CN113565551B - 自动增益控制的矿井通风方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动增益控制的矿井通风方法、装置及系统，该方法包括：获取预设时段内多个有害气体浓度值；根据多个有害气体浓度值的峰值及中值确定数据强度；若数据强度大于有害气体安全阈值，则根据有害气体安全阈值及数据强度计算调整系数；若调整系数大于或等于一，则根据调整系数及当前放大倍数确定目标放大倍数；根据目标放大倍数及自动增益策略确定自动增益控制值，以及根据自动增益控制值控制风机。本发明可以合理控制风机风量大小，通过自动增益控制避免风机风量忽大忽小，维持风机运行的稳定性。

Description

自动增益控制的矿井通风方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及矿井通风技术领域，具体而言，涉及一种自动增益控制的矿井通风方法、装置及系统。

背景技术

现有矿井智能通风系统，通常设置有可控风机，外界新鲜空气可以通过主进风道进入各个支路风道，各支路风道设置有可控风窗，在矿井巷道设置有害气体传感器及风速传感器。

通过实时监测有害气体和风速信息，自动调整矿井中风窗开合程度及风机运行参数以完成矿井内自动按需调整通风量的需求。具体地，通过判断有害气体浓度与浓度阈值的大小关系，以及风速与风速阈值的大小关系，调节可控风机的排风量，防治各类通风异常导致的灾害事故。

现有矿井通风方案，仅以单一阈值为判据粗略调大调小风机风量，风机控制过程直接受传感器采集数据影响，容易导致风机排风量急速变化。

发明内容

本发明解决的是现有矿井通风方案风机控制过程直接受传感器采集数据影响，容易导致风机排风量急速变化的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种自动增益控制的矿井通风方法，所述方法包括：获取预设时段内多个有害气体浓度值；根据所述多个有害气体浓度值的峰值及中值确定数据强度；若所述数据强度大于有害气体安全阈值，则根据所述有害气体安全阈值及所述数据强度计算调整系数；若所述调整系数大于或等于一，则根据所述调整系数及当前放大倍数确定目标放大倍数；根据所述目标放大倍数及自动增益策略确定自动增益控制值，以及根据所述自动增益控制值控制风机。

可选地，所述根据所述目标放大倍数及自动增益策略确定自动增益控制值，包括：若所述目标放大倍数小于第一阈值，则确定自动增益控制值为零；若所述目标放大倍数大于或等于所述第一阈值且小于第二阈值，则根据第一倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；若所述目标放大倍数大于或等于所述第二阈值且小于第三阈值，则根据第二倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；所述第二倍数-控制值拟合曲线的斜率小于所述第一倍数-控制值拟合曲线的斜率；若所述目标放大倍数大于或等于所述第三阈值，则确定自动增益控制值为最大控制值。

可选地，所述预设时段分为多个连续的子时段；所述根据所述多个有害气体浓度值的峰值及中值，确定数据强度，包括：确定各所述子时段内有害气体浓度值对应的有害气体浓度峰值；计算各所述有害气体浓度峰值的中值，得到数据强度。

可选地，所述根据所述有害气体安全阈值及所述数据强度计算调整系数，包括：计算所述数据强度与所述有害气体安全阈值的比值，得到调整系数。

可选地，所述根据所述调整系数及当前自动倍数确定目标放大倍数，包括：将所述调整系数乘以当前放大倍数，得到目标放大倍数。

可选地，所述方法还包括：若所述调整系数小于一，则将所述当前放大倍数乘以预设值得到目标放大倍数；所述预设值小于一。

可选地，在所述根据所述自动增益控制值控制风机之前，所述方法还包括：开启定时器执行多次循环，中断后执行根据所述自动增益控制值控制风机的步骤。

本发明提供一种自动增益控制的矿井通风装置，所述装置包括：浓度获取模块，用于获取预设时段内多个有害气体浓度值；数据强度计算模块，用于根据所述多个有害气体浓度值的峰值及中值，确定数据强度；调整系数计算模块，用于若所述数据强度大于有害气体安全阈值，则根据所述有害气体安全阈值及所述数据强度计算调整系数；放大倍数确定模块，用于若所述调整系数大于或等于一，则根据所述调整系数及当前放大倍数确定目标放大倍数；自动增益控制模块，用于根据所述目标放大倍数及自动增益策略确定自动增益控制值，以及根据所述自动增益控制值控制风机。

