1、礦井多水平排水系統(tǒng)的最優(yōu)控制礦井下排水系統(tǒng)耗電量大，運行成本高，為了有效提高井下排水系統(tǒng)的運行效率，提高可靠性，本文在東歡坨礦井井下排水控制系統(tǒng)的基礎上，采用最優(yōu)控制理論，嘗試解決多水平排水的最優(yōu)控制問題、排水系統(tǒng)基本情況東歡坨礦現(xiàn)有的3處泵房，分別為-230中央泵房、-500中央泵房和-690中央泵房、現(xiàn)已對3處泵房內(nèi)所有的水泵進行自動化改造，實現(xiàn)了基于PLC系統(tǒng)的集中控制，所有的水泵完全由PLC控制，水泵將按照水位、涌水量、用電峰谷段等條件自動啟停。二、高效排水實現(xiàn)1、最優(yōu)控制理論簡介動態(tài)規(guī)劃是用來求解最優(yōu)控制問題的一種方法。離散系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題可以看作一個多階決策問題，因此可以用動態(tài)規(guī)

2、劃求解。由于動態(tài)規(guī)劃的主導思想簡單，可以方便地將一個復雜的多階決策問題化為一系列的一階決策問題，使問題得到簡化，可以順序求解，因而它已成為解多階決策問題的一種有效方法。2、最優(yōu)控制在排水系統(tǒng)中的應用多水平排水系統(tǒng)由多臺水泵組成。根據(jù)不同的水平的涌水情況，確定運行臺數(shù)，以提高水泵使用效率；采取“避峰填谷”原貝IJ,在用電高峰期減少水泵運行，低谷期充分排水，以節(jié)約排水費用。將每個排水周期等分為N段(0N-1)每段內(nèi)機組運行情況不變。設第k段水倉水位為X(k)(XI<X(k)WXh),k為離散時間變量。集水池涌水量是水位的函數(shù)為：礦井涌水量與水位函數(shù)關(guān)系：假設某個水平水泵房有n臺水泵并聯(lián)工作，

3、第i臺水泵在k時刻的運行狀態(tài)為ui(k),ui(k)=0表示停機，ui(k)=1表示運行。則水泵房的控制決策向量為：水泵的排水能力向量為：水泵每個時段耗電向量為：一個周期(24h)內(nèi)電價c(k)是隨時間變化的函數(shù)，則：水泵房最優(yōu)化控制則可描述為：排水周期內(nèi)，選擇最優(yōu)控制向量,使一個周期內(nèi)的電費支出最低。即使費用函數(shù)：成為最優(yōu)性能泛函：可將排水的優(yōu)化控制過程看作一個多端決策過程，據(jù)最優(yōu)性原理的要求，動態(tài)規(guī)劃法實施最優(yōu)決策的過程是：將多段決策問題轉(zhuǎn)化為一系列單段決策問題；從最后一段狀態(tài)開始逆向推到初始段為止。排水策略系統(tǒng)將水倉水量、涌水速率、峰谷時段作為動態(tài)規(guī)劃法動態(tài)變量，水泵機組工況、效率以及流

4、量作為靜態(tài)常量。前者即為上述原理中決定控制向量特性的變量參數(shù)，求解最優(yōu)排水策略的問題則轉(zhuǎn)化為根據(jù)變量的變化不斷修正排水策略，在滿足安全性的前題下，求解最優(yōu)控制函數(shù)，達到最高能耗比。涌水速率的計算考慮到涌水量是一個非線性函數(shù)，線性方程中的涌水速率求解在此不適用。可以采用分段法可以把一天的涌水量變化曲線近似擬合為無數(shù)段線性曲線的組合，進而可以分段求解單段時間的涌水變化率，用以作為動態(tài)規(guī)劃的預測參數(shù)。涌水量曲線如圖，tl、t2時刻間的涌水量變化可以近似擬合為一短直線段，從而可得t2時刻的近似涌水變化率v=(q2-ql)/(t2Tl)。控制邏輯最優(yōu)控制過程兼顧變量的現(xiàn)在值及前一時刻的存儲值，并做出合理

5、預測，從而給出最優(yōu)策略。而井下排水系統(tǒng)與其它機組有所不同，主要體現(xiàn)在任務的不確定性(涌水變化的非線性以及水位安全上限等限定因素)，因此，系統(tǒng)采用多級決策，逐級判斷，給出合理策略。第一層：安全性煤礦安全生產(chǎn)是其它優(yōu)化策略合理實施的前提，為確保涌水的正常排出，設置水位的上限，不管是在峰時還是谷時，只要達到該上限，即啟動水泵進行排水，防止出現(xiàn)事故。第二層：預警層系統(tǒng)運行過程中每20分鐘更新一次涌水速率的測算值，如果出現(xiàn)涌水速率的突然增大，系統(tǒng)會轉(zhuǎn)入相應中斷：根據(jù)涌水速率確定需要啟動的各個水平水泵臺數(shù)，啟動相應水泵進行提前排水，防止水量突然變大時，值班人員不能發(fā)現(xiàn)的情況下造成事故。第三層：經(jīng)濟排水在滿足前兩個優(yōu)先級的控制策略前提下，系統(tǒng)處于正常經(jīng)濟排水狀態(tài)。系統(tǒng)每隔20分鐘根據(jù)更新的水倉水量以及涌水速率修正控制策略，給出最優(yōu)控制方案。1)峰時：此時用電價格最高，盡量蓄水。2)平時：進行邏輯預測，根據(jù)當前的涌水量以及涌水速率預測谷時的時間是否足夠?qū)⑺畟}里的涌水排凈。(t一排水時間，V水倉水量，V涌水速率