Geum.ru

Удк 681. 5: 622. 4 Методы искусственного интеллекта в задаче обеспечения эффективной вентиляции шахтных выработок

Вид материалаДокументы

Содержание


Шахтные вентиляторные установки
ПИД-регулятор и его модификации
Подобный материал:
УДК 681.5:622.4

МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ЗАДАЧЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТНЫХ ВЫРАБОТОК

Баталов Михаил Сергеевич

Пермский государственный педагогический университет,

614990, г. Пермь, ул. Сибирская, д. 24,

mbatalov@micont.ru


Рассмотрены технический и экономический аспекты проблемы организации эффективной шахтной вентиляции. Кратко описаны назначение, общая структура и принцип управления шахтной вентиляторной установкой. Рассмотрены преимущества использования ПИД-регулятора и его модификаций на основе методов нечёткой логики, нейронных сетей и генетических алгоритмов. Предложено использование данных модификаций в решении задачи разработки эффективных систем управления шахтными вентиляторами.


Введение

В горной промышленности важнейшей проблемой, при шахтной добыче, является организация эффективной вентиляции шахтных выработок. Эта проблема имеет как технический, так и экономический аспекты.

В техническом плане ключевым вопросом организации вентиляции шахт является искусственное проветривание горных выработок и создание нормальных атмосферных условий на горном предприятии [1]. Атмосфера подземных горных выработок шахт в силу их ограниченного объема легко насыщается вредностями техногенного и природного характера [2]. Использование принудительной вентиляции направлено на снижение концентрации вредных веществ до допустимого уровня за счёт подаваемого в выработки свежего воздуха. В качестве управляемого источника сил движения воздуха используется вентилятор [2].

Экономический аспект проблемы заключается в высокой энергоёмкости привода вентиляторов, обслуживающих шахту. На их долю уходит до 8 ÷ 10% электроэнергии расходуемой всей шахтой. [2]

Как правило, шахтные системы вентиляции работают в режимах, изменяющих свои параметры во времени, поэтому экономика работы этих систем зависит не только от правильного выбора вентилятора и согласования его аэродинамических характеристик и вентиляционной сети шахты, но и от способа и эффективности регулирования режимов его работы [2].

Для решения задачи повышения качества управления шахтными вентиляторами и сокращения энергопотребления необходима разработка эффективных систем плавного регулирования эксплуатационных параметров в автоматическом режиме в зависимости от заданных величин и внешних условий на основе современных возможностей техники.


Шахтные вентиляторные установки

В любой шахте имеется большое количество потребителей, находящихся в тупиковых пространствах. К таким потребителям относятся в первую очередь призабойные пространства выработок, находящихся в стадии проведения, различные технологические камеры, в некоторых случаях выработанные пространства и другие. Воздух к этим потребителям может подводиться с помощью специальных вентиляторов, называемых вентиляторами местного проветривания (ВМП).

Абсолютное большинство вентиляторов местного проветривания комплектуется электроприводом в виде асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором [2]. Данный тип вентиляторов используется в установках ШВУ-12А.

Шахтная вентиляторная установка типа ШВУ-12А предназначена для проветривания участка шахтного поля с использованием рециркуляционных струй воздуха (частичное повторное использование исходящей струи воздуха и ее смешивание с поступающей струей воздуха) для обеспечения рабочих зон требуемым количеством воздуха. [3]



Рисунок 1 – Общая структура установки и размещение ее основных элементов (1- вентилятор типа ВМЭ-12А; 2- конфузор; 3- камера смешения; 4- электромеханический обратный клапан)


Управление установкой осуществляется с пульта диспетчера рудника (машиниста ВГП) и позволяет автоматически регулировать рабочие параметры вентилятора (расход и давление воздуха) и, следовательно, коэффициент рециркуляции (отношение количества воздуха в рециркуляционной выработке к количеству воздуха на вентиляционных штреках) путем изменения скорости вращения рабочего колеса с помощью преобразователя частоты. [3]

Частотный способ является одним из наиболее перспективных и широко используемых в настоящее время способов регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Принцип его заключается в том, что, изменяя частоту питающего двигатель напряжения, можно изменять его частоту вращения холостого хода, получая тем самым различные искусственные характеристики. [4]

Управление частотным преобразователем осуществляется с помощью программного регулятора, обеспечивающего выдачу управляющего воздействия на основе собранных данных.

