大型矿井主通风机智能监控系统研究

摘要

主通风机有着“矿井肺腑”之称，承担着向井下输送新鲜空气的重任，是矿井安全生产的前提与保障，其重要性不言而喻。大型矿井井下工作面情况复杂，不同时期需风量差异较大，主通风机应根据工作面情况调整供风量以满足生产的需要，但是国内多数大型矿井主通风机风量调节方式较为落后，不能实现风量的精确调节，有着“大马拉小车”的现象，造成了电能的浪费，另外，大型矿井井下工作人员众多，这对主通风机运行的可靠性就提出了更高的要求。因此进行大型矿井主通风机智能监控系统研究对于实现大型矿井的安全节能生产具有重要意义。 针对大型矿井主通风机监控系统中存在的问题，本课题以平煤五矿主通风机为背景，对大型矿井主通风机智能监控系统进行研究。首先，本课题对比了主通风机常用风量调节方式后，采用变频调速法进行风量调节，使用模糊PID控制器对风量调节系统进行智能控制，并采用遗传算法对模糊PID控制器的量化因子与比例因子进行离线寻优，优化了模糊PID控制器的控制效果；然后，对主通风机机械故障诊断算法进行了研究，采用EEMD算法对振动信号进行分解，通过计算IMF分量的能量熵来提取故障信号的特征参数，使用SOM神经网络实现主通风机机械故障的智能诊断；最后，结合现场实际情况，采用传感器检测技术与PLC控制技术进行了智能监控系统的硬件设计，使用TIA portal与组态王等软件进行了智能监控系统的软件设计。 本课题设计的大型矿井主通风机智能监控系统对其他矿井主通风机监控系统的改造具有借鉴意义，对实现大型矿井主通风机监控系统的智能化、信息化发展产生积极影响。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 选题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 主通风机监控系统的研究现状

1.2.2 主通风机风量调节技术研究现状

1.2.3 主通风机故障智能诊断研究现状

1.3 课题主要研究内容及论文结构

1.3.1 课题研究的主要内容

1.3.2 论文结构

2 主通风机智能监控方案

2.1 概述

2.2 主通风机风量调节系统分析与建模

2.2.1 主通风机风量调节方式简述

2.2.2 变频调节风量与节能原理分析

2.2.3 主通风机风量调节系统数学建模

2.3 主通风机机械故障机理分析

2.4 主通风机监控系统监测参数及结构

2.4.1 矿井主通风机监测参数

2.4.2 主通风机智能监控系统结构

2.5 本章小结

3 主通风机风量调节智能控制算法研究

3.1 概述

3.2.1 PID控制原理

3.2.2 模糊PID控制原理

3.2.3 仿真分析

3.3 基于遗传算法优化的模糊 PID 控制器设计

3.3.1 遗传算法原理

3.3.2 遗传算法优化模糊PID控制器设计

3.4 本章小结

4 主通风机机械故障智能诊断算法研究

4.1 概述

4.2 Hilbert-Huang变换原理研究

4.2.1 瞬时频率与固有模态函数

4.2.2经验模态分解

4.2.3 Hilbert谱与Hilbert边际谱

4.3.1 EMD算法的缺陷

4.3.2 EEMD算法原理

4.3.3 主通风机机械故障特征参数提取

4.4 基于SOM神经网络的故障诊断

4.4.1 SOM神经网络基本原理

4.4.2 基于SOM神经网络的主通风机机械故障智能诊断

4.5 本章小结

5 主通风机智能监控系统设计

5.1 概述

5.2 智能监控系统硬件设计

5.2.1 PLC控制系统结构

5.2.2 PLC控制系统设计

5.3 智能监控系统软件设计

5.3.1 PLC程序设计

5.3.2 上位机监控界面设计

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

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