辛改芳（安徽科技學(xué)院 機械工程學(xué)院,安徽 鳳陽 233100）

基于FNN的選煤廠重介質(zhì)密度控制研究

辛改芳
（安徽科技學(xué)院 機械工程學(xué)院,安徽 鳳陽 233100）

摘 要：潔凈能源的燃燒能夠降低工業(yè)污染，而對煤泥進行洗選能夠減少燃燒產(chǎn)生的碳硫化合物，本文采用FNN來對重介質(zhì)選煤時懸浮液密度參量進行優(yōu)化控制。利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(FNN)揭示磁性物質(zhì)和煤泥含量與重介質(zhì)密度間的規(guī)律，繼而研究了可編程邏輯控制器與組態(tài)軟件的通信技術(shù)，完成了重介質(zhì)密度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：選煤廠；重介質(zhì)分選；模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；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(huán)境。因此要想減少由于燃燒原煤引起的環(huán)境污染，必須對原煤進行洗選，大力發(fā)展煤炭能源潔凈技術(shù)，在國家《煤炭發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中也明確提出了這一要求[2]。重介質(zhì)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(xiàn)對精煤和矸石的分選[3,4]。在重介質(zhì)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(shù)結(jié)合計算機技術(shù)，控制加入到煤矸混合物中懸浮液添加量，提高重介質(zhì)選煤過程中煤矸分選的效果。

1 煤泥重介質(zhì)分選

對于煤泥重介質(zhì)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(fā)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(shè)備，并通過分流箱來控制重介質(zhì)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(diào)整重介質(zhì)選煤時懸浮液的用量。為了精確穩(wěn)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(shù)，基于PLC來控制與調(diào)整工藝參數(shù)，最終在上位機上進行參數(shù)實施顯示[5]。

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

重介質(zhì)密度控制系統(tǒng)采集現(xiàn)場信號數(shù)據(jù)并將其被轉(zhuǎn)化為1-l0V或者4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號形式傳遞到控制器PLC中，經(jīng)過工程化處理后存入過程數(shù)據(jù)塊，采用通訊驅(qū)動程序使得WinCC與PLC能夠進行通訊，同時通過5611網(wǎng)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?shù)缴衔粰C，在上位機上對實時狀態(tài)進行監(jiān)控，并能夠完成系統(tǒng)設(shè)備的停止和啟動，同時當(dāng)傳感器或者生產(chǎn)工藝參數(shù)發(fā)生突變時能夠?qū)ζ溥M行故障監(jiān)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(guī)則為：

2 控制系統(tǒng)硬件及通信

控制系統(tǒng)硬件主要由傳感器、執(zhí)行器和PLC控制器等構(gòu)成，軟件設(shè)計主要由PLC控制程序和上位機監(jiān)控軟件構(gòu)成[6]?？删幊踢壿?/p>

重介質(zhì)密度控制系統(tǒng)在正常選煤過程中可以按照PLC中設(shè)計的程序進行自動運行，而當(dāng)工藝參數(shù)發(fā)生變化時地面控制臺進行遠程控制相關(guān)執(zhí)行器，選煤現(xiàn)場一旦發(fā)生緊急情況現(xiàn)場的操作工能夠根據(jù)自己的經(jīng)驗進行手動控制，提高了系統(tǒng)的靈活性。密度控制系統(tǒng)可分為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)三部分，由控制器實現(xiàn)自主決策控制，實現(xiàn)了閉環(huán)控制，減少了欠投藥或者過投藥對重介質(zhì)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(diào)整工藝參數(shù)并記錄相關(guān)參數(shù)，同時具有故障自檢報警功能。

表1 重介質(zhì)密度變化規(guī)律

3 實驗分析

利用FNN控制器下重介質(zhì)密度規(guī)則觀測界面，將磁性物質(zhì)含量和煤泥含量作為輸入量，得到FNN控制下重介質(zhì)密度變化規(guī)律。重介質(zhì)密度在不同工藝下具有不同的參數(shù)，經(jīng)驗調(diào)節(jié)過程中磁性物質(zhì)含量和煤泥含量與重介質(zhì)密度沒有體現(xiàn)一定的規(guī)律，它們之間用量關(guān)系是雜亂無章的。

從表1可以看出，F(xiàn)NN控制器通過對數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)總結(jié)，控制器形成了磁性物質(zhì)含量和煤泥含量與重介質(zhì)密度間比較清晰明顯的關(guān)系，可以比較直觀的掌握磁性物質(zhì)和煤泥含量在一定范圍內(nèi)的重介質(zhì)密度的用量。當(dāng)磁性物質(zhì)和煤泥含量發(fā)生變化時，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的密度參數(shù)可信度較高，且其密度的波動性較小，使得無需頻繁地調(diào)節(jié)閥門的開合度。當(dāng)磁性物質(zhì)和煤泥含量為最小時重介質(zhì)密度為最小，繼而隨著磁性物和煤泥含量的降低而重介質(zhì)密度減少，繼而隨著磁性物質(zhì)和煤泥含量的增加而重介質(zhì)密度增大，最后到達重介質(zhì)密度最大值。

4 結(jié)論

重介質(zhì)密度控制系統(tǒng)利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(FNN)揭示磁性物質(zhì)和煤泥含量與重介質(zhì)密度間的規(guī)律，同時采用PLC結(jié)合組態(tài)軟件進行設(shè)計，傳感器檢測的參數(shù)具有較好的可靠性與穩(wěn)定性，并且能夠提供完善的人機交互界，系統(tǒng)對于提高選煤廠的煤炭利用率以及經(jīng)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：

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[6]師黎.智能控制理論及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.

安徽科技學(xué)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(xué)院機械工程學(xué)院專任教師，主要從事機電工程控制方面的研究。