摘 要

針對(duì)重介質(zhì)分選過(guò)程中精煤灰分波動(dòng)大、調(diào)控滯后性強(qiáng)、人工依賴(lài)度高的問(wèn)題，提出了一種基于生產(chǎn)過(guò)程大數(shù)據(jù)的重介分選灰分閉環(huán)智能控制系統(tǒng)。重介分選智能控制系統(tǒng)通過(guò)多煤種原煤智能識(shí)別技術(shù)，結(jié)合γ射線在線測(cè)灰儀參數(shù)自適應(yīng)機(jī)制(斜率/截距動(dòng)態(tài)修正)與灰分?jǐn)?shù)據(jù)清洗算法，提升灰分檢測(cè)精度;創(chuàng)新性構(gòu)建“密度內(nèi)環(huán)?灰分外環(huán)”雙回路控制架構(gòu)，采用模糊推理與PID協(xié)同算法，并通過(guò)泵前補(bǔ)水快調(diào)與桶內(nèi)慢調(diào)的雙密度調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)懸浮液密度的快速調(diào)整;同時(shí)提出了基于物質(zhì)容量和傳遞的重介控制時(shí)間滯后解決方案，達(dá)到了重介精煤灰分的實(shí)時(shí)管控。

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文章來(lái)源：《智能礦山》2025年第10期“煤炭清潔高效利用智能化先進(jìn)成果專(zhuān)欄”

第一作者：范旭陽(yáng)，現(xiàn)任兗州能源集團(tuán)股份有限公司鮑店煤礦洗選發(fā)運(yùn)中心技術(shù)主管，主要從事選煤生產(chǎn)工藝管理等相關(guān)研究工作。E-mail： fxy9617@163.com

作者單位：兗礦能源集團(tuán)股份有限公司鮑店煤礦；北京航天石化技術(shù)裝備工程有限公司；安徽理工大學(xué)

引用格式：范旭陽(yáng)，張翔宇，江雨堯，等.重介分選智能控制關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與示范[J].智能礦山，2025，6(10)：57-64.

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重介分選作為煤炭洗選加工的關(guān)鍵工藝，對(duì)提高煤炭質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)煤炭資源的高效清潔利用具有重要意義。然而，重介分選過(guò)程涉及多變量耦合、非線性動(dòng)態(tài)特性及復(fù)雜工況，傳統(tǒng)控制方法難以滿(mǎn)足精準(zhǔn)調(diào)控需求。為此，筆者提出基于生產(chǎn)過(guò)程大數(shù)據(jù)的智能控制系統(tǒng)，涵蓋煤種智能識(shí)別、在線測(cè)灰儀工況研究及其參數(shù)自適應(yīng)、灰分閉環(huán)控制、控制時(shí)間滯后研究等主要內(nèi)容。

重介分選智能控制系統(tǒng)概述

重介分選智能控制系統(tǒng)通過(guò)多參數(shù)協(xié)同優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)介精煤灰分精準(zhǔn)控制與經(jīng)濟(jì)效益最大化。系統(tǒng)首先通過(guò)入洗煤種自動(dòng)識(shí)別模塊，實(shí)時(shí)識(shí)別入洗煤種、配比及原煤量；同時(shí)，利用密度和磁性物含量傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)直接影響精煤灰分和懸浮液穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)。分選后，γ射線在線測(cè)灰儀結(jié)合灰分?jǐn)?shù)據(jù)再處理模塊實(shí)時(shí)測(cè)量并精確計(jì)算精煤灰分；精煤輸送帶秤監(jiān)測(cè)流量，結(jié)合產(chǎn)率智能計(jì)算與設(shè)備預(yù)警模塊得出實(shí)際精煤回收率。基于此數(shù)據(jù)，密度智能調(diào)控模塊綜合分析懸浮液狀態(tài)、灰分、回收率及原煤特性（如入洗量、粒度組成），通過(guò)PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)泵前補(bǔ)水閥門(mén)、自動(dòng)補(bǔ)介閥門(mén)及自動(dòng)分流執(zhí)行器，動(dòng)態(tài)優(yōu)化懸浮液密度與穩(wěn)定性。最終通過(guò)各模塊協(xié)同計(jì)算與PLC集中控制，有效應(yīng)對(duì)原煤特性變化、懸浮液參數(shù)耦合干擾及煤種差異，實(shí)現(xiàn)重介分選過(guò)程的精細(xì)化、智能化閉環(huán)調(diào)控。重介分選智能控制系統(tǒng)技術(shù)路線如圖1所示。

