CN106406083A - 一种模糊控制选煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通过PID模糊控制结合控制系统，解决了原有的重介悬浮液密度对精煤灰分值的控制力度并不是很强，而且合格介质桶液位对灰分值的影响一点也没有体现。通过采用先进的控制器，重介悬浮的密度和精煤灰分值之间的相关性得到明显的增强，密度对灰分的控制力度增强。同时，合格介质桶的液位，对精煤灰分的影响，也得到体现。在两者共同作用下，精煤产品的质量有很大的提高，系统的生产效率也大大提升。

Description

一种模糊控制选煤方法

技术领域

本发明涉及一种模糊控制选煤方法。

背景技术

综合自动化系统的发展与应用是近年来国内现代化大型洗煤厂的一个突出特点，以工控机和可编程控制器为硬件核心，计算机信息管理、优化和控制为软件核心的综合系统成为洗煤厂综合信息化的典型模式。综合信息化系统涵盖了设备和生产工艺过程的监视、保护和报警、生产工艺参数的检测和调节、生产设备集中控制以及洗煤厂计算机信息管理与优化等内容。

重介质旋流器分选过程是：悬浮液以一定压力沿切线方向给入旋流器，形成强有力的离心力场。液流从入料口开始沿着旋流器内壁形成一个上升的外螺旋流和下降的内螺旋流，在旋流器轴心附近形成一股上升的内螺旋流。原煤以中心给料方式由入料管给入，在离心力的作用下，由于颗粒的密度不同，它们将会从旋流器中心到旋流器内壁迅速分层，小于分选密度的颗粒即精煤，聚集到中心随内螺旋流从溢流口排出；大于分选密度的颗粒即中煤和研石，会随外螺旋流向上，从底流口排入二段旋流器继续分选。

物料在进入二段旋流器前，由于受到离心力和外螺旋流的挤压作用，沿给料方向移动，产生了浓缩现象，使进入二段旋流器的悬浮液密度升高，而二段旋流器的分选密度相应升高，这样就有效地将密度高的物料分选出来了。如果悬浮液的密度和入口压力达不到要求或不能迅速控制，那么对原煤的分选效果会有很大影响。因此，重介悬浮液的密度及液位检测与自动控制水平的高低决定着重介工艺分选精度和分选效果，也是重介工艺最核心的环节。为了保证有效分选，悬浮液密度控制应做到快速、准确，悬浮液入口压力应做到稳定。

在利用自动分流这一环节来实现悬浮液密度调控时，合格介质经过稀介桶、磁选机后再进入合介桶，需要一定的时间，是典型的大惯性、大滞后过程控制，如果仅仅采用传统的PID控制不可避免的要出现超调和振荡现象。生产过程中为了保证精煤的合格率，往往采用降低分选密度的操作方法，然而这种方法的直接影响就是降低了精煤产率。目前，补加水环节已经基本实现了自动控制，而在分流这一环节上还是靠人工控制，根据工作人员的经验进行实时的调节。这样就会带来很多问题，比如会导致悬浮液密度波动大，精煤灰分超标或精煤产率降低，岗位司机工作负荷大。鉴于此，优化洗煤工艺提高产量及质量是迫切需要的。

本系统的控制对象重介悬浮液密度系统是一个集密度、磁性物含量、液位控制和阀位控制的典型的大惯性、大滞后和参数时变的不确定过程。传统的经典控制理论主要处理单输入单输出线性定常反馈控制系统，系统运动状态的数学模型用传递函数表示，它是建立在频率法的基础上；现代控制理论主要用来解决多输入多输出和时变系统的问题，系统的数学模型用状态方程表示，是一种时域表示方法。但无论是经典控制理论还是现代控制理论，都是建立在系统的精确数学模型基础上的。在实际系统中存在如下问题：

1.由于系统的控制对象的工业过程是非常复杂的，例如补水装置及分流装置安装距离的不一致导致调节过程中响应速度变化较大，很难准确地描述这些过程的状态方程。

2.为了数学处理上的方便而简化数学模型，降低其阶次，以牺牲准确性来换取处理上的方便。而把一个高阶系统简化为低阶数学模型来描述系统时，其结果往往是不能令人满意的，甚至还会产生错误的结论。

3.由于此过程控制系统的时变性和复杂性，所建立的数学模型不可能与 实际系统完全吻合，也就得不到精确的数学模型，而只是一种近似。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种提高控制精度，保证精煤产品生产质量的一种模糊控制选煤方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种模糊控制选煤方法，包括如下步骤

步骤一，将密度偏差值、液位偏差值、主洗分流箱开度、加介分流箱开度、蝶阀开度的模糊语言变量分为5级；

步骤二，设置密度偏差值和液位偏差值的量化因子K1、K2；设置主洗分流箱开度、加介分流箱开度、蝶阀开度的比例因子K3、K4、K5；

步骤三，根据密度偏差值e1、液位偏差值e2、主洗分流箱的开度u1、加介分流箱的开度u2、蝶阀的开度u3的分别建立隶属度函数表，根据上述隶属函数表建立模糊控制规则表，所述模糊控制规则表包含若干条模糊控制规则，第i条模糊控制规则Rⁱ可表示为： 表示第m个输入变量在模糊论域中对应的语言变量的值，y_i就是系统对应的输出值，为输出变量y_i与x_i之间的关系系数。

