引言
矿井主通风机素有“矿井肺腑”之称，担负着向煤矿井下工作面输送新鲜空气、排出有毒有害气体和粉尘的重任，是保证矿井通风系统安全稳定运行时煤矿安全生产的重要工作。矿井通风机作为矿井通风系统主要通风设备，在日常生产中由于通风机数量较多，在正常运行过程中通风机存在间歇时间长、通风效率低、低负载运行等问题，严重浪费电能。所以对通风机进行变频调速是十分重要的。
1通风机的变频调速原理
煤矿局部通风机转速控制采用模糊预测控制方法实现，解决传统PID控制方法缺乏变量间耦合、控制性能不高、无法适应复杂多变量高纬度系统、处理数据能力不强的问题。模糊预测控制有三条基本原理：①预测模型，即需为被控对象建立数学预测模型，反映输入、输出变量的线性、非线性关系，同时还需反映系统参数分布状态。②滚动优化，即用一个指标对系统的动态特性进行衡量，如系统输出、期望输出方差等，该过程是一种在线优化过程，与指标的采样时刻密切相关。③反馈校正，即建立反馈机制，对输出变量进行在线、动态修正，避免模型失配、外界扰动干扰等，达到输出最优。
2煤矿通风机变频调速技术的应用
2.1变频控制系统设计
煤矿通风机变频调速技术的应用之一是变频控制系统设计。通过仿真研究确定了自适应模糊PID控制技术后，对系统风机变频调速控制系统进行设计，本文的PLC控制器选定为S7-400H为核心控制器，利用传感器对系统的风压等参数进行采集，通过通讯模块实现控制器与变频器的数据交流，同时利用上位机实现风机数据的显示。PLC控制器的输出电流为10A，接口模块为IMI153，数字量输出输入模块分别为6ES7322-1CF0-0AA0和6ES7321-7BH01-0AB0，模拟量的输入输出模块分别为6ES7331-7KF02-0AB0和6ES7322-5HF00-0AB0，与上位机采用CP1623通讯板卡连接。对通风机的控制程序进行设计，程序运行可分为手动及自动模式两种，其中手动模式是操作人员根据实际的通风机运行状态对系统进行切换，自动模式是控制器对分支风道内部的负压和风速进行监控，为了避免风流短路的事故，在程序中增加两组立风门和平风门，两风门为互锁状态，当一号风机发生故障且短时间内无法恢复时，此时2号风机启动。在风机正常运行过程中控制器通过对采集数据与标准值进行实时比较，当出现采集风量与标准值差距较大的情况时，此时程序会对偏差进行计算，得出变压器的频率变动值，同时为了保证控制的效果，设定阈值为4Hz，避免调节过大造成的冲击，实现风机风量的变频控制。对上位机进行设计，人机界面为人与系统交流的媒介，其主要用于参数的显示，同时上位机需要对风机、风门及变频器等设备的运行数据进行储存，上位机的组态系统共分为4个部分，分别为画面组态、脚本程序、报警设置及网络配置，其中画面组态包括了风机运行画面、风量控制界面、报警显示界面、报表查询界面及高压开关柜状态，同时系统可以将运行状态及风量等随时间变化曲线进行绘制，便于对比研究。报警系统可以监测风机的速度、温度、风流量、负压等参数，根据提前设定的阀值，从而给出报警范围，当检测的数据超过正常范围时，此时系统会自动报警，并亮起故障等。
2.2PLC控制变频调速系统
煤矿通风机变频调速技术的应用之二是PLC控制变频调速系统。手动调速效率低下、能耗又高，经济效益差，因此采用通风机变频调速技术提升运行效率降低能耗。当选择风量由最大逐渐减小，速度也就随之减小。风机的旋转轴功率按照转速的三次方降低，使变频节能通风机组调速器得到有效控制，实现新型节能高效通风机组目的,减少采用变频节能通风机组的电气能耗。对变频调速技术的节能性进行了测试，分别对节点数量、节能率、经济效益和环保效益进行了分析。结果表明，变频调速技术节能效果明显，降低了生产成本，提高了经济效益。
2.3煤矿局部通风机转速控制系统
煤矿通风机变频调速技术的应用之三是煤矿局部通风机转速控制系统，基于模糊预测控制设计煤矿井下局部通风机控制系统，输入量为瓦斯浓度给定值与瓦斯浓度传感器的差值，经瓦斯浓度模糊判断模块后输入值控制器模块进行逻辑控制。局部通风机采用变频控制模式，即由变频控制单元与控制模块进行交互并完成变频控制。控制器模块还需处理故障检测模块数据并进行故障判断、故障预警、故障报警。控制器模块指令经变频控制单元后直接作用与局部通风机电机，实现局部通风机电机转速根据工作面瓦斯浓度动态调节。当瓦斯浓度较高时，增加风机转速，加大排风量，在短时间内稀释瓦斯浓度；当瓦斯浓度较低时，降低风机转速，减小排风量，避免出现“大马拉小车”的情况。瓦斯浓度传感器安装于工作面指定位置，取多个瓦斯浓度传感器的算术平均值作为工作面瓦斯浓度的反馈值并参与模糊控制。
2.4系统仿真
煤矿通风机变频调速技术的应用之四是系统仿真。根据设计的局部通风机智能调速方案T-S模糊神经网络控制结构、仿真模型以及设定的仿真参数，在软件平台进行系统仿真，以验证该T-S模糊神经网络控制模型的正确性和有效性。局部通风机需风量与时间的关系曲线图，在0～10s时间内，系统经约2s延时后达到稳定输出，为额定风量为625m3/min，超调时间短。在20s时，将局部通风机的需风量突变为525m3/min，经约2s延时后，达到稳定输出；在30s时，将局部通风机的需风量突变为575m3/min，经约2s延时后，达到稳定输出。设计的局部通风机T-S模糊控制之模型的跟随性较好，需风量突变时，在较短时间内能达到温度输出，跟随性好，实时性强，调速效果明显。
结语
在分析模糊预测控制基本原理的基础上，设计并实现了煤矿井下局部通风机转速控制系统，完成系统框架设计和软硬件实现。该系统能够根据工作面瓦斯浓度的实际情况进行风速、风量自适应调节，提升煤矿井下局部通风系统的自动化水平，达到了安全生产、节约电能的目的
参考文献
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