圖 1 重介分選智能控制系統(tǒng)技術(shù)路線

煤種自動(dòng)識(shí)別模塊

2.1 多煤種的原煤倉(cāng)儲(chǔ)及配洗

目前，煤的混合是煤炭加工廠的常見(jiàn)方法，以淮北礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司臨渙選煤廠（簡(jiǎn)稱(chēng)臨渙選煤廠）西區(qū)為例，洗選8個(gè)煤礦的煤種。原煤倉(cāng)12個(gè)，編號(hào)11#、12#、13#、14#、15#、16#、21#、22#、23#、24#、25#、26#。11#存電煤供附近電廠，不參與洗選。其余11個(gè)原煤倉(cāng)存儲(chǔ)煤種見(jiàn)表1，16#存淮北礦業(yè)股份有限公司童亭煤礦（簡(jiǎn)稱(chēng)童亭煤礦）原煤或臨渙煤礦的肥煤，22#存淮北礦業(yè)股份有限公司青東煤礦（簡(jiǎn)稱(chēng)青東煤礦）原煤或臨渙礦焦煤，通過(guò)上位機(jī)確認(rèn)煤種，原煤倉(cāng)存儲(chǔ)煤種見(jiàn)表1。

表1 原煤倉(cāng)存儲(chǔ)煤種

臨渙選煤廠西區(qū)有3套工藝流程相同的生產(chǎn)系統(tǒng)，均采用新型原煤重介旋流器，每套系統(tǒng)正常處理量850 t/h，入洗的9種原煤見(jiàn)表1。為生產(chǎn)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的多元化精煤產(chǎn)品，1#、2#、3#生產(chǎn)系統(tǒng)均采用洗選前配煤入洗方式，共有21種配洗方式，例如袁一、青東、童亭、臨渙焦等。生產(chǎn)系統(tǒng)煤種配洗方式見(jiàn)表2。

表2 生產(chǎn)系統(tǒng)煤種配洗方式

2.2 洗選煤種自動(dòng)識(shí)別

不同煤種的化學(xué)成分差異，導(dǎo)致 γ 射線在線測(cè)灰儀的測(cè)量參數(shù)（斜率、截距）需動(dòng)態(tài)修正。煤種識(shí)別后，依據(jù)煤種化學(xué)組分特性，配合灰分?jǐn)?shù)據(jù)清洗算法，針對(duì)性調(diào)整測(cè)灰儀參數(shù)，提升灰分檢測(cè)精度。選煤廠各原煤倉(cāng)下給煤機(jī)、中轉(zhuǎn)輸送帶及煤流方向分布的生產(chǎn)系統(tǒng)煤種流程選擇如圖2所示。為識(shí)別1#、2#、3#生產(chǎn)系統(tǒng)分選的煤種，采用給煤機(jī)、帶式輸送機(jī)運(yùn)行信號(hào)及翻板狀態(tài)進(jìn)行邏輯計(jì)算。

圖2 生產(chǎn)系統(tǒng)煤種流程選擇

（1）給煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)

每個(gè)原煤倉(cāng)倉(cāng)下均安裝有多臺(tái)給煤機(jī)，給煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行或停止）實(shí)時(shí)反饋到控制系統(tǒng)。系統(tǒng)將運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為邏輯信號(hào)，例如，A01表示11#原煤倉(cāng)倉(cāng)下2128輸送帶上給煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，A01為1（真）表示正在給料，為0（假）表示停止運(yùn)行。同理，A02、A03、A04、A05、A06分別表示12#、13#、14#、15#、16#原煤倉(cāng)倉(cāng)下2128輸送帶上方的給煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)監(jiān)測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制原煤倉(cāng)參與供煤。

（2）輸送帶運(yùn)輸狀態(tài)監(jiān)測(cè)

帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)是煤種識(shí)別的重要依據(jù)之一。系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)每條輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)（如B01、B11、B21等），判斷輸送帶運(yùn)行狀態(tài)。例如，B01為1（真）時(shí)，表示2128輸送帶正在運(yùn)行；B01為0（假）時(shí)，表示2128輸送帶停止運(yùn)行。通過(guò)監(jiān)測(cè)輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)確定原煤輸送狀態(tài)。

（3）翻板狀態(tài)監(jiān)測(cè)

翻板狀態(tài)決定原煤進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行洗選的狀態(tài)。系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)翻板狀態(tài)（如C01、C11、C21等），判斷物料進(jìn)入某個(gè)特定生產(chǎn)系統(tǒng)。例如，C01表示2128輸送帶上的物料經(jīng)過(guò)翻板進(jìn)入1#系統(tǒng)的3101輸送帶上，C01為1（真）時(shí)表示物料全部進(jìn)入1#系統(tǒng)，C01為0（假）時(shí)表示物料沒(méi)有進(jìn)入1#系統(tǒng)。通過(guò)監(jiān)測(cè)翻板狀態(tài)，系統(tǒng)確定原煤流向。

（4）真值表邏輯判斷

通過(guò)構(gòu)建真值表，系統(tǒng)根據(jù)給煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、輸送帶運(yùn)行狀態(tài)及翻板狀態(tài)等輸入條件，輸出對(duì)應(yīng)的煤種識(shí)別結(jié)果。以2128輸送帶為例，真值表涵蓋了所有輸入組合及對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果，2128輸送帶上物料進(jìn)入1#生產(chǎn)系統(tǒng)的煤種判別真值見(jiàn)表3。2128帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)1#生產(chǎn)系統(tǒng)的煤種判別邏輯表達(dá)式為

表3 2128輸送帶上物料進(jìn)入1#生產(chǎn)系統(tǒng)的煤種判別真值

在線灰分析儀參數(shù)自動(dòng)調(diào)整模塊

3.1 在線測(cè)灰儀測(cè)量工況研究

為提升在線測(cè)灰精度，針對(duì)關(guān)鍵干擾因素采取應(yīng)對(duì)措施。針對(duì)煤炭粒度多變、堆密度不穩(wěn)及輸送帶上煤層厚度不均導(dǎo)致測(cè)量誤差大的問(wèn)題，采用均質(zhì)等厚測(cè)量裝置，均勻煤流方向與厚度以減小波動(dòng)影響，帶式輸送機(jī)均值穩(wěn)厚裝置示意如圖3所示；針對(duì)重介分選精煤中殘留鐵磁介質(zhì)（增加鐵元素）導(dǎo)致灰分測(cè)量值偏大且不穩(wěn)定的問(wèn)題，工藝上降低介耗以減少殘介量；同時(shí)，針對(duì)水分變化（尤其對(duì)高灰分煤）影響測(cè)量而雙能量γ射線補(bǔ)償法效果有限的問(wèn)題，應(yīng)將測(cè)灰儀安裝于離心脫水機(jī)后，確保被測(cè)煤樣水分穩(wěn)定。

圖 3 帶式輸送機(jī)均值穩(wěn)厚裝置示意

3.2 在線測(cè)灰儀測(cè)量參數(shù)自適應(yīng)

選煤廠常規(guī)采用灰分儀在線煤炭質(zhì)量監(jiān)測(cè)，在線測(cè)灰儀測(cè)量參數(shù)自適應(yīng)研究顯示，不同煤種化學(xué)成分存在差異，需調(diào)整單源或雙源γ射線灰分儀的斜率和截距參數(shù)。測(cè)試各氧化物衰減系數(shù)，定義氧化物影響因子，可反映γ射線灰分儀測(cè)量變化。

單一煤種可確定斜率和截距，多煤種混合配煤時(shí)需快速分析確定混合比例參數(shù)，通過(guò)計(jì)算混合煤樣值和實(shí)測(cè)灰分，擬合得到新的斜率和截距。研究表明，與機(jī)測(cè)值及實(shí)測(cè)灰分%線性相關(guān)性較好，能實(shí)現(xiàn)測(cè)量參數(shù)自適應(yīng)，提高精度。