可选地，所述自动增益控制模块，具体用于：若所述目标放大倍数小于第一阈值，则确定自动增益控制值为零；若所述目标放大倍数大于或等于所述第一阈值且小于第二阈值，则根据第一倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；若所述目标放大倍数大于或等于所述第二阈值且小于第三阈值，则根据第二倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；所述第二倍数-控制值拟合曲线的斜率小于所述第一倍数-控制值拟合曲线的斜率；若所述目标放大倍数大于或等于所述第三阈值，则确定自动增益控制值为最大控制值。

本发明提供一种自动增益控制的矿井通风系统，包括控制器，所述控制器用于执行上述自动增益控制的矿井通风方法。

本发明实施例提供的自动增益控制的矿井通风方法、装置及系统，可以根据有害气体浓度值的数据强度确定调整系数，然后根据调整系数确定目标放大系数，该目标放大系数基于自动增益策略与风机的控制值相对应，可以合理控制风机风量大小，通过自动增益控制避免风机风量忽大忽小，维持风机运行的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种自动增益控制的矿井通风方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的自动增益控制放大倍数与自动增益控制值关系曲线示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种自动增益控制的矿井通风方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种自动增益控制的矿井通风装置的结构示意图。

附图标记说明：

401-浓度获取模块；402-数据强度计算模块；403-调整系数计算模块；404-放大倍数确定模块；405-自动增益控制模块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供的自动增益控制的矿井通风系统，通过有害气体传感器、风速传感器和温度传感器可实时检测矿井内的各指标参数，通过收集的各项指标参数，系统分析一段时间内的参数，对风机运作进行控制以达到实时动态调整通风的目的。

现有技术通常是根据单一阈值而粗略调大调小风量，那么阈值的设定将至关重要，而实际使用中如果阈值设置偏小，会使风机长期处于满负荷状态；如果阈值设置偏大，则井下作业环境安全将无法保障。本发明实施例提供的自动增益控制的矿井通风方法，可以基于自动增益放大体现对风机的控制过程，且可以根据传感器采集数据回传动态控制。

图1为本发明实施例提供的一种自动增益控制的矿井通风方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：

S102，获取预设时段内多个有害气体浓度值。

有害气体传感器测量数据回传至系统，可选地，按预设的采样率采集预设时段内的连续多个有害气体浓度值。例如以1秒周期连续获取1分钟内的有害气体浓度值，得到60个有害气体浓度值。

S104，根据多个有害气体浓度值的峰值及中值确定数据强度。

其中，可以分段提取上述多个有害气体浓度值的峰值。在获取到有害气体浓度值后，为避免个别传感器故障导致的数据错误，可以将一定时间内的数据进行整体处理，防止少量数据波动导致风机风量忽大忽小。可选地，将上述预设时段分为多个连续的子时段，然后确定各个子时段内有害气体浓度值对应的有害气体浓度峰值；计算各有害气体浓度峰值的中值，将该中值作为上述有害气体浓度值的数据强度。

通过获取各个子时段的峰值，可以在有害气体浓度波动的情况下以各子时段的最大值进行风机风量控制，从而提高矿井作业环境安全性；然后，提取所有峰值的中值，既能够尽量快地对风机风量进行有效调整，同时又不会导致风机风量控制过于敏感，维持风机运行的稳定性。

进一步，通过上述计算峰值及中值的操作，还可以避免因传感器故障或其他原因造成的误报警和风机风量盲目增大。

S106，若上述数据强度大于有害气体安全阈值，则根据有害气体安全阈值及数据强度计算调整系数。

若上述数据强度大于有害气体安全阈值，则表明当前的有害气体浓度已超出了安全范围，需要对风机风量进行增大调整；若上述数据强度小于或等于有害气体安全阈值，则返回执行有害气体浓度值的采集步骤。

