滴道盛和煤矿立井低温热泵远程控制研究

0 引言

滴道盛和煤矿立井所处环境特殊，温度条件复杂，传统的温度控制方式已难以满足实际需求。随着科技的不断发展，低温热泵技术在温度调控方面展现出了显著的优势，而将远程控制技术与低温热泵相结合，能够实现对立井温度的精准、高效控制，进一步提升煤矿生产的安全性和经济性。

1 滴道盛和煤矿立井低温热泵系统概述

滴道盛和煤矿立井低温热泵系统是为了应对立井内复杂的温度环境而设计的一套专门的温度调控系统。该系统以低温热泵为核心设备，通过吸收立井周围环境中的低品位热能，并将其转化为可利用的高品位热能，从而实现对立井内温度的调节。系统的运行依赖于一系列的配套设备，包括蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀等，这些设备相互协作，共同完成热能的转换和传递过程。与传统的供暖或制冷系统相比，该低温热泵系统具有能效比高、环保性好等特点，能够在满足立井温度控制要求的同时，降低能源消耗和对环境的影响。在滴道盛和煤矿的实际生产中，该系统的稳定运行直接关系到立井内的作业环境，进而影响生产进度和作业安全。

2 低温热泵远程控制关键技术

2.1 数据采集与传输技术

数据采集与传输技术是低温热泵远程控制的基础，其主要作用是实时获取系统运行过程中的各种参数，并将这些参数准确、及时地传输到远程控制中心。在滴道盛和煤矿立井低温热泵系统中，需要采集的参数包括立井内的温度、湿度、热泵机组的进出口温度、压力、压缩机的运行频率、电流、电压等。为了实现对这些参数的精准采集，采用了多种高精度的传感器，如温度传感器采用铂电阻传感器，其测量精度可达 ±0.1 C ；压力传感器采用应变片式传感器，能够准确测量不同范围的压力值。在数据传输方面，考虑到立井环境的特殊性，存在着较强的电磁干扰和信号衰减，因此采用了抗干扰能力强、传输速率高的工业以太网技术。

2.2 远程控制算法

远程控制算法是实现低温热泵远程精准控制的核心，其根据采集到的立井内环境参数和热泵系统运行参数，制定出合理的控制策略，进而对热泵机组的运行状态进行调节。在滴道盛和煤矿立井低温热泵远程控制中，采用了基于模糊 PID 控制的算法。模糊控制具有较强的鲁棒性和适应性，能够处理系统中存在的非线性、不确定性等问题；而PID 控制则具有控制精度高、调节速度快的特点。将两者相结合，能够充分发挥各自的优势，提高系统的控制性能。具体来说，模糊 PID 控制器根据立井内的实际温度与设定温度的偏差以及偏差变化率，通过模糊推理确定 PID 控制器的比例系数、积分系数和微分系数的调整量，从而实现对热泵机组输出功率的实时调节，使立井内的温度稳定在设定范围内。

2.3 远程监控与故障诊断技术

远程监控与故障诊断技术是保障低温热泵系统安全、稳定运行的重要手段。远程监控技术能够实时显示热泵系统的运行状态、各种参数的变化曲线以及立井内的环境情况，使工作人员在远程控制中心就能够全面了解系统的运行状况。通过监控界面，工作人员可以对热泵机组进行远程启停、参数设置等操作，实现对系统的远程管理。故障诊断技术则能够及时发现系统运行过程中出现的故障，并准确判断故障的类型和位置，为故障排除提供依据。在滴道盛和煤矿立井低温热泵系统中，采用了基于专家系统和神经网络的故障诊断方法。专家系统将领域专家的经验和知识转化为规则库，通过对系统运行参数的分析和推理，判断是否存在故障以及故障的原因；神经网络则具有强大的模式识别能力，能够通过对大量故障数据的学习，建立故障识别模型，提高故障诊断的准确性和速度。

3 滴道盛和煤矿立井低温热泵远程控制系统设计

3.1 系统总体架构设计

滴道盛和煤矿立井低温热泵远程控制系统的总体架构采用了分层设计的思想，主要分为现场设备层、数据传输层、控制层和应用层。现场设备层主要包括各种传感器、执行器和热泵机组等设备，负责采集立井内的环境参数和热泵系统的运行参数，并执行控制层发出的控制指令。数据传输层由工业以太网、无线通信模块等组成，承担着数据的传输任务，将现场设备层采集到的数据传输到控制层，同时将控制层的控制指令传输到现场设备层。控制层是系统的核心，由工业控制计算机、PLC 控制器等组成，负责对采集到的数据进行处理、分析和运算，根据远程控制算法生成控制指令，并发送到现场设备层。应用层主要包括远程监控中心的监控软件、数据库服务器等，为工作人员提供人机交互界面，实现对系统的远程监控、参数设置、数据查询和报表生成等功能。

3.2 硬件选型与配置

硬件选型与配置是确保滴道盛和煤矿立井低温热泵远程控制系统能够稳定、高效运行的关键环节。在传感器选型方面，温度传感器选用了适合工业环境的铂电阻温度传感器，其测量范围为 -50℃ ~150℃，能够满足立井内温度测量的需求；湿度传感器采用电容式湿度传感器，测量精度高，响应速度快；压力传感器根据不同的测量范围选择了相应的应变片式压力传感器，确保测量数据的准确性。执行器方面，选用了电动调节阀来控制热泵机组的冷媒流量，其调节精度高，动作可靠；选用了交流接触器来控制热泵机组的启停，具有较强的过载能力和抗干扰能力。在控制设备选型上，PLC 控制器选用了性能稳定、编程灵活的西门子 S7-1200 系列 PLC，其具有丰富的接口和强大的运算能力，能够满足系统的控制需求；工业控制计算机选用了具有抗振动、抗冲击、防尘、防潮等特点的工业级计算机，确保在恶劣的工业环境下能够稳定运行。

3.3 软件设计与开发

软件设计与开发是滴道盛和煤矿立井低温热泵远程控制系统实现各项功能的重要保障。系统软件主要包括 PLC 控制程序、远程监控软件和数据库管理软件。PLC 控制程序采用梯形图和 scL 语言进行编写，实现了对现场设备的数据采集、逻辑控制和控制指令的执行等功能。在程序设计中，采用了模块化的设计思想，将不同的功能划分为多个模块，如数据采集模块、控制算法模块、故障处理模块等，便于程序的调试和维护。远程监控软件采用 C# 语言在 VisualStudio 开发环境下进行开发，具有良好的人机交互界面，能够实时显示系统的运行状态、参数曲线和报警信息等。工作人员可以通过监控软件对热泵机组进行远程控制，如启停控制、参数设置等，同时还可以查询历史数据和生成各种报表。数据库管理软件采用SQLServer 数据库，用于存储系统运行过程中的各种数据，包括实时数据、历史数据、报警数据等。通过数据库管理软件，能够实现对数据的有效管理和查询，为系统的优化运行和故障分析提供数据支持。

4 结语

滴道盛和煤矿立井低温热泵远程控制系统研究成效显著，实现了精准控温，降低能耗，提升安全性。虽存复杂工况控制精度等不足，但未来结合先进技术优化，前景广阔，将为煤矿生产助力。

参考文献

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