（1）單煤種校正

測(cè)試不同氧化物（如Al、SiO等）的衰減性能，發(fā)現(xiàn)相同灰分的不同礦種煤在γ射線灰分儀下測(cè)量結(jié)果差異大。用雙能γ放射源和灰分儀探測(cè)器系統(tǒng)測(cè)試高純度化學(xué)分析用材料的衰減系數(shù)，結(jié)果顯示各氧化物衰減系數(shù)存在差異。綜合考慮不同氧化物含量及其吸收系數(shù)，氧化物影響因子為各組成灰分元素的氧化物與其吸收系數(shù)乘積和，反映γ射線灰分儀測(cè)量變化。研究發(fā)現(xiàn)與機(jī)測(cè)值有較好線性關(guān)系，可表示為：=0.010 88×＋0.512 34，利用此關(guān)系計(jì)算灰分：%=KZ+D為斜率，為截距。

（2）多煤種校正

多煤種混合配煤時(shí)，通過(guò)計(jì)算混合煤樣的值和實(shí)測(cè)灰分，擬合得到新的斜率和截距。以孫疃8.62和許疃10.45兩種煤混合配煤為例，根據(jù)混合比例計(jì)算混合煤樣化學(xué)成分分析值，得到推測(cè)機(jī)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)灰分%的關(guān)系，混煤后得到新參數(shù)的方法見(jiàn)表4。與機(jī)測(cè)值關(guān)系（混合煤）如圖4所示，與實(shí)測(cè)灰分值關(guān)系（混合煤）如圖5所示，展示了孫疃和許疃不同混配條件下的機(jī)測(cè)、實(shí)測(cè)均有較好線性相關(guān)性，表明對(duì)灰分有較好預(yù)測(cè)精度。

表 4 混煤后得到新參數(shù)的方法

圖4 與機(jī)測(cè)值關(guān)系（混合煤）

圖5 與實(shí)測(cè)灰分值關(guān)系（混合煤）

（1）X混合指孫瞳、許瞳的2種已知灰分煤樣任意比例混合，求混合煤任意比例下斜率和截距參數(shù)計(jì)算方法。

（2）步驟：計(jì)算兩礦化學(xué)成分分析值；由值與計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)回歸方程得推測(cè)計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)，再用推測(cè)計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)灰分回歸擬合，得出混煤情況下的斜率、截距。

臨渙選煤廠西區(qū)，在1#、2#、3#生產(chǎn)系統(tǒng)的精煤輸送帶3117A、3217A、3317A上各安裝1臺(tái)雙探測(cè)器煤灰分檢測(cè)儀，通過(guò)RS485通信將3條精煤輸送帶上灰分儀數(shù)據(jù)傳至煤灰分檢測(cè)儀系統(tǒng)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)1#、2#、3#生產(chǎn)系統(tǒng)介精煤灰分的測(cè)量顯示。因重介質(zhì)分選控制系統(tǒng)和煤灰分檢測(cè)儀系統(tǒng)相互獨(dú)立，通信硬件不兼容，為使洗選不同煤種配比時(shí)，灰分檢測(cè)儀內(nèi)的斜率和截距參數(shù)能隨煤種配比自動(dòng)改變，采取了間接方式，重介質(zhì)分選控制系統(tǒng)和雙探測(cè)器煤灰分檢測(cè)儀系統(tǒng)信息流程如圖6所示。

圖6 重介質(zhì)分選控制系統(tǒng)和雙探測(cè)器煤灰分檢測(cè)儀系統(tǒng)信息流程

“密度內(nèi)環(huán)-灰分外環(huán)”雙回路控制模塊

4.1 密度內(nèi)環(huán)

密度內(nèi)環(huán)采用模糊推理與PID協(xié)同控制結(jié)構(gòu)，模糊推理模塊作為主控制器，根據(jù)密度偏差及其變化率動(dòng)態(tài)調(diào)整PID控制器的參數(shù)，以適應(yīng)系統(tǒng)的非線性和時(shí)變特性。PID控制器作為副控制器，根據(jù)模糊推理模塊輸出的優(yōu)化參數(shù)，快速調(diào)節(jié)泵前補(bǔ)水閥門(mén)的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)懸浮液密度的精準(zhǔn)控制?；曳挚刂葡到y(tǒng)流程如圖7所示。