在当前的有害气体浓度已超出了安全范围时，基于该有害气体安全阈值及上述数据强度计算调整系数。可选地，通过计算数据强度与有害气体安全阈值的比值，可得到调整系数。在此需要说明的是，本实施例中采用数据强度及有害气体安全阈值的比例关系作为调整系数，在后续步骤中基于该调整系数调整自动增益控制的放大系数，可以直观地体现当前有害气体浓度对自动增益控制的影响，提高风机风量控制的准确性。

S108，若上述调整系数大于或等于一，则根据该调整系数及当前放大倍数确定目标放大倍数。

具体地，将上述调整系数乘以当前放大倍数，得到目标放大倍数。

若上述调整系数小于一，则表明当前的有害气体浓度处于安全范围内，为了降低风机负荷以及节约电力，可以控制风机风量减小。基于此，可以将当前放大倍数乘以预设值得到目标放大倍数，该预设值小于一。

S110，根据目标放大倍数及自动增益策略确定自动增益控制值，以及根据该自动增益控制值控制风机。

在目标放大倍数与自动增益控制值之间，采用自动增益策略将两者映射为拟合函数，在目标放大倍数较小时，随着目标放大倍数增加自动增益控制值迅速增大，在目标放大倍数较大时，随着目标放大倍数增加自动增益控制值缓慢增大，从而精细控制风机风量。

可选地，确定自动增益控制值包括以下情况：

若目标放大倍数小于第一阈值，则确定自动增益控制值为零；

若目标放大倍数大于或等于第一阈值且小于第二阈值，则根据第一倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；

若目标放大倍数大于或等于第二阈值且小于第三阈值，则根据第二倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；第二倍数-控制值拟合曲线的斜率小于第一倍数-控制值拟合曲线的斜率；

若目标放大倍数大于或等于第三阈值，则确定自动增益控制值为最大控制值。

示例性地，第一阈值为1，第二阈值为5，第三阈值为50。

图2为自动增益控制放大倍数与自动增益控制值关系曲线示意图，示出了第一倍数-控制值拟合曲线A及第二倍数-控制值拟合曲线B，横轴为放大倍数，纵轴为控制值。

目标放大倍数在第一阈值与第二阈值之间，可以将目标放大倍数代入该曲线A求得对应控制值；目标放大倍数在第二阈值与第三阈值之间，可以将目标放大倍数代入该曲线B求得对应控制值。如图2所示，曲线A为一条陡峭曲线，曲线B为一条平缓曲线，曲线A范围内目标放大倍数变化很小时控制值变化较大，当有害气体浓度在短时间内增加可令风机风量迅速加大，在目标放大倍数较小的阶段处理比较细致，可以达到维持矿井作业环境安全的目的。

可选地，可以开启定时器执行多次循环，中断后再执行上述根据自动增益控制值控制风机的步骤，可以避免控制频率过于频繁以及控制程度过度。

本实施例提供的自动增益控制的矿井通风方法，可以根据有害气体浓度值的数据强度确定调整系数，然后根据调整系数确定目标放大系数，该目标放大系数基于自动增益策略与风机的控制值相对应，可以合理控制风机风量大小，通过自动增益控制避免风机风量忽大忽小，维持风机运行的稳定性。

图3为本发明实施例提供的另一种自动增益控制的矿井通风方法的流程示意图，该方法将自动增益倍数与控制值的关系映射为某种函数，可选地，控制值为十六进制数，每一个自动增益倍数对应一个控制值，起初当自动增益倍数变化很小时控制值变化较大，当有害气体浓度在短时间内增加会令可控风机迅速加大，为避免有害气体“悄悄滋生”在放大倍数较小的阶段处理比较细致，达到维持矿井作业环境安全的目的。上述方法包括以下步骤：

