基于FNN的選煤廠重介質密度控制研究

辛改芳（安徽科技學院 機械工程學院,安徽 鳳陽 233100）

基于FNN的選煤廠重介質密度控制研究

辛改芳
（安徽科技學院 機械工程學院,安徽 鳳陽 233100）

摘 要：潔凈能源的燃燒能夠降低工業污染，而對煤泥進行洗選能夠減少燃燒產生的碳硫化合物，本文采用FNN來對重介質選煤時懸浮液密度參量進行優化控制。利用模糊神經網絡(FNN)揭示磁性物質和煤泥含量與重介質密度間的規律，繼而研究了可編程邏輯控制器與組態軟件的通信技術，完成了重介質密度智能控制系統的設計。

關鍵詞：選煤廠；重介質分選；模糊神經網絡；密度控制

0 引言

我國整個能源體系煤炭資源占到70%左右[1]。由于原煤中含有硫等元素，未對其進行洗選而直接燃燒會污染環境。因此要想減少由于燃燒原煤引起的環境污染，必須對原煤進行洗選，大力發展煤炭能源潔凈技術，在國家《煤炭發展“十二五”規劃》中也明確提出了這一要求[2]。重介質選煤是我國選煤的主要工藝之一，將磁粉和水按一定比例混合成懸浮液，將其加入精煤和矸石的混合物中，利用混合藥劑實現對精煤和矸石的分選[3,4]。在重介質選煤過程中，其煤泥選煤效果受到煤泥量、溶液密度等諸多因素的影響，本文利用煤泥分選技術結合計算機技術，控制加入到煤矸混合物中懸浮液添加量，提高重介質選煤過程中煤矸分選的效果。

1 煤泥重介質分選

對于煤泥重介質分選，首先將煤泥送入旋流器，不同大小的煤泥顆粒受到不同的離心力而發生分層，煤泥顆粒密度在分選密度以下的旋入溢流口，繼而流向弧形篩、磁選機等分選設備，并通過分流箱來控制重介質中的煤泥含量。同時，通過控制電動閥的開合度來增減稀釋水的用量，從而調整重介質選煤時懸浮液的用量。為了精確穩定地實施分選，采用電動閥、密度計以及液位計等傳感器來檢測分選工藝中的物理參數，基于PLC來控制與調整工藝參數，最終在上位機上進行參數實施顯示[5]。

在重介質密度控制中，以磁性物質含量(x)和煤泥含量(y)作為FNN系統的雙輸入，以重介質密度(z)作為輸出，其磁性物質含量及煤泥含量與重介質密度之間的三維曲面關系如圖1所示。控制器選用西門子S7-300系列，基于模塊化設計開發下位控制程序，采用西門子WinCC軟件進行上位機組態軟件設計，同時在工作站中對硬件和通信進行組態，編寫不同的功能塊FC，同時在組織塊OB1中調用各個子功能塊FC，逐步執行各子功能塊中預先編制的動作，滿足密度控制系統的要求。

重介質密度控制系統采集現場信號數據并將其被轉化為1-l0V或者4-20mA的標準信號形式傳遞到控制器PLC中，經過工程化處理后存入過程數據塊，采用通訊驅動程序使得WinCC與PLC能夠進行通訊，同時通過5611網卡接口使得上位機與PLC能夠進行通訊，傳感器采集到的信號通過PLC傳輸到上位機，在上位機上對實時狀態進行監控，并能夠完成系統設備的停止和啟動，同時當傳感器或者生產工藝參數發生突變時能夠對其進行故障監測并報警提示等，如圖2所示。

其中

其中

因此，可以得到懸浮液密度控制規則為：

2 控制系統硬件及通信

控制系統硬件主要由傳感器、執行器和PLC控制器等構成，軟件設計主要由PLC控制程序和上位機監控軟件構成[6]。可編程邏輯

重介質密度控制系統在正常選煤過程中可以按照PLC中設計的程序進行自動運行，而當工藝參數發生變化時地面控制臺進行遠程控制相關執行器，選煤現場一旦發生緊急情況現場的操作工能夠根據自己的經驗進行手動控制，提高了系統的靈活性。密度控制系統可分為自動調節系統、智能控制系統和檢測系統三部分，由控制器實現自主決策控制，實現了閉環控制，減少了欠投藥或者過投藥對重介質密度的影響，采用豐富的人機對話界面，具有直觀的工藝流程圖，可以調整工藝參數并記錄相關參數，同時具有故障自檢報警功能。

表1 重介質密度變化規律

3 實驗分析

利用FNN控制器下重介質密度規則觀測界面，將磁性物質含量和煤泥含量作為輸入量，得到FNN控制下重介質密度變化規律。重介質密度在不同工藝下具有不同的參數，經驗調節過程中磁性物質含量和煤泥含量與重介質密度沒有體現一定的規律，它們之間用量關系是雜亂無章的。

從表1可以看出，FNN控制器通過對數據的學習總結，控制器形成了磁性物質含量和煤泥含量與重介質密度間比較清晰明顯的關系，可以比較直觀的掌握磁性物質和煤泥含量在一定范圍內的重介質密度的用量。當磁性物質和煤泥含量發生變化時，模糊神經網絡控制的密度參數可信度較高，且其密度的波動性較小，使得無需頻繁地調節閥門的開合度。當磁性物質和煤泥含量為最小時重介質密度為最小，繼而隨著磁性物和煤泥含量的降低而重介質密度減少，繼而隨著磁性物質和煤泥含量的增加而重介質密度增大，最后到達重介質密度最大值。

4 結論

重介質密度控制系統利用模糊神經網絡(FNN)揭示磁性物質和煤泥含量與重介質密度間的規律，同時采用PLC結合組態軟件進行設計，傳感器檢測的參數具有較好的可靠性與穩定性，并且能夠提供完善的人機交互界，系統對于提高選煤廠的煤炭利用率以及經濟效益具有重要的作用，能夠為選煤自動化提供了可靠保障。

參考文獻：

[1]錢鳴高. 煤炭的科學開采[J].煤炭學報,2010,35(4): 529-534.

[2]國家發展改革委員會. 煤炭工業發展“十二五”規劃[R]. 2012.

[3]張明旭.選煤廠煤泥水處理[M].徐州:中國礦業大學出版社,2005.

[4]劉文秋,李海軍.渡市選煤廠工藝改造與實踐[J]. 煤炭工程, 2009(04):19-21.

[5]龐科旺,李宗珠,周啟昆等. 基于PLC網絡的選煤廠集散控制系統[J].江蘇科技大學學報,2005,19(06):61-63.

[6]師黎.智能控制理論及應用[M].北京:清華大學出版社,2009.

安徽科技學院高層次人才科研啟動項目（ZRC2014455）

作者簡介：辛改芳(1989-)，女，安徽科技學院機械工程學院專任教師，主要從事機電工程控制方面的研究。