圖 7 灰分控制系統(tǒng)流程

（1）模糊推理

模糊推理算法具有較強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性，能夠在系統(tǒng)模型不確定、參數(shù)時(shí)變的情況下，根據(jù)操作人員的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，快速給出控制決策。系統(tǒng)含有人工經(jīng)驗(yàn)、浮沉理論、歷史大數(shù)據(jù)3種模式。

人工經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞菎徫凰緳C(jī)根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的工況，結(jié)合自己的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)輸入灰分偏差，不為零時(shí)設(shè)定密度偏移量。浮沉理論模式為

式中：為某種配比下2種不同煤種混合后某密度級(jí)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)率，為煤種1在某一密度級(jí)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)率，為煤種2在某一密度級(jí)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)率，為種不同煤種中煤種1所占的比重，為2種不同煤種中煤種2所占的比重。計(jì)算得出產(chǎn)率為

式中：為某種配比下2種不同煤種混合后某一密度級(jí)對(duì)應(yīng)的灰分，為煤種1在某一密度級(jí)對(duì)應(yīng)的灰分，種為煤種2在某一密度級(jí)對(duì)應(yīng)的灰分。

計(jì)算得出灰分。然后采用3次樣條插值對(duì)浮沉數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，根據(jù)所設(shè)定精煤灰分通過(guò)擬合后的函數(shù)計(jì)算出當(dāng)前理論的設(shè)定密度偏移量。歷史大數(shù)據(jù)模式根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)系統(tǒng)洗煤種配比及設(shè)定精煤灰分值，查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)近期洗選煤種配比相同、設(shè)定精煤灰分在±0.2%內(nèi)所有反饋密度值的平均值，再根據(jù)當(dāng)前設(shè)定密度值計(jì)算設(shè)定密度偏移量。

3種模式的協(xié)同配合策略主要體現(xiàn)在分層決策、動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)管理和反饋閉環(huán)優(yōu)化3個(gè)方面。分層決策上，啟動(dòng)階段優(yōu)先用歷史大數(shù)據(jù)模式，借歷史最優(yōu)值初始化設(shè)定密度以縮短調(diào)試時(shí)間；偏差（如灰分偏差>1%）時(shí)，觸發(fā)人工經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ娇焖傩拚老到y(tǒng)失控；小幅偏差（如偏差0.2%～0.5%）時(shí)，切換至浮沉理論模式精細(xì)調(diào)節(jié)，提升精度。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)管理方面，若歷史數(shù)據(jù)缺失，自動(dòng)采用浮沉理論模式；若浮沉數(shù)據(jù)不完整，啟用人工經(jīng)驗(yàn)規(guī)則；灰分進(jìn)入死區(qū)（偏差<0.2%）后，暫停調(diào)節(jié)防振蕩，由密度內(nèi)環(huán)維持穩(wěn)定。反饋閉環(huán)優(yōu)化中，每次調(diào)控結(jié)果反饋至數(shù)據(jù)庫(kù)，更新歷史模式數(shù)據(jù)池，長(zhǎng)期運(yùn)行，歷史大數(shù)據(jù)模式將覆蓋更多工況，減少人工干預(yù)。

（2）PID協(xié)同控制

為兼顧響應(yīng)速度與穩(wěn)定性，提出了泵前補(bǔ)水快調(diào)+桶內(nèi)補(bǔ)水慢調(diào)的雙密度調(diào)控策略。當(dāng)密度偏差較大（Δ≥0.02 g/cm3）時(shí)，優(yōu)先啟用泵前補(bǔ)水電動(dòng)閥進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。通過(guò)快速補(bǔ)加清水，在短時(shí)間內(nèi)改變懸浮液密度，響應(yīng)時(shí)間<30 s，控制邏輯為

式中：Δ為調(diào)節(jié)器輸出變化量；為快速調(diào)節(jié)的比例參數(shù)；Δ為密度偏差；為快速調(diào)節(jié)的積分參數(shù)。

當(dāng)密度偏差較小（|Δ|<0.02 g/cm3），切換至桶內(nèi)補(bǔ)水閥進(jìn)行微調(diào)。通過(guò)小流量補(bǔ)水，消除穩(wěn)態(tài)誤差，調(diào)節(jié)周期為2～3 min，控制邏輯同式（4）。

