本發(fā)明涉及風(fēng)門風(fēng)量控制技術(shù)，具體為適用于多功能風(fēng)門的風(fēng)量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)門作為通風(fēng)系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，在建筑、暖通、工業(yè)以及礦業(yè)領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用，尤其在礦用領(lǐng)域，風(fēng)門的調(diào)節(jié)控制至關(guān)重要，其風(fēng)量的控制以及風(fēng)門開度的準(zhǔn)確性對生產(chǎn)環(huán)境的安全性和效率有著重要影響；

2、現(xiàn)有的礦用風(fēng)門雖然實現(xiàn)了由機械電子控制代替了人工手動控制，但是由于井下環(huán)境惡劣且突然情況時環(huán)境條件變化烈度較大，這種調(diào)節(jié)方式就會因為風(fēng)量調(diào)節(jié)不夠精確、響應(yīng)速度慢以及自動化程度低，導(dǎo)致通風(fēng)需求無法快速得到滿足，風(fēng)險發(fā)生時的處理時效性也得不到保證。為此，我們提供一種適用于多功能風(fēng)門的風(fēng)量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供了適用于多功能風(fēng)門的風(fēng)量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

2、本發(fā)明所解決的技術(shù)問題為：

3、(1)如何通過構(gòu)建風(fēng)量與風(fēng)門開度關(guān)系式，從而精確地得出一定需風(fēng)量下的風(fēng)門開度，解決現(xiàn)有的風(fēng)門控制手段粗糙不夠精細(xì)化的問題；

4、(2)如何通過對氣體組分濃度的變化趨勢進(jìn)行分析，從而區(qū)分事態(tài)緊急程度，采取兩種不同排風(fēng)模式進(jìn)行排風(fēng)處理，在不同排風(fēng)模式下計算對應(yīng)需風(fēng)量，解決現(xiàn)有控制方式機械進(jìn)行閾值判斷并采取措施，導(dǎo)致響應(yīng)慢和能耗大的問題。

5、本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：適用于多功能風(fēng)門的風(fēng)量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，包括：

6、環(huán)境感知模塊，用于獲取巷道支路內(nèi)風(fēng)門兩側(cè)的有害氣體濃度、風(fēng)速、壓強、二氧化碳?xì)怏w濃度、粉塵濃度并儲存至數(shù)據(jù)存儲模塊；

7、設(shè)備監(jiān)測模塊，用于獲取巷道網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)機的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及風(fēng)門的開度狀態(tài)數(shù)據(jù)；

8、分類設(shè)參模塊，針對不同巷道進(jìn)行編號并依據(jù)用途不同設(shè)置相對應(yīng)的監(jiān)控參數(shù)，同時對各巷道支路的固定屬性參數(shù)進(jìn)行錄入，包括橫截斷面周長、面積以及壁面摩擦阻力系數(shù)；

9、融合分析模塊，用于對巷道網(wǎng)絡(luò)中任意閉合回路中的巷道支路進(jìn)行通風(fēng)風(fēng)量與風(fēng)門開度分析，得出兩者的關(guān)系式，并且根據(jù)環(huán)境感知模塊的實時采集數(shù)據(jù)判定各巷道支路的空氣狀態(tài)，根據(jù)判定結(jié)果發(fā)送不同指令至排風(fēng)控制模塊；

10、排風(fēng)控制模塊，根據(jù)融合分析模塊發(fā)出的不同排風(fēng)指令以及對應(yīng)指令下的排風(fēng)量，采取對應(yīng)的控制策略，包括控制風(fēng)機排風(fēng)量和各巷道支路風(fēng)門的開度。

11、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：設(shè)備監(jiān)測模塊根據(jù)位移傳感器或角度傳感器的示數(shù)得出風(fēng)門開度的計算方式包括：

12、當(dāng)風(fēng)門為位移傳感器監(jiān)測下的線性打開模式，風(fēng)門開度其中，δx為位移傳感器的讀取位移示數(shù)，xmax為風(fēng)門的最大位移，sen為傳感器靈敏度；

13、當(dāng)風(fēng)門為角度傳感器監(jiān)測下的非線性打開模式，風(fēng)門開度k＝(1-cosθ)*sen，其中，θ為角度移傳感器的讀取角度示數(shù)。

14、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：融合分析模塊進(jìn)行通風(fēng)風(fēng)量與風(fēng)門開度關(guān)系分析的步驟包括：

15、步驟一、根據(jù)巷道網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)、巷道分支數(shù)以及圖論觀點，得出獨立回路數(shù)；

16、步驟二、在任意獨立回路中，分別計算得到計算風(fēng)門兩側(cè)的通風(fēng)風(fēng)壓以及通風(fēng)阻力；

17、步驟三、根據(jù)氣流克服阻力通過風(fēng)門的平衡方程以及風(fēng)門開度，聯(lián)立得到風(fēng)量與風(fēng)門開度關(guān)系式；

18、步驟四、依據(jù)環(huán)境感知模塊的數(shù)據(jù)監(jiān)測情況，對不同巷道支路中氣體組分濃度與允許范圍值進(jìn)行判定，從而生成不同排風(fēng)指令并在對應(yīng)指令下評估計算該巷道支路的需風(fēng)量。

19、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：步驟二中所述風(fēng)門兩側(cè)通風(fēng)風(fēng)壓的計算公式為：

