节能导向的煤矿大型机电设备协同控制技术

摘要

节能导向的煤矿大型机电设备协同控制技术是以煤矿综合生产系统中主要耗能设备工作状态的智能感知为前提，各子系统间大型机电设备协同工作效率及协同控制策略为优化对象，最终实现整个煤矿综合生产系统的节能目标的过程。由于煤矿综合生产系统庞大，大型机电设备种类较多，且生产过程复杂，这增加了对煤矿大型机电设备工作状态实时监测的难度。煤矿综合生产系统任务调度问题也很大程度上影响着煤矿综合生产的能耗，几种常见的任务调度算法运用在煤矿综合生产任务调度中所反映出的任务调度完成时间不同，任务调度完成时间不同也在一定程度上导致了最终不同的能耗程度。鉴于此，为获得较为节能的煤矿综合生产效果，研究一种合理的节能导向的煤矿大型机电设备协同控制技术就成为迫在眉睫的任务。
　　本文主要研究煤矿大型机电设备效率优化及煤矿综合生产系统任务调度策略优化来降低煤矿综合生产能耗。首先，针对煤矿综合生产系统复杂的特点，本文对煤矿大型机电设备和子系统进行了分类，并给出了这些子系统中主耗能大型机电设备。其次，讨论了煤矿综合生产系统中大型机电设备的效率优化问题，详细推导了煤矿综合生产系统的能耗公式。此外，本文以协同控制为导向的煤矿综合生产系统任务动态优先级调度策略研究为主线，再结合具体的煤矿大型机电设备传感器监测方案与煤矿子系统间通信方案，具体讨论了煤矿综合生产的节能过程。在方案实施方面，本文主要采用S7-200SMART型PLC对煤矿大型机电设备的状态进行感知控制，采用ARM920T系列微处理器S3C2440作为多元异构网络通信系统总控制芯片，并在文中介绍了相关传感器选型、煤矿多元异构网络构建以及子系统间、设备间通信过程。利用OneNET云平台实现了煤矿大型机电设备的工作状态的实时监测，最后对煤矿综合生产能耗影响指标进行了仿真研究，并对仿真结果作出了详细分析，证明了本文提出的节能导向的煤矿大型协同控制技术是可行的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究内容

1．3 创新点

2 国内外研究现状

2．1 煤炭工业节能减排相关概念

2．2 煤矿综合生产智能控制技术研究现状

2．3 煤矿智能控制关键技术

2．3．1 传感器感知技术

2．3．2 网络传输技术

2．3．3 实时定位技术

2．3．4 数据处理技术

2．4 本章小结

3 煤矿综合生产系统分析

3．1 煤矿大型机电设备分类

3．2 煤矿综合生产子系统分类

3．2 子系统能耗数据分析

3．4 本章小结

4 煤矿大型机电设备效率优化及能耗分析

4．1 煤矿大型机电设备效率优化

4．2 煤矿子系统任务模型

4．3 本章小结

5 协同控制导向的煤矿系统任务调度算法

5．1 煤矿系统任务调度的基本概念和定义

5．2 基于动态优先级的煤矿系统任务调度算法

5．2．1 煤矿系统任务调度相关概念和假设

5．2．2 价值密度为导向的系统任务执行可行性分析

5．2．3 时间几何度为导向的系统任务执行紧迫性分析

5．2．4 协同控制导向的煤矿综合生产系统任务调度策略

5．3 本章小结

6 技术实现

6．1 基于物联网的煤矿大型机电设备状态监测

6．1．1 传感器选型原则

6．1．2 主耗能机电设备需监测物理量及相应传感器选型

6．1．3 传感器检测方案

6．2 基于异构网络的煤矿子系统间通信

6．2．1 煤矿多元异构网络通信架构的建立

6．2．2 通信方案制定

6．3 基于OneNET云平台的煤矿设备协同控制技术

6．3．1 基于动态优先级实时调度的设备间协同控制技术方案

6．3．2 节能导向的煤矿大型机电设备协同控制技术应用

6．4 本章小结

7 总结和展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间科研成果