4.2 灰分外環(huán)

灰分外環(huán)控制是在重介質(zhì)懸浮液密度控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行，此時(shí)密度控制系統(tǒng)是控制的內(nèi)環(huán)，灰分控制是控制的外環(huán)，灰分控制系統(tǒng)流程如圖7所示。

在密度控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上加灰分控制外環(huán)，在灰分控制模型下，系統(tǒng)啟動(dòng)前初始密度設(shè)定為2種方式。

（1）依據(jù)可選性數(shù)據(jù)構(gòu)建分選密度和精煤灰分的函數(shù)關(guān)系，設(shè)定精煤灰分設(shè)定值后，自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前應(yīng)設(shè)定的密度值。

（2）系統(tǒng)自動(dòng)記錄以往洗選煤種、設(shè)定密度、反饋密度、精煤灰分等數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)查詢(xún)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)計(jì)算，得出精煤灰分設(shè)定值對(duì)應(yīng)的密度設(shè)定值。同時(shí)，通過(guò)可選性數(shù)據(jù)構(gòu)建分選密度與精煤灰分變化的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)此關(guān)系由灰分偏差變化自動(dòng)計(jì)算設(shè)定密度的變化量。

容量和傳遞重介控制時(shí)間滯后模塊

重介質(zhì)分選工藝中，時(shí)間滯后對(duì)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和及時(shí)性構(gòu)成挑戰(zhàn)?？刂葡到y(tǒng)時(shí)間總滯后由容量滯后和傳遞滯后組成，主要包括密度控制系統(tǒng)的滯后、磁性物控制系統(tǒng)的滯后以及精煤灰分傳遞滯后，重介分選智能控制系統(tǒng)滯后如圖8所示。

圖8 重介分選智能控制系統(tǒng)滯后

密度控制系統(tǒng)的滯后源于補(bǔ)水傳遞滯后（泵前補(bǔ)水位置與密度計(jì)安裝位置存在物理空間距離，導(dǎo)致密度計(jì)檢測(cè)到懸浮液密度變化有延遲）和密度容量滯后（改變后的重介質(zhì)懸浮液需充滿(mǎn)管道和旋流器才能參與分選，因物理空間容量產(chǎn)生滯后），密度控制系統(tǒng)反應(yīng)曲線如圖9所示。

圖9 密度控制系統(tǒng)反應(yīng)曲線

磁性物控制系統(tǒng)的滯后包括磁性物傳遞滯后（磁鐵礦粉循環(huán)利用過(guò)程中，經(jīng)弧形篩、磁選機(jī)處理后回流至合格介質(zhì)桶的傳遞存在時(shí)延）和合格介質(zhì)桶容量滯后（合格介質(zhì)桶容量大，回流的磁性物無(wú)法立即均勻分散和被再次泵入旋流器）；精煤灰分傳遞滯后則是由于精煤從旋流器分選后，需經(jīng)弧形篩、振動(dòng)篩、離心脫水等過(guò)程到達(dá)帶式輸送機(jī)，而灰分在線測(cè)灰儀安裝在輸送帶上，物理傳遞過(guò)程帶來(lái)檢測(cè)延遲，灰分控制系統(tǒng)反應(yīng)曲線如圖10所示。

圖10 灰分控制系統(tǒng)反應(yīng)曲線

針對(duì)系統(tǒng)中的時(shí)間滯后問(wèn)題，在設(shè)計(jì)重介灰分閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)，需要將系統(tǒng)執(zhí)行周期設(shè)計(jì)為大于等于整個(gè)系統(tǒng)的滯后時(shí)間，避免因灰分未及時(shí)變化時(shí)頻繁調(diào)整設(shè)定密度，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩、超調(diào)或飽和。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中根據(jù)整理的大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，將灰分的模糊推理邏輯運(yùn)算劃分3個(gè)等級(jí)，分別為設(shè)定灰分和反饋灰分偏差為>1%、1%～0.5%、0.5%～0.2%。灰分控制系統(tǒng)反應(yīng)曲線如圖11所示的控制算法方案。

