薛永妍

(山西華陽集團新能股份有限公司 選煤質(zhì)量管理中心，山西 陽泉 045000)

選煤廠配煤系統(tǒng)是根據(jù)用戶需求生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品煤的重要環(huán)節(jié)，研究并優(yōu)化配煤系統(tǒng)能夠大大提高產(chǎn)品煤的品種多樣性和質(zhì)量穩(wěn)定率。由于現(xiàn)有選煤廠配煤系統(tǒng)存在配煤倉產(chǎn)品煤灰分模糊、以人工經(jīng)驗確定配煤比、最終產(chǎn)品煤灰分、硫分與目標值相差過大等缺陷，為選煤廠高效、穩(wěn)定生產(chǎn)帶來許多不利和困難。智能控制技術(shù)應(yīng)用于選煤廠配煤系統(tǒng)，為精確控制煤的灰分、硫分，提升配煤效率帶來質(zhì)的飛躍，充分利用智能控制技術(shù)能夠達到選煤廠配煤系統(tǒng)智能運行、灰分/硫分精確控制的目的[1-2]。筆者基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制(Fuzzy Neural Network Control，F(xiàn)NNC)技術(shù)對傳統(tǒng)選煤廠配煤系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，并對配煤裝備進行優(yōu)化，重點對外銷煤的灰分、硫分進行精確控制，對配煤系統(tǒng)運行模式進行優(yōu)化。并通過系統(tǒng)試驗驗證上述功能的適用性和正確性，達到配煤系統(tǒng)智能化、信息化的目的，對提升選煤廠配煤過程的生產(chǎn)效率和安全性具有重要意義。

1 配煤系統(tǒng)裝備優(yōu)化

對選煤廠配煤系統(tǒng)裝備進行優(yōu)化升級，主要包括使用X光在線監(jiān)測灰分儀、變頻器和高精度智控電子皮帶秤，增加配煤裝備間的聯(lián)動互鎖關(guān)系。

(1)使用X光在線監(jiān)測灰儀，將其安裝在帶式輸送機終點附近，標識各產(chǎn)品煤的瞬時灰分、監(jiān)測灰分、班次平均灰分以及累計開機灰分。該設(shè)備具備自學(xué)習(xí)功能，無漂移現(xiàn)象，能夠保證監(jiān)測精度，其輸出為4～20 mA電流信號，可傳送至上位機顯示器。

(2)使用變頻器，對給煤機采用變頻控制方案，分別在原煤倉、末精煤倉、塊精煤倉、高灰精煤倉配置ABB ACS 1200礦用變頻器，通過控制給煤機運行速度對各煤倉的煤量進行微調(diào)。配煤系統(tǒng)控制器采用CAN總線通信模式對各變頻器進行控制[3-4]。變頻器與給煤機電機的控制方式為“一拖二”。

(3)使用YB-GZK-NT/12高精度智控電子皮帶秤，實時掌握煤流總量大小，當灰分/硫分偏高時，減少高灰分高硫分給煤量，或者增加低灰分低硫分給煤量，或者同步進行。精確控制膠帶上的煤流量，實現(xiàn)雙向動態(tài)調(diào)節(jié)。同時使用高精度電子皮帶秤可相對改善配煤系統(tǒng)的滯后現(xiàn)象，修正最終產(chǎn)品煤瞬時偏差波動性。

(4)增加配煤系統(tǒng)與裝車設(shè)備啟?？刂浦g的邏輯關(guān)系，重點對帶式輸送機、給煤機的啟停進行聯(lián)動、關(guān)聯(lián)控制。

2 配煤控制方案優(yōu)化

選煤廠配煤系統(tǒng)是一個多變量、非線性、大滯后的控制過程，具體表現(xiàn)在：

(1)給煤機給煤量與變頻器的頻率為非線性關(guān)系；

(2)在線測灰儀檢測出的煤的灰度是經(jīng)給煤機轉(zhuǎn)換變化、帶式輸送機運輸后導(dǎo)致煤流量變化的產(chǎn)物，具有大滯后性；

(3)煤的粒度、密度、含水量、煤與倉壁的摩擦力等變量都會對最終產(chǎn)品煤流量產(chǎn)生影響，具有多變量性。

基于上述考慮，采用基于產(chǎn)品煤灰分反饋的FNNC配煤控制方案[5]，提升配煤系統(tǒng)控制精度和生產(chǎn)效率。優(yōu)化后的配煤控制方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 選煤廠配煤控制方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按照圖1所示，設(shè)置配煤系統(tǒng)目標灰分為yd(t)，%；在線檢測灰分為y(t)，%。輸入信號灰分誤差e(t)以及誤差變化率可表示為式(1)、式(2)，為精確值。

e(t)=yd(t)-y(t)

(1)

ec(t)=e(t)-e(t-1)

(2)