S301，风机开启并初始化。

S302，传感器测量有害气体浓度数据并回传。

S303，判断有害气体浓度数据的数量是否大于阈值Q。若是，则执行S304；若否，则继续执行S302。

传感器可以按采样率收集1分钟以内的有害气体浓度值和风速值，得到多个有害气体浓度数据。在获取足够数量数据后，即可执行后续的自动增益控制步骤。

S304，产生串口中断进行数据处理。

S305，Q个有害气体浓度数据中每N个数据计算一次峰值。

以上述1分钟内数据为例，可以以每20s内数据计算一次峰值。

S306，根据各个峰值计算数据强度I。

可选地，以各个峰值的中值作为数据强度I。

S307，判断数据强度I是否在在有害气体安全阈值K之内。若是，则返回执行S302；若否，则执行S308。

S308，根据数据强度I计算调整系数M。可选地，M＝I/K。

S309，判断调整系数M是否小于1。若是，则执行S318；若否，则执行S310。

S310，计算目标放大倍数CM＝PM*M。其中，PM为当前放大倍数，即本次的放大倍数基于上一次的放大倍数确定。

S311，判断CM是否小于1。若是，则执行S312；若否，则执行S313。

S312，确定控制值为0。

S313，判断CM是否大于等于1且小于5。若是，则执行S314；若否，则执行S315。

S314，将CM代入曲线A得到控制值W。

S315，判断CM是否大于等于5且小于50。若是，则执行S316；若否，则执行S317。

S316，将CM代入曲线B得到控制值W。

S317，确定控制值为最大控制值。

若目标放大倍数小于1，则按设定步长向前继续对收集的数据进行判断；若大于1，则判断放大倍数是否大于等于1小于5，若是则将当前放大倍数带入拟合曲线A求得对应控制值用以控制风机程度，若不符合则继续判断放大倍数是否大于等于5小于50，若是则将当前放大倍数带入拟合曲线B求得对应控制值用以控制风机；若否则将控制值调至最大。

S318，开启定时器1，3次循环，每0.5秒中断一次。

S319，计算目标放大倍数CM＝PM*0.7。若目标放大倍数小于1，则新的放大倍数等于目标放大倍数乘以0.7，为使处理提高效率，引入中断。

S320，根据CM计算控制值W。

S321，定时中断，写入控制值。

S322，开启定时器2，3次循环。

S323，定时中断，写入控制值。

本实施提供的上述方法，可以根据矿井有害气体浓度合理控制风机大小，相较于普通依赖单一阈值的方法，自动增益控制可使风机不至于忽大忽小，体现控制过程，以及可避免因传感器故障或其他原因造成的误报警和风机盲目增大。

图4为本发明实施例提供的一种自动增益控制的矿井通风装置的结构示意图，所述装置包括：

浓度获取模块401，用于获取预设时段内多个有害气体浓度值；

数据强度计算模块402，用于根据所述多个有害气体浓度值的峰值及中值，确定数据强度；

调整系数计算模块403，用于若所述数据强度大于有害气体安全阈值，则根据所述有害气体安全阈值及所述数据强度计算调整系数；

放大倍数确定模块404，用于若所述调整系数大于或等于一，则根据所述调整系数及当前放大倍数确定目标放大倍数；

自动增益控制模块405，用于根据所述目标放大倍数及自动增益策略确定自动增益控制值，以及根据所述自动增益控制值控制风机。

本实施例提供的自动增益控制的矿井通风装置，可以根据有害气体浓度值的数据强度确定调整系数，然后根据调整系数确定目标放大系数，该目标放大系数基于自动增益策略与风机的控制值相对应，可以合理控制风机风量大小，通过自动增益控制避免风机风量忽大忽小，维持风机运行的稳定性。

可选地，作为一个实施例，所述自动增益控制模块405，具体用于：

若所述目标放大倍数小于第一阈值，则确定自动增益控制值为零；若所述目标放大倍数大于或等于所述第一阈值且小于第二阈值，则根据第一倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；若所述目标放大倍数大于或等于所述第二阈值且小于第三阈值，则根据第二倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；所述第二倍数-控制值拟合曲线的斜率小于所述第一倍数-控制值拟合曲线的斜率；若所述目标放大倍数大于或等于所述第三阈值，则确定自动增益控制值为最大控制值。

可选地，作为一个实施例，所述预设时段分为多个连续的子时段；所述数据强度计算模块402，具体用于：确定各所述子时段内有害气体浓度值对应的有害气体浓度峰值；计算各所述有害气体浓度峰值的中值，得到数据强度。