圖 11 灰分控制系統(tǒng)反應(yīng)曲線

首次操作進(jìn)入灰分閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)，重介灰分閉環(huán)控制系統(tǒng)根據(jù)前期生產(chǎn)反饋的灰分和密度數(shù)據(jù)得出當(dāng)前設(shè)定灰分的初始化設(shè)定密度。

（1）當(dāng)灰分偏差>1%時(shí)，系統(tǒng)在初始化設(shè)定密度基礎(chǔ)上偏移0.01，設(shè)定灰分大于反饋灰分，偏移量為正，反之則為負(fù)。

（2）灰分偏差為 1%～0.5%，偏移量為0.005，方向同上。

（3）灰分偏差為 0.2%～0.5%，偏移量為當(dāng)前設(shè)定密度乘以0.008?；曳制钶^高，系統(tǒng)慢速調(diào)節(jié)灰分，保證穩(wěn)定性和可靠性，讓灰分盡快穩(wěn)定在設(shè)定值。

為避免系統(tǒng)在設(shè)定灰分上下小范圍振蕩，設(shè)定0.2%為死區(qū)，偏差< 0.2%系統(tǒng)不起作用，> 0.2%才起作用，提高了系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾能力和響應(yīng)快速性。

重介分選智能控制系統(tǒng)應(yīng)用效果

重介分選精煤灰分閉環(huán)控制以精煤灰分為目標(biāo)值應(yīng)用到選煤廠后，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，目標(biāo)值跟蹤良好，達(dá)預(yù)期要求。

鮑店、臨渙、渦北三家選煤廠的實(shí)踐充分表明，識(shí)別－校正－清洗－調(diào)控的一體化方案成效顯著。通過(guò)多煤種智能識(shí)別為在線測(cè)灰儀提供精準(zhǔn)參數(shù)并修正其斜率和截距，結(jié)合數(shù)據(jù)清洗算法減少干擾，將灰分檢測(cè)/測(cè)量偏差均降至±0.3% ，提升了精煤產(chǎn)品合格率與重介快灰合格率，穩(wěn)定了精煤灰分。

鮑店選煤廠重介懸浮液密度波動(dòng)為±0.005 g/cm，重介精煤灰分控制在指標(biāo)中值±0.25%，介耗降低0.2 kg/t；臨渙選煤廠精煤產(chǎn)品合格率提高7.12%、浮選處理量降低7.12%，節(jié)約浮選生產(chǎn)成本；取消分級(jí)旋流器組工藝環(huán)節(jié)，減少裝機(jī)容量；渦北選煤廠焦煤、肥煤的重介快灰合格率均提升，中煤產(chǎn)率提高約6%，每年混精煤產(chǎn)率約提升0.2%。

總 結(jié)

（1）基于生產(chǎn)過(guò)程大數(shù)據(jù)的重介分選灰分閉環(huán)智能控制系統(tǒng)，針對(duì)重介質(zhì)分選過(guò)程中存在的精煤灰分波動(dòng)大、調(diào)控滯后性強(qiáng)、人工依賴(lài)度高等問(wèn)題，通過(guò)多煤種原煤智能識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤種-煤倉(cāng)-分選系統(tǒng)的精準(zhǔn)匹配，結(jié)合γ射線在線測(cè)灰儀參數(shù)自適應(yīng)機(jī)制與灰分?jǐn)?shù)據(jù)清洗算法，提升了灰分檢測(cè)精度。

（2）重介分選智能控制系統(tǒng)構(gòu)建的“密度內(nèi)環(huán)－灰分外環(huán)”雙回路控制架構(gòu)，采用模糊推理與PID協(xié)同算法，實(shí)現(xiàn)了分選密度的快速響應(yīng)；提出的基于物質(zhì)容量和傳遞的重介控制時(shí)間滯后解決方案，有效應(yīng)對(duì)了系統(tǒng)滯后問(wèn)題。

（2）在多家選煤廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明，重介分選智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了重介系統(tǒng)灰分的實(shí)時(shí)管控，降低人工干預(yù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，提升精煤產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，為重介分選過(guò)程的智能化調(diào)控提供了新的思路和方法，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡(jiǎn)介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專(zhuān)訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對(duì)話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專(zhuān)題報(bào)道等。

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