馬 偉

（霍州煤電集團有限責(zé)任公司團柏煤礦白龍洗煤廠，山西 霍州 031400）

跳汰洗煤是洗煤廠最有代表性的一種工藝手法，在國內(nèi)洗煤行業(yè)占有50%的份額。跳汰工藝好壞很大程度上取決于跳汰機的各個控制系統(tǒng)，其中跳汰機的排料系統(tǒng)直接決定著洗煤質(zhì)量，是跳汰工藝的核心系統(tǒng)。為了解決傳統(tǒng)排料系統(tǒng)中原煤產(chǎn)量低以及灰分大的問題，基于模糊控制算法，設(shè)計自動排料控制系統(tǒng)，旨在提高原煤的分選煤質(zhì)量，節(jié)約資源，提高效益[1-5]。

1 傳統(tǒng)排料系統(tǒng)概述與弊端

跳汰機的工作過程為：當(dāng)原煤物料進入跳汰機后落在篩板上，此時物料為密實的混合體，即床層，后經(jīng)過控制不同水壓、風(fēng)壓將床層進行分層分選，使物料按照不同比重進行分離，經(jīng)過不同的跳汰周期后集中在排料口的床層就會通過此排料口進行排出，實現(xiàn)原煤分選，將中煤、精煤、灰分、矸石進行分離。在分選過程中排出順序按照密度各異完成從下到上的外排。煤炭作為高密度物料，為了降低其損失，需要將重要物料的厚度控制在一個最適宜的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)排料系統(tǒng)不能有效識別煤炭床層厚度，無法控制機器的排料量，導(dǎo)致跳汰室內(nèi)床層厚度無規(guī)律變化，給工作帶來難度。

因此在傳統(tǒng)排料系統(tǒng)出現(xiàn)以下問題：在售賣的精煤中灰分含量不可控、合格率低；精煤流失嚴(yán)重，中煤層、矸石層混料嚴(yán)重，純度過低；機器的利用率低，洗選原煤的產(chǎn)量低，浪費嚴(yán)重。

2 模糊控制基礎(chǔ)

在洗選煤過程中，影響洗選效果的變量數(shù)量多，每個變量之間都存在相互的關(guān)聯(lián)且大多為非線性的關(guān)系，而且煤層與煤質(zhì)存在瞬變性，因此傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)控制模型無法滿足這種情形的使用。為了更好地適應(yīng)這種多變的外部影響，選擇使用模糊控制方法來進行控制。

模糊控制其實就是當(dāng)變量關(guān)系呈現(xiàn)非線性時，將人的經(jīng)驗作為控制的模型，以模糊邏輯推理以及語言變量的數(shù)學(xué)類工具，通過計算機進行智能控制的方法。模糊控制系統(tǒng)與一般控制系統(tǒng)的區(qū)別在于系統(tǒng)選擇模糊控制器且由計算機來實現(xiàn)，通過A/D及D/A轉(zhuǎn)接口來實現(xiàn)與計算機的互聯(lián)與轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)控制圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)控制框圖

3 模糊控制算法自動排料系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)設(shè)計

以白龍洗煤廠的煤質(zhì)以及現(xiàn)有的機械設(shè)備為基礎(chǔ)，進行自動排料的系統(tǒng)設(shè)計。自動排料系統(tǒng)控制原理為：在跳汰機內(nèi)，通過位移傳感器確認(rèn)室內(nèi)浮標(biāo)的高度位置，檢測室內(nèi)床層的厚度，通過松散度監(jiān)測系統(tǒng)的控制器將厚度信號上傳控制器，控制器將實際厚度與理論預(yù)設(shè)厚度對比，隨后將對比結(jié)果送入控制算法中心進而控制排料系統(tǒng)，負(fù)責(zé)確定打開排料開關(guān)的時間與排量。由于排量確定不是一個傳統(tǒng)意義上的線性關(guān)系，而是瞬變的無規(guī)律可循的非線性關(guān)系，因此采用以模糊算法為基礎(chǔ)，進行系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計?？刂剖疽鈭D如圖2。

圖2 控制過程示意圖

為實現(xiàn)排料系統(tǒng)的功能，其應(yīng)與給料系統(tǒng)相互配合。給料系統(tǒng)以比例算法為基礎(chǔ)，根據(jù)經(jīng)驗可知水量與床層的高度差控制在0.15 m時跳汰效果是最好的。因此如果高度差小于0.15 m，給料電機減速，控制給料，排料電機全速運轉(zhuǎn)，增加排料量；同理高度差過大時，給料電機全速運轉(zhuǎn)，排料電機減速甚至停機，以保證最佳的高度差，維持最好的排料品質(zhì)。排給料系統(tǒng)工作流程圖如圖3。

圖3 排給料系統(tǒng)工作流程圖

3.2 模糊算法設(shè)計

進行模糊算法設(shè)計時，以中煤排料為例，將實際床層厚度與理論最佳排料開啟厚度做差，差值為c、差值變化率為cv，兩個變量作為模糊控制器的輸入信號，而排料電機的轉(zhuǎn)速v則作為控制器的輸出，即通過確定c、cv數(shù)值將其對應(yīng)一個或者幾個v的范圍。將電機轉(zhuǎn)速v進行模糊化處理，分為7個檔位，具體對應(yīng)見表1。

表1 c、cv兩個變量的輸出值

根據(jù)模糊算法的計算原理，將上述的輸入輸出量總結(jié)為一個矩陣表格，將矩陣表格以程序的形式輸入到控制器中，當(dāng)采集到輸入信息時，系統(tǒng)即可做出反應(yīng)，根據(jù)矩陣表格選擇合理的輸出。矩陣見表2。

表2 矩陣表

根據(jù)上述矩陣結(jié)合Mamdani推理算法得出輸出公式如下：

經(jīng)過上述的公式，進行推理，得出模糊語言后將其轉(zhuǎn)換為確定的物理量，即解答。設(shè)計采用重心發(fā)，當(dāng)輸出值為v1、v2……vn時，則最終的電機轉(zhuǎn)速則為：

3.3 模糊算法控制自動排料系統(tǒng)的效果

從2020年下半年，白龍洗煤廠開始上馬模糊算法控制自動排料系統(tǒng)后，廠內(nèi)生產(chǎn)指標(biāo)有了很大的提升。表3為應(yīng)用初期一個季度的生產(chǎn)精煤和銷售精煤的統(tǒng)計結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)上馬以后精煤質(zhì)量明顯提升，通過率有了很大的上升，不合格的煤量從之前的20%下降到8.5%，具體見表3。

表3 白龍洗煤廠應(yīng)用系統(tǒng)前后生產(chǎn)精煤與銷售精煤數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)語

跳汰洗煤的工藝好壞很大程度決定了洗煤業(yè)的質(zhì)量。該論文將跳汰自動排料系統(tǒng)作為研究對象，采用模糊控制算法，將經(jīng)驗與設(shè)備調(diào)試相結(jié)合，設(shè)計一個基于模糊控制的自動化排料系統(tǒng)，在一定程度上提高了分選煤質(zhì)量，降低了精煤的損失，提高了企業(yè)的洗選效率，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。