可选地，作为一个实施例，所述调整系数计算模块403，具体用于：计算所述数据强度与所述有害气体安全阈值的比值，得到调整系数。

可选地，作为一个实施例，所述放大倍数确定模块404，具体用于：将所述调整系数乘以当前放大倍数，得到目标放大倍数。

可选地，作为一个实施例，所述自动增益控制模块405还用于：若所述调整系数小于一，则将所述当前放大倍数乘以预设值得到目标放大倍数；所述预设值小于一。

可选地，作为一个实施例，所述装置还包括定时模块，用于：开启定时器执行多次循环，中断后执行根据上述自动增益控制值控制风机的步骤。

本发明提供一种自动增益控制的矿井通风系统，包括控制器，所述控制器用于执行上述自动增益控制的矿井通风方法。

当然，本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程度来指令控制装置来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程，其中所述的存储介质可为存储器、磁盘、光盘等。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种自动增益控制的矿井通风方法，其特征在于，所述方法包括：

获取预设时段内多个有害气体浓度值；

根据所述多个有害气体浓度值的峰值及中值确定数据强度；

若所述数据强度大于有害气体安全阈值，则根据所述有害气体安全阈值及所述数据强度计算调整系数；

若所述调整系数大于或等于一，则根据所述调整系数及当前放大倍数确定目标放大倍数；

根据所述目标放大倍数及自动增益策略确定自动增益控制值，以及根据所述自动增益控制值控制风机；

所述根据所述目标放大倍数及自动增益策略确定自动增益控制值，包括：

若所述目标放大倍数小于第一阈值，则确定自动增益控制值为零；

若所述目标放大倍数大于或等于所述第一阈值且小于第二阈值，则根据第一倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；

若所述目标放大倍数大于或等于所述第二阈值且小于第三阈值，则根据第二倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；所述第二倍数-控制值拟合曲线的斜率小于所述第一倍数-控制值拟合曲线的斜率；

若所述目标放大倍数大于或等于所述第三阈值，则确定自动增益控制值为最大控制值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设时段分为多个连续的子时段；所述根据所述多个有害气体浓度值的峰值及中值，确定数据强度，包括：

确定各所述子时段内有害气体浓度值对应的有害气体浓度峰值；

计算各所述有害气体浓度峰值的中值，得到数据强度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述有害气体安全阈值及所述数据强度计算调整系数，包括：

计算所述数据强度与所述有害气体安全阈值的比值，得到调整系数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述调整系数及当前自动倍数确定目标放大倍数，包括：

将所述调整系数乘以当前放大倍数，得到目标放大倍数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述调整系数小于一，则将所述当前放大倍数乘以预设值得到目标放大倍数；所述预设值小于一。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述根据所述自动增益控制值控制风机之前，所述方法还包括：

开启定时器执行多次循环，中断后执行根据所述自动增益控制值控制风机的步骤。

7.一种自动增益控制的矿井通风装置，其特征在于，所述装置包括：

浓度获取模块，用于获取预设时段内多个有害气体浓度值；

数据强度计算模块，用于根据所述多个有害气体浓度值的峰值及中值，确定数据强度；

调整系数计算模块，用于若所述数据强度大于有害气体安全阈值，则根据所述有害气体安全阈值及所述数据强度计算调整系数；

放大倍数确定模块，用于若所述调整系数大于或等于一，则根据所述调整系数及当前放大倍数确定目标放大倍数；

自动增益控制模块，用于根据所述目标放大倍数及自动增益策略确定自动增益控制值，以及根据所述自动增益控制值控制风机；

所述自动增益控制模块，具体用于：

若所述目标放大倍数小于第一阈值，则确定自动增益控制值为零；

若所述目标放大倍数大于或等于所述第一阈值且小于第二阈值，则根据第一倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；

若所述目标放大倍数大于或等于所述第二阈值且小于第三阈值，则根据第二倍数-控制值拟合曲线确定自动增益控制值；所述第二倍数-控制值拟合曲线的斜率小于所述第一倍数-控制值拟合曲线的斜率；

若所述目标放大倍数大于或等于所述第三阈值，则确定自动增益控制值为最大控制值。

8.一种自动增益控制的矿井通风系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器用于执行权利要求1-6任一项所述的自动增益控制的矿井通风方法。