王 俊

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司官地選煤廠，山西 太原 030022）

選煤廠生產(chǎn)過(guò)程的分選工藝主要有跳汰選煤、重介選煤、浮游選煤等。 其中重介選煤分選粒度范圍大、分選效果明顯，成為主要選煤工藝。 重介選煤的關(guān)鍵是設(shè)定懸浮液密度，根據(jù)煤與矸石的密度差異，比懸浮液密度低的煤上浮，比懸浮液密度高的矸石下沉，進(jìn)而將煤與矸石分離，實(shí)現(xiàn)原煤分選。 由于原煤中的灰分、硫分值動(dòng)態(tài)變化，重介選煤時(shí)需不斷調(diào)整懸浮液密度值，以達(dá)到提高原煤利用率，保證重介分選效果的目的[1-2]。官地洗煤廠綜合考慮不同種原煤配送分選時(shí)的特點(diǎn)，利用模糊PID算法智能預(yù)測(cè)原煤配比，并預(yù)測(cè)該配比下重介質(zhì)懸浮液的密度設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)可變煤種的重介質(zhì)懸浮液密度智能控制方案。

1 總體設(shè)計(jì)

多種原煤同時(shí)進(jìn)入重介質(zhì)分選工藝時(shí)，原煤的灰分、 硫分含量，原煤配比直接影響懸浮液密度。 設(shè)計(jì)的多種原煤模式下重介質(zhì)懸浮液密度控制總體設(shè)計(jì)方案如圖1 所示，由采集層、控制層、管理層、智能層四部分組成。

圖1 多種原煤模式下重介質(zhì)懸浮液密度總體控制方案

1.1 采集層

（1）自動(dòng)配煤分站。 控制膠帶秤組稱(chēng)量原煤，并由給煤機(jī)組完成輸送。

（2）重介質(zhì)分選設(shè)備分站。 完成對(duì)重介質(zhì)懸浮液的監(jiān)測(cè)、補(bǔ)水、分流等控制，達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)重介質(zhì)懸浮液密度的目的。 液位計(jì)用于監(jiān)測(cè)重介質(zhì)懸浮液的液位；密度計(jì)用于監(jiān)測(cè)重介質(zhì)懸浮液的密度；磁性物檢測(cè)儀用于檢測(cè)重介懸浮液中磁性物的含量。 補(bǔ)水閥、分流閥完成調(diào)節(jié)重介質(zhì)懸浮液密度。

1.2 控制層

主要完成對(duì)重介質(zhì)懸浮液密度的智能控制，包含PLC控制柜主站、自動(dòng)配煤分站、重介質(zhì)分選設(shè)備分站三部分組成[3-5]。

（1）PLC控制柜主站根據(jù)不同煤種灰分、 硫分的含量以及精煤質(zhì)量要求，對(duì)自動(dòng)配煤分站進(jìn)行智能控制，完成智能配煤過(guò)程；對(duì)重介質(zhì)分選設(shè)備分站進(jìn)行智能控制，完成懸浮液密度智能控制過(guò)程。

（2）主站與分站之間以TCP/IP通信完成數(shù)據(jù)、控制指令的交互。

1.3 管理層

主要完成自動(dòng)配煤、 重介質(zhì)分選密度控制的在線(xiàn)展示，同時(shí)存儲(chǔ)各設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)以及故障信息。

1.4 智能層

可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，同時(shí)可遠(yuǎn)程調(diào)整配煤比例、控制重介質(zhì)懸浮液的補(bǔ)水閥、分流閥。

2 控制方案

2.1 方案工藝流程

多種原煤模式下重介質(zhì)懸浮液密度智能控制系統(tǒng)框圖如圖2 所示。 RBF預(yù)測(cè)模型與設(shè)定值的差值作為系統(tǒng)輸入，通過(guò)PID控制器控制補(bǔ)水閥的開(kāi)度，通過(guò)模糊控制器對(duì)分流閥進(jìn)行控制，密度計(jì)實(shí)時(shí)反饋重介質(zhì)懸浮液的實(shí)際密度值。

圖2 重介質(zhì)懸浮液密度智能控制系統(tǒng)框圖

2.2 自動(dòng)配煤過(guò)程實(shí)現(xiàn)

根據(jù)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法對(duì)A號(hào)原煤配煤量、B號(hào)原煤配煤量以及配比值進(jìn)行預(yù)測(cè)，按照預(yù)測(cè)值進(jìn)行配煤。定義A號(hào)原煤的累計(jì)流量為Qa、B號(hào)原煤的累計(jì)流量為Qb，則原煤實(shí)際配比為：

