界的异常值进行剔除，得到初步的稳定的瓦斯、风压传感器值；对超出边界的异常值进行剔除之后，再根据剩余数据平均值对异常值进行填补，解决样本减少问题。3.如权利要求1所述的矿用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速方法，其特征是，通过距离自适应加权融合算法实现同类传感器数据一级最优融合的具体方法如下：(1)计算某类瓦斯传感器测量数据的方差加权距离矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭辉，郭文芳，万翔，师岗，卫青龙，薛旭升，李博，马骏，
申请(专利权)人：西安重装韩城煤矿机械有限公司，
类型：发明
国别省市：