论文中文题名: | 煤矿井下风窗智能调控系统设计 |
姓名: | |
学号: | 20205224107 |
保密级别: | 保密(1年后开放) |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085500 |
学科名称: | 工学 - 机械 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2023 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 机电一体化 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2023-06-14 |
论文答辩日期: | 2023-06-02 |
论文外文题名: | Design of intelligent regulation and control system for underground coal mine air windows |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Underground ventilation ; Air window intelligent regulation and control ; Air window wind flow field ; Automatic immunity servo control |
论文中文摘要: |
矿井通风系统作为煤矿井下空气循环供给系统关键组成部分,负责向井下各用风场所提供充足的新鲜空气,同时稀释和排出井下有毒有害气体。良性的井下通风是煤矿安全生产的前提条件,也是维持井下工作人员正常生命供给和工作环境温湿度的关键保障。矿井通风过程中调节风窗通风面积是调整和优化井下通风系统必不可少的调节措施。随着井下工作面深度不断降低,矿井内部对通风的实时性提出了更高的要求,如何构建一个实时通风系统已经成为了研究井下通风的关键问题。面向井下局部通风回采工作面风流调节装置不能实时自动调节变化导致回采工作面巷道内风流分布不合理的问题,本文以井下回采工作面调节风窗为研究对象,通过研究风窗风流场的特征和线性自抗扰伺服控制技术提升了风窗智能调控系统的通风实时性,为在井下应用提供了理论依据及技术支持。具体研究内容如下: (1)风窗智能调控系统方案设计。结合煤矿井下通风系统风窗风流场的特征对各回采工作面需风点风量的要求,利用ANSYS Fluent模型对风窗不同开启角度的性能参数进行数值模拟分析。并通过建立风窗智能联动调控策略、加权数据融合算法及线性自抗扰等算法对风窗调控规则及智能调控实现方法进行建立。 (2)风窗智能调控系统硬件设计。分析数据采集系统结构和确定各传感器型号及安装位置完成对数据采集系统的硬件电路进行设计,在此基础之上建立井上井下数据传输结构以确保数据传输的实时性与准确性。根据建立的风窗调控方案实现对伺服驱动系统、PLC智能控制中心I/O地址分配、PLC智能控制系统硬件电路及伺服系统硬件电气原理图等进行详细设计。 (3)风窗智能调控系统软件设计。结合不同角度的性能参数对线性自抗扰伺服算法的参数进行了优化提升了风窗控制精度,通过PROFINET通讯技术对多传感器数据融合结果进行传输提升了风窗智能调控系统的通风实时性。基于TIA Portal V16对西门子S7-1200PLC进行了风窗调控系统的自抗扰伺服控制、数据融合、数据预警、通讯等编程。 本文通过对风窗风流场特性的研究得到风窗开度的关键参数,运用风窗开度参数优化了风窗线性自抗扰伺服控制精度,在此基础之上进行多传感器融合最终提升了局部通风性能。该研究丰富了局部通风实时性的研究途径,为矿井通风自动化、信息化、智能化协同管理及广大相关从业者提供了一种新的研究思路。 |
论文外文摘要: |
As a key component of the underground air circulation supply system in coal mines, the mine ventilation system is responsible for providing sufficient fresh air to all underground air-using places, while diluting and discharging toxic and harmful gases from underground. Good underground ventilation is a prerequisite for safe production in coal mines and a key guarantee for maintaining normal life supply and working environment temperature and humidity for underground workers. Adjusting the ventilation area of air windows in the process of mine ventilation is an essential adjustment measure to adjust and optimize the underground ventilation system. With the decreasing depth of underground workings, higher requirements for real-time ventilation are put forward inside mines, and how to build a real-time ventilation system has become a key issue in the study of underground ventilation. In this paper, we focus on the problem of unreasonable distribution of air flow in the working face due to the inability of the wind flow regulating device to automatically adjust the changes in real time. It provides a theoretical basis and technical support for underground application. The specific research contents are as follows: (1) The design of intelligent control system for air windows. Combining the characteristics of the wind flow field of the wind window in the underground ventilation system of the coal mine and the requirements of the air volume at the wind demand point of each mining face, the performance parameters of different opening angles of the wind window are numerically simulated and analyzed by using ANSYS Fluent model. The wind window regulation rules and intelligent regulation methods are established by establishing the wind window intelligent linkage regulation strategy, weighted data fusion algorithm and linear self anti-disturbance algorithm. (2) The hardware design of the wind window intelligent control system. Analyze the data acquisition system structure and determine the type and installation location of each sensor to complete the design of the hardware circuit of the data acquisition system, on top of which the uphole and downhole data transmission structure is established to ensure the real-time and accurate data transmission. According to the established wind window control scheme, the servo drive system, PLC intelligent control center I/O address assignment, PLC intelligent control system hardware circuit and servo system hardware electrical schematic are designed in detail. (3) The software design of the intelligent control system of the wind window. Combined with the performance parameters of different angles of the linear self-anti-disturbance servo algorithm parameters were optimized to improve the accuracy of the windshield control, and the transmission of multi-sensor data fusion results through PROFINET communication technology to improve the ventilation real-time of the windshield intelligent regulation and control system. Based on TIA Portal V16, the Siemens S7-1200PLC is programmed to control the self-turbulent servo control, data fusion, data warning and communication of the blower control system. The paper obtains the key parameters of air window opening by studying the characteristics of air flow field of air window, optimizes the accuracy of linear self-turbulence servo control of air window by using air window opening parameters, and finally improves the performance of local ventilation by multi-sensor fusion on this basis. This study enriches the research path of real-time local ventilation and provides a new research idea for mine ventilation automation, informationization, intelligent cooperative management and general related practitioners. |
参考文献: |
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中图分类号: | TD724 |
开放日期: | 2024-06-14 |