式中：Q3為B號(hào)原煤的實(shí)際累計(jì)流量，yu為原煤實(shí)際配比。 自動(dòng)配煤時(shí)，膠帶機(jī)輸送機(jī)機(jī)身安裝有膠帶秤，可實(shí)時(shí)檢測(cè)原煤的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，以4～20 mA電流信號(hào)傳送給自動(dòng)配煤分站控制器并完成原煤測(cè)量。自動(dòng)配煤分站控制通過(guò)模糊PID控制算法，檢測(cè)A號(hào)、B號(hào)原煤配煤量以及配比，并通過(guò)控制給煤機(jī)速度完成配煤量的調(diào)節(jié)[6]。當(dāng)實(shí)際配煤量大于預(yù)測(cè)值時(shí)，控制器通過(guò)模糊PID算法給該號(hào)煤種的給煤機(jī)變頻器一個(gè)減小輸出頻率的信號(hào)，進(jìn)而降低該給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到減少該號(hào)煤配煤量的目的。

2.3 自動(dòng)補(bǔ)水過(guò)程實(shí)現(xiàn)

根據(jù)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法對(duì)A號(hào)、B號(hào)原煤進(jìn)行分選的重介質(zhì)懸浮液密度進(jìn)行預(yù)測(cè)。 該懸浮液密度實(shí)際值與預(yù)測(cè)值的差值會(huì)在小范圍內(nèi)波動(dòng)，需通過(guò)控制補(bǔ)水閥的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)懸浮液密度動(dòng)態(tài)平衡。 補(bǔ)水閥安裝于合格介質(zhì)桶與旋流器之間的管路中，密度計(jì)位于補(bǔ)水閥后部。 密度計(jì)測(cè)量值為重介質(zhì)懸浮液的實(shí)際值，以4～20 mA電流信號(hào)傳送至重介質(zhì)分選設(shè)備分站。 當(dāng)該密度值與RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)值不一致時(shí)，重介質(zhì)分選設(shè)備分站控制器通過(guò)模糊PID算法調(diào)節(jié)補(bǔ)水閥開(kāi)度。 當(dāng)懸浮液密度實(shí)際值小于預(yù)測(cè)值時(shí)，控制器控制補(bǔ)水閥開(kāi)度變小，使得密度實(shí)際值趨近于預(yù)測(cè)值后維持補(bǔ)水閥開(kāi)度不變；當(dāng)懸浮液密度實(shí)際值大于預(yù)測(cè)值時(shí)，控制器控制補(bǔ)水閥開(kāi)度變大，使得密度實(shí)際值趨近于預(yù)測(cè)后維持補(bǔ)水閥開(kāi)度不變。

2.4 自動(dòng)分流過(guò)程實(shí)現(xiàn)

通過(guò)控制分流閥開(kāi)度可實(shí)現(xiàn)重介質(zhì)懸浮液注入稀介質(zhì)桶，注入量由分流閥的開(kāi)度控制。 磁選機(jī)對(duì)稀介質(zhì)桶的懸浮液進(jìn)行回收，將得到的濃介質(zhì)注入合格介質(zhì)桶，間接完成對(duì)重介質(zhì)懸浮液密度控制。 分流閥控制過(guò)程具有滯后性、多耦合性的特點(diǎn)，控制分流閥開(kāi)度時(shí)可按照以下步驟進(jìn)行控制：

（1）當(dāng)重介質(zhì)懸浮液實(shí)際密度大于預(yù)測(cè)值且補(bǔ)水閥無(wú)法完成密度調(diào)節(jié)時(shí)，可減小分流閥開(kāi)度；反之，需增大分流閥開(kāi)度。

（2）重介質(zhì)懸浮液中的磁性物含量過(guò)高時(shí)，應(yīng)減小分流閥開(kāi)度以提高煤泥含量。

（3）當(dāng)合格介質(zhì)桶液位過(guò)低時(shí)，需增大分流閥開(kāi)度。

（4）當(dāng)補(bǔ)水閥開(kāi)度過(guò)大時(shí)，可減小分流閥開(kāi)度。

3 試驗(yàn)分析

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的多種原煤模式下重介質(zhì)懸浮液密度控制方案的可行性和有效性，在官地洗煤廠進(jìn)行了試驗(yàn)分析。 選取A號(hào)、B號(hào)原煤30 組原煤配比實(shí)際值與預(yù)測(cè)值，30 組該原煤配比方案下的重介質(zhì)懸浮液密度預(yù)測(cè)值與實(shí)際值進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，形成圖3 以及圖4 關(guān)系曲線(xiàn)圖。 原煤配比的均方根誤差值為2.975 1，平均絕對(duì)誤差百分比為7.32%，預(yù)測(cè)精度為92.68%；重介質(zhì)懸浮液密度的均方根誤差為2.136 7，平均絕對(duì)誤差百分比為8.08%，預(yù)測(cè)精度為91.92%。即文中設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)效果較好，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值具有高度的吻合性。

圖3 原煤配比預(yù)測(cè)值與實(shí)際值關(guān)系曲線(xiàn)

圖4 重介質(zhì)懸浮液密度預(yù)測(cè)值與實(shí)際值關(guān)系曲線(xiàn)

4 結(jié)語(yǔ)

以RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)值為參考，利用模糊PID控制使得原煤配比、 懸浮液密度實(shí)際值趨近于預(yù)測(cè)值，進(jìn)而完成懸浮液密度的智能控制。

該重介質(zhì)懸浮液密度控制方案能夠有效提高原煤利用率，增強(qiáng)精煤產(chǎn)率，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。