Таким образом, для решения задачи повышения безопасности ведения горных работ, качества проветривания удаленных участков шахтного поля и сокращения энергопотребления необходима разработка эффективных систем управления приводом шахтного вентилятора типа ВМЭ-12А.


ПИД-регулятор и его модификации

Как правило, для формирования управляющего сигнала в данных системах используется ПИД-регулятор, который является наиболее распространенным типом регулятора в АСУ ТП. Причины столь высокой популярности – простота построения и промышленного использования, ясность функционирования, пригодность для решения большинства практических задач и низкая стоимость. [5]

Растущие требования к качественным показателям ПИД-контроллеров инициируют появление множества модификаций.

Модификации ПИД-регуляторов на основе методов нечёткой логики, нейронных сетей и генетических алгоритмов позволят улучшить качественные характеристики. Нечёткое управление используется при недостаточном знании объекта управления, но наличии опыта управления им, в нелинейных системах, идентификация которых очень трудоёмка, а так же в случаях, когда по условию необходимо использовать знания эксперта. Нейронные сети, как и нечёткая логика, используются в ПИД-регуляторах двумя путями: для построения самого регулятора и для организации подстройки коэффициентов ПИД-регулятора. Особенностью нейронной сети является способность к «обучению», что позволяет передать нейронной сети опыт эксперта. Генетические алгоритмы используются для идентификации моделей объектов управления, для поиска оптимальных параметров регулятора, для поиска оптимальных положений функций принадлежности в нечетких регуляторах и для «обучения нейронных сетей». [6]


Заключение

Применение модификации ПИД-регуляторов на основе методов нечёткой логики, нейронных сетей и генетических алгоритмов в системах управления вентиляции шахт позволит не только надежно решить техническую проблему создания нормальных атмосферных условий на горном предприятии, но и существенно снизить затраты на энергопотребление, за счёт потребления энергии ровно такого количества, какое требуется для снижения концентрации вредных веществ в подземных горных выработках до допустимого уровня.


Библиографический список
  1. Дроздова Л.Г. Стационарные машины: учеб. пособие. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. – 157 с.
  2. Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы: Учеб. пособие.— Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2003. – 196 с. илл. 86, табл. 7.
  3. Шахтные вентиляторные установки [Электронный ресурс]/ ООО «Теплогазстрой» — Электрон. дан. — М.: 614990, Пермь, 2009. — Режим доступа: ссылка скрыта, свободный. — Загл. с экрана.(дата обращения: 01.11.2011)
  4. Масандилов Л. Б., Москаленко В. В. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Энергия, 1978.-96 с., ил. (Б-ка электромонтера; Вып. 469).
  5. Данисенко В.В. ПИД-регуляторы: принципы построения и модификации. Ч.1. // СТА. – М: СТА-ПРЕСС, 2006. №4. С.66-74.
  6. Данисенко В.В. ПИД-регуляторы: принципы построения и модификации. Ч.2. // СТА. – М: СТА-ПРЕСС, 2007. №1. С.78-88.


METHODS OF ARTIFICIAL INTELLIGENCE IN THE PROBLEM OF PROVIDING AN EFFECTIVE VENTILATION OF MINING CAMP


Batalov Mikhail Sergeevich

The Perm Teacher Training University,

614990, Perm, Siberian str., 24,

mbatalov@micont.ru


Examined the technical and economic aspects of establishing an effective mine ventilation. Briefly describes the purpose, the overall structure and management principles of mine ventilation unit. The advantages of PID and its modifications based on the methods of fuzzy logic, neural networks and genetic algorithms. Invited to use of these modifications in the task of developing effective systems of mine fans.