基于FNN的选煤厂重介质密度控制研究

辛改芳（安徽科技学院 机械工程学院,安徽 凤阳 233100）

基于FNN的选煤厂重介质密度控制研究

辛改芳
（安徽科技学院 机械工程学院,安徽 凤阳 233100）

摘 要：洁净能源的燃烧能够降低工业污染，而对煤泥进行洗选能够减少燃烧产生的碳硫化合物，本文采用FNN来对重介质选煤时悬浮液密度参量进行优化控制。利用模糊神经网络(FNN)揭示磁性物质和煤泥含量与重介质密度间的规律，继而研究了可编程逻辑控制器与组态软件的通信技术，完成了重介质密度智能控制系统的设计。

关键词：选煤厂；重介质分选；模糊神经网络；密度控制

0 引言

我国整个能源体系煤炭资源占到70%左右[1]。由于原煤中含有硫等元素，未对其进行洗选而直接燃烧会污染环境。因此要想减少由于燃烧原煤引起的环境污染，必须对原煤进行洗选，大力发展煤炭能源洁净技术，在国家《煤炭发展“十二五”规划》中也明确提出了这一要求[2]。重介质选煤是我国选煤的主要工艺之一，将磁粉和水按一定比例混合成悬浮液，将其加入精煤和矸石的混合物中，利用混合药剂实现对精煤和矸石的分选[3,4]。在重介质选煤过程中，其煤泥选煤效果受到煤泥量、溶液密度等诸多因素的影响，本文利用煤泥分选技术结合计算机技术，控制加入到煤矸混合物中悬浮液添加量，提高重介质选煤过程中煤矸分选的效果。

1 煤泥重介质分选

对于煤泥重介质分选，首先将煤泥送入旋流器，不同大小的煤泥颗粒受到不同的离心力而发生分层，煤泥颗粒密度在分选密度以下的旋入溢流口，继而流向弧形筛、磁选机等分选设备，并通过分流箱来控制重介质中的煤泥含量。同时，通过控制电动阀的开合度来增减稀释水的用量，从而调整重介质选煤时悬浮液的用量。为了精确稳定地实施分选，采用电动阀、密度计以及液位计等传感器来检测分选工艺中的物理参数，基于PLC来控制与调整工艺参数，最终在上位机上进行参数实施显示[5]。

在重介质密度控制中，以磁性物质含量(x)和煤泥含量(y)作为FNN系统的双输入，以重介质密度(z)作为输出，其磁性物质含量及煤泥含量与重介质密度之间的三维曲面关系如图1所示。控制器选用西门子S7-300系列，基于模块化设计开发下位控制程序，采用西门子WinCC软件进行上位机组态软件设计，同时在工作站中对硬件和通信进行组态，编写不同的功能块FC，同时在组织块OB1中调用各个子功能块FC，逐步执行各子功能块中预先编制的动作，满足密度控制系统的要求。

重介质密度控制系统采集现场信号数据并将其被转化为1-l0V或者4-20mA的标准信号形式传递到控制器PLC中，经过工程化处理后存入过程数据块，采用通讯驱动程序使得WinCC与PLC能够进行通讯，同时通过5611网卡接口使得上位机与PLC能够进行通讯，传感器采集到的信号通过PLC传输到上位机，在上位机上对实时状态进行监控，并能够完成系统设备的停止和启动，同时当传感器或者生产工艺参数发生突变时能够对其进行故障监测并报警提示等，如图2所示。

其中

其中

因此，可以得到悬浮液密度控制规则为：

2 控制系统硬件及通信

控制系统硬件主要由传感器、执行器和PLC控制器等构成，软件设计主要由PLC控制程序和上位机监控软件构成[6]。可编程逻辑

重介质密度控制系统在正常选煤过程中可以按照PLC中设计的程序进行自动运行，而当工艺参数发生变化时地面控制台进行远程控制相关执行器，选煤现场一旦发生紧急情况现场的操作工能够根据自己的经验进行手动控制，提高了系统的灵活性。密度控制系统可分为自动调节系统、智能控制系统和检测系统三部分，由控制器实现自主决策控制，实现了闭环控制，减少了欠投药或者过投药对重介质密度的影响，采用丰富的人机对话界面，具有直观的工艺流程图，可以调整工艺参数并记录相关参数，同时具有故障自检报警功能。

表1 重介质密度变化规律

3 实验分析

利用FNN控制器下重介质密度规则观测界面，将磁性物质含量和煤泥含量作为输入量，得到FNN控制下重介质密度变化规律。重介质密度在不同工艺下具有不同的参数，经验调节过程中磁性物质含量和煤泥含量与重介质密度没有体现一定的规律，它们之间用量关系是杂乱无章的。

从表1可以看出，FNN控制器通过对数据的学习总结，控制器形成了磁性物质含量和煤泥含量与重介质密度间比较清晰明显的关系，可以比较直观的掌握磁性物质和煤泥含量在一定范围内的重介质密度的用量。当磁性物质和煤泥含量发生变化时，模糊神经网络控制的密度参数可信度较高，且其密度的波动性较小，使得无需频繁地调节阀门的开合度。当磁性物质和煤泥含量为最小时重介质密度为最小，继而随着磁性物和煤泥含量的降低而重介质密度减少，继而随着磁性物质和煤泥含量的增加而重介质密度增大，最后到达重介质密度最大值。

4 结论

重介质密度控制系统利用模糊神经网络(FNN)揭示磁性物质和煤泥含量与重介质密度间的规律，同时采用PLC结合组态软件进行设计，传感器检测的参数具有较好的可靠性与稳定性，并且能够提供完善的人机交互界，系统对于提高选煤厂的煤炭利用率以及经济效益具有重要的作用，能够为选煤自动化提供了可靠保障。

参考文献：

[1]钱鸣高. 煤炭的科学开采[J].煤炭学报,2010,35(4): 529-534.

[2]国家发展改革委员会. 煤炭工业发展“十二五”规划[R]. 2012.

[3]张明旭.选煤厂煤泥水处理[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.

[4]刘文秋,李海军.渡市选煤厂工艺改造与实践[J]. 煤炭工程, 2009(04):19-21.

[5]庞科旺,李宗珠,周启昆等. 基于PLC网络的选煤厂集散控制系统[J].江苏科技大学学报,2005,19(06):61-63.

[6]师黎.智能控制理论及应用[M].北京:清华大学出版社,2009.

安徽科技学院高层次人才科研启动项目（ZRC2014455）

作者简介：辛改芳(1989-)，女，安徽科技学院机械工程学院专任教师，主要从事机电工程控制方面的研究。