基于模糊PID的煤矿井下排水控制系统

《自动化与仪器仪表》2014年第1期（总第171期）基于模糊基于模糊PIDPID的煤矿井下排水控制系统的煤矿井下排水控制系统李振飞1，李长录2（1黑龙江科技大学电信学院黑龙江哈尔滨，150000）（2中煤科工集团沈阳研究院辽宁抚顺，113122）摘要：提出一种以PLC控制器和矿用隔爆兼本安型变频器为核心的煤矿井下排水系统。在硬件基础上，详细设计出了模糊自整定PID算法，并用Simulink仿真对模糊自整定PID和普通PID算法进行了比较。在荣华一矿实际应用中，当排水系统对不同目标供水时，控制电机转速，使水泵出水口压力满足不同目标的用水需求。通过仿真和实际使用的结果表明，采用模糊自整定算法的煤矿井下排水系统可以快速的响应不同供水压力需求，提高了控制精度，改善了控制性能，达到了节能减排和水资源综合利用的目的。关键词：排水系统；PLC；变频器；模糊PID控制AbstractAbstract：ProposesaPLCcontrollerandFlameproofandIntrinsicallySafeinverterasthecore,thepracticalapplicationofmineRonghuaabackgroundofcoalminedrainagesysteminthelivingareaformines,fieldsandcoalwashingplant,suchasdifferenttar-getwater,throughthefuzzyPIDcontroller,precisecontrolofmotorspeed,thepumpoutletpressuretomeetthewaterneedsofdif-ferenttarget.Keywords:Keywords:Drainagesystem；PLC；Inverter；FuzzyPIDControl中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：1001-9227（2014）01-0025-03收稿日期：2013-11-09作者简介：李振飞（1987-），男，河北邯郸人，硕士研究生，主要研究方向为电力电子与电力传动。0引言排水系统是保证煤矿安全生产的必备系统之一。它既是煤矿的能耗大户，也扮演着水资源调配的重任。以往，矿井排水系统把井下的水资源排到地面后，没有对其进行有效的利用，造成水资源的极大浪费。随着国家对自然环境和节能减排重视程度的加强，对水资源的综合利用也成为煤矿的重要节能减排措施。在自动化技术和变频技术的不断发展的今天，通过PLC控制器和隔爆兼本安型高压变频器的应用，并且采用模糊自整定PID算法，实现快速而精确的调整电机转速，进而改变水泵扬程，满足对矿生活区、农田灌溉和煤矿洗煤厂等不同目标直接供水的扬程需求，达到节能减排和水资源综合利用的目的。1中央水泵房硬件系统鸡西荣华立井井下中央水泵房的硬件系统包括：Y450-4型6KV电机3台，额定功率1000kW；DM650型水泵3台，扬程为650m；矿用隔爆兼本安型高压变频器3台，额定功率1200KW；KXJ660矿用隔爆兼本安型可编程控制器1台；QJGZ-500/6型6kV电磁启动器3台；中央水泵房的6kV高压电源、380V电源等从中央变电所引出。6kV高压电缆首先接入电磁启动器后与变频器串联。可编程控制箱的供电电压为380V，通过模拟量输出模块控制变频器的频率。电气主接线图如图1所示。6KV电磁启动器变频器MPLC可编程控�箱6KV进线380V进线图1电气主接线示意图中央水泵房由两个储水仓组成，甲仓为主仓容积为1300m3,乙仓容积为900m3。水泵房采用双管路设计，在平时运行时，可以轮流替换，增加管道寿命。在涌水量比较大或者发生突水事故时，可以增加排水量，提高处理灾害的能力。其管路连接如图2所示。图2管路连接示意图2模糊自整定PID控制器的设计2.1控制器结构的设计近年来,人们逐渐将模糊自调整PID控制器应用在交流电机的速度控制中。相对于传统的PID调节器，模糊自整定PID对交流调速系统可以实现更高精度和更高速度的动态特性和静态特性。PID（比例、积分、微分）控制，是现在工业系统使用25学兔兔www.xuetutu.com基于模糊PID的煤矿井下排水控制系统李振飞，等（下转第29页）最为广泛的一种控制方式。传统的PID控制器的离散表达式如下：u(k)=kpe(k)+kpTsTs∑i=0k-1e(i)+kpTde(K)-e(K-1)Ts在常规的PID调节的基础上，采用模糊推理的思想对传统的PID调节器进行改进。在一个采样周期的变化里，我们根据被控对象在这个时间段里的误差和误差变化率，就可以确定修订参数的大小,把它们作为输入变量转换为模糊变量,然后利用模糊法则知识匹配它们。这就实现了PID调节器的模糊自整定。