設(shè)煤的灰分誤差、灰分誤差變化率、輸出值的模糊化語言分別為E、EC、ΔU，模糊集均為{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，對應(yīng)表述為{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}，對應(yīng)的論域為{-6，-4，-2，0，2，4，6}。根據(jù)選煤廠配煤實際工作經(jīng)驗，并消除配煤系統(tǒng)目標灰分與實際灰分誤差，為目標建立模糊規(guī)則，形成模糊控制規(guī)則集，如表1所示。

表1 選煤廠配煤控制方案模糊控制規(guī)則集

將設(shè)計好的選煤廠配置控制方案模糊控制規(guī)則集作用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)樣本并進行模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練。構(gòu)建五層前饋模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由輸入層、模糊值層、模糊規(guī)則庫層、結(jié)論層以及輸出層組成，采用鐘形隸屬度函數(shù)，目標輸出函數(shù)定義為式(3)。

其中：t為采樣時刻，且取值為1，2，…，T；T為預(yù)定的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間。

3 仿真及試驗

3.1 系統(tǒng)仿真

對優(yōu)化后的選煤廠配煤系統(tǒng)進行仿真，該優(yōu)化方案采用基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案，以最終產(chǎn)品煤灰分為控制目標。選擇500組煤灰分樣本的實際值與預(yù)測值進行對比分析并進行BP模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，優(yōu)化全局學(xué)習(xí)因子為1.62，權(quán)向量取值范圍為[0.81，1.22]。應(yīng)用經(jīng)500組樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練后的模糊神經(jīng)控制網(wǎng)絡(luò)對選煤廠配煤系統(tǒng)灰分值進行仿真，仿真時長為300 min。圖2所示為配煤系統(tǒng)方案優(yōu)化前后煤的灰分控制仿真。由仿真圖2可知，經(jīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制后的配煤后灰分控制值與灰分目標值更接近，波動小，控制精度高，滿足配煤灰分要求。

圖2 選煤廠配煤系統(tǒng)優(yōu)化方案煤的灰分分析變化曲線

3.2 系統(tǒng)試驗

為驗證優(yōu)化后的選煤廠配煤系統(tǒng)的應(yīng)用效果，在西山煤電集團西曲礦選煤廠進行系統(tǒng)試驗，并對實際運行時產(chǎn)品煤灰分的目標值、控制值以及灰分波動范圍數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計并形成表2。由表2可知，優(yōu)化后的配煤系統(tǒng)保證了銷售煤產(chǎn)品質(zhì)量，其灰分在小范圍內(nèi)波動，滿足配煤系統(tǒng)控制要求，產(chǎn)品合格率提升至94%以上。

表2 選煤廠配煤系統(tǒng)優(yōu)化方案實際運行效果數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4 效益分析

選煤廠配煤系統(tǒng)是最終產(chǎn)品煤質(zhì)量控制的最后環(huán)節(jié)，是提高煤炭產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定率、保證外運煤質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用優(yōu)化后的配煤系統(tǒng)，將最終產(chǎn)品煤灰分精確控制在要求范圍內(nèi)，提升了銷售產(chǎn)品煤質(zhì)量等級。以選煤廠年生產(chǎn)100萬t精煤、等級差價平均為4.2元/t為基準，平均1年可增收420萬元[6]。優(yōu)化后的配煤系統(tǒng)保證了最終產(chǎn)品煤質(zhì)量的穩(wěn)定性，減少質(zhì)量過剩平均為0.42 MJ/kg，以選煤廠年銷售220 萬t，每0.42 MJ/kg按照4.9 元/ t計算，年增加收入為1 078萬元。優(yōu)化后的配煤系統(tǒng)還提升了產(chǎn)品煤倉的利用率，避免出現(xiàn)既有空倉又有滿倉的情況，提升了配煤系統(tǒng)生產(chǎn)效率。

5 結(jié) 語

優(yōu)化設(shè)計的選煤廠配煤系統(tǒng)以模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)為核心，與優(yōu)化前的配煤系統(tǒng)相比，具有控制精度高、穩(wěn)定性好、煤炭產(chǎn)品等級高的特點，提升了選煤廠配煤系統(tǒng)的控制水平。該配煤系統(tǒng)同時增加了在線灰分監(jiān)測儀、變頻器、高精度電子秤、設(shè)備閉鎖聯(lián)動關(guān)系等，滿足了選煤廠智能化發(fā)展需求。該選煤廠配煤系統(tǒng)得出的結(jié)論為：

(1)通過優(yōu)化配煤系統(tǒng)裝置，提升配煤系統(tǒng)的智能控制水平；

(2)應(yīng)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案，提升了最終產(chǎn)品煤灰分控制精度和穩(wěn)定性；

(3)仿真試驗、實際應(yīng)用試驗結(jié)果表明，優(yōu)化后的配煤系統(tǒng)控制精確高、穩(wěn)定性好，可產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。