20、

21、其中，δp靜＝(p1-p2)+g(ρ1z1-ρ2z2)，

22、p1、p2分別為巷道內(nèi)風(fēng)門兩側(cè)巷道段中點位置所在橫斷面的靜壓，z1、z2分別為兩中點位置的絕對高度；g表示重力加速度，ρ1、ρ2分別表示風(fēng)門兩側(cè)的氣體密度，v1、v2分別表示風(fēng)門兩側(cè)的氣體流動速度；

23、通風(fēng)阻力的計算公式為

24、其中，c為巷道的橫截斷面周長，s為橫截斷面面積，α為壁面摩擦阻力系數(shù)，d為兩個橫截斷面的距離，q為風(fēng)量；

25、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：步驟三中聯(lián)立得到風(fēng)量與風(fēng)門開度關(guān)系式的過程為：

26、風(fēng)壓克服風(fēng)阻的平衡方程為e*s風(fēng)＝hf；

27、其中，s風(fēng)為風(fēng)門在一定開度下的通風(fēng)面積，且s風(fēng)＝k*smax，smax表示風(fēng)門完全打開后通風(fēng)面積；

28、則有

29、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：融合分析模塊在對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判定的過程包括：

30、從數(shù)據(jù)存儲模塊中讀取具有時序特征的監(jiān)測數(shù)據(jù)并構(gòu)建坐標(biāo)系繪制對應(yīng)氣體的濃度-時間變化曲線；

31、首先，判定該曲線在一定時間長度內(nèi)的平均變化率與設(shè)定值帶下關(guān)系：

32、當(dāng)平均變化率不超過設(shè)定值時，維持現(xiàn)有的通風(fēng)狀態(tài)；

33、當(dāng)平均變化率大于設(shè)定值時，判斷在該時間長度內(nèi)的曲線段的二階導(dǎo)數(shù)值：

34、當(dāng)二階導(dǎo)數(shù)＜0，根據(jù)當(dāng)前曲線變化趨勢模擬出該曲線達(dá)到機智點的坐標(biāo)，比較此時的濃度值與最大允許濃度，當(dāng)超過最大允許濃度，則發(fā)送預(yù)排風(fēng)指令至排風(fēng)控制模塊，否則保持現(xiàn)有狀態(tài)；

35、當(dāng)二階導(dǎo)數(shù)≥0，直接發(fā)送緊急排風(fēng)指令至排風(fēng)控制模塊。

36、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：在不同排風(fēng)指令下的各巷道支路的需風(fēng)量計算過程如下，排風(fēng)指令包括預(yù)排風(fēng)指令和緊急排風(fēng)指令：

37、預(yù)排風(fēng)指令模式下，對氣體組分i濃度進(jìn)行通風(fēng)處理的需風(fēng)量為則該巷道支路的總需風(fēng)量為∑qbi；其中δqi＝δci*vb，ci為氣體組分i在時間長度δt初始時刻的濃度值，δci表示該段時間長度內(nèi)的濃度變化值，vb表示巷道支路b中的風(fēng)門一側(cè)的氣體體積；

38、緊急排風(fēng)模式下，需風(fēng)量為qbi＝ci允vb，則該巷道支路的總需風(fēng)量為∑qbi，其中ci允為氣體組分i的最大允許濃度值。

39、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：排風(fēng)控制模塊接收到預(yù)排風(fēng)指令或緊急排風(fēng)指令后，按照對應(yīng)的需風(fēng)量進(jìn)行時滯補償，即乘以一個取值范圍為1.02～1.25的系數(shù)，進(jìn)而得到每個巷道支路補償后的需風(fēng)量，最終求和得到風(fēng)機的總需求排風(fēng)量，并驅(qū)動風(fēng)機按照排風(fēng)量需求進(jìn)行排風(fēng)，且風(fēng)門開度按照各巷道支路需風(fēng)量與風(fēng)度開度關(guān)系式進(jìn)行計算確定，相關(guān)參數(shù)取一定時間窗口內(nèi)的平均值。

40、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：在無排風(fēng)指令情況下，所述時間窗口的長度固定，并每600秒移動一次，時間窗口的右端點即為當(dāng)前最新時刻，移動后重新計算風(fēng)門開度，若計算結(jié)果風(fēng)門開度變化小于百分之十時，則維持原有狀態(tài)，否則改變風(fēng)門開度；

41、在有排風(fēng)指令產(chǎn)生的情況下，此時的時間窗口長度設(shè)置為無排風(fēng)指令下的長度的三分之一，且每180s移動一次，只要計算結(jié)果風(fēng)門開度變化大于百分之五時，即進(jìn)行風(fēng)門開度調(diào)節(jié)。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下有益效果：

43、1、本發(fā)明通過構(gòu)建風(fēng)量與風(fēng)門開度關(guān)系式，從在建立在一定需風(fēng)量基礎(chǔ)上確定出風(fēng)門開度的大小，進(jìn)而進(jìn)行風(fēng)門的控制調(diào)節(jié)，使得風(fēng)門的控制具有理論和數(shù)據(jù)支撐，能夠更加合理地對風(fēng)門進(jìn)行控制。

44、2、本發(fā)明通過對氣體組分濃度的變化趨勢進(jìn)行分析，從而區(qū)分事態(tài)緊急程度，采取兩種不同排風(fēng)模式進(jìn)行排風(fēng)處理，在不同排風(fēng)模式下計算對應(yīng)需風(fēng)量，相比現(xiàn)有控制方式機械進(jìn)行閾值判斷并采取措施，響應(yīng)程度更快，且應(yīng)變處理措施更加合理準(zhǔn)備，風(fēng)門的控制更加精細(xì)化，同時避免了機械式的控制方式導(dǎo)致的能耗大的問題。