步骤四，实时检测获得重介质的密度偏差值e1、合格介质桶的液位偏差值e2；对检测获得的密度偏差值和液位偏差值进行模糊化，获得重介悬浮液密度和合格介质桶液位的输入量化等级，查询上述模糊控制规则表，分别获得u1、u2、u3与该量化等级对应的控制规则，通过加权平均法求得输出值的 量化等级，所述加权平均法可表示为：式中：n是模糊规则的数目；yⁱ是根据第i条模糊规则进行计算得出的结果；权重Gⁱ表示按照第i条规则输入的向量的真值，它的值由下式确定：其中∏表示模糊算子，表示一模糊子集。

步骤五，分别对输出值的量化等级进行去模糊化，得到主洗分流箱、加介分流箱、蝶阀对应控制器的控制电流值，用于控制对应主洗分流箱、加介分流箱、蝶阀的开度。

进一步地：步骤二中，所述密度偏差值的量化因子K2设置为8，所述液位偏差值的量化因子设置为10。

进一步地：步骤二中，所述主洗分流箱开度、加介分流箱开度、蝶阀开度的比例因子K3、K4、K5均设置为2。

进一步地：所述主洗分流箱、加介分流箱、蝶阀的控制器输出电流范围相同。

通过采用上述技术方案，系统原始的控制方式中，重介悬浮液密度对精煤灰分值的控制力度并不是很强，而且合格介质桶液位对灰分值的影响一点也没有体现。通过采用先进的控制器，重介悬浮的密度和精煤灰分值之间的相关性得到明显的增强，密度对灰分的控制力度增强。同时，合格介质桶的液位，对精煤灰分的影响，也得到体现。在两者共同作用下，精煤产品的质量有很大的提高，系统的生产效率也大大提升。

附图说明

图1为本发明悬浮液密度的PID-模糊控制系统图；

图2为重介悬浮液密度自动控制系统框图；

图3为e₁，e₂的隶属度函数图；

图4为u₁，u₂，u₃的隶属度函数图；

图5为控制系统的运行循环图；

图6为模糊控制流程图；

图7为程序流程图。

具体实施方式

参照图1至图7对本发明实施例做进一步说明。

以洗煤设备间的联系和影响洗煤质量及效率的工艺参数为研究对象，将技术较为成熟的PID控制器和模糊控制理论相结合，设计一套重介洗煤集中监控和工艺参数自动测控系统，实现对重介质洗煤过程中工艺参数的在线检测、监视及稳定的控制，解决当前重介质悬浮液及液位控制系统中由于存在大滞后、大惯性环节导致系统响应速度和超调量调节困难的现状，从而优化洗煤工艺，提高劳动生产率，降低工人劳动强度，提高经济效益的目的。

系统采用先进的软硬件、自动化仪表和现代网络技术，对厂区现有生产工艺和设备厂房情况进行分析，主要围绕设备集中控制、关键设备运行情况实时监测、现场工艺流程的实时在线、悬浮液密度等参数自动调节几个方面进行研究。综合自适应控制、模式识别、模糊控制、人工智能、神经网络等现代控制算法后，提出将技术较为成熟的PID控制器和模糊控制理论相结合，快速、稳定调节重介密度及液位的同时保证了重介洗煤过程的分选效果并提高了生产管理水平。

利用模糊-PID控制技术，解决了重介参数常规调节手段下非线性、大滞

后问题，实现重介洗煤工艺参数的精准控制。

通过模糊-PID相结合的控制技术设计出模糊-PID控制器，对被控量变化及变化趋势有一定的“预见性”，有效解决了重介参数常规调节手段下非线性、大滞后问题。常规PID控制器具有算法简单、可靠性高等优点，对于确定性的被控对象通过对三个参数的调整就可以获得比较满意的控制效果。但是对于时变的、有滞后的、非线性的系统来说，PID控制就难以达到很好的效果。模糊控制具有不依赖被控对象的数学模型的突出优点，但是稳态的精度较差。所以将模糊控制算法与PID控制算法结合起来，构成模糊-PID控制器。模糊-PID控制器同时具有模糊控制和PID控制的优点，从而可以对那些比较复杂的用常规PID控制控制效果不理想的对象取得满意的控制效果。

复合型控制器

基于控制对象，结合实际情况，我们研究提出了采用模糊-PID控制来实现悬浮液密度、液位自动控制的新思路。模糊PID控制将PID控制和模糊控制结合起来，可以充分发挥模糊PID控制器不需要精确的数学模型且有很强的鲁棒性的特点，达到缩短响应过程，维持控制系统良好的动态控制性能的目的。该控制系统超调量小、调整时间短、对系统参数变化和外界干扰有较强的鲁棒性，是一种提高重介悬浮液密度和液位控制效果的有效方法。复合模糊PID控制器框图，如图1所示。

在本系统中通过采集灰分仪数据、皮带运行状态、密度计、液位计、磁性及电磁阀的阀位信号等进而根据智能控制算法来综合判断，从而控制各个执行机构(如：补水阀、分流阀及加水阀等)的相应动作来进行控制，以达到密度和黏度的稳定控制，实现重介悬浮液密度的自动控制，从而实现重介洗煤过程的自动化。重介洗煤悬浮液密度的自动控制系统框图，如图2所示。

重介洗煤模糊控制器设计

在重介洗煤工艺中，精煤的主要标准灰分含量是由重介质悬浮液的密度决定的。为了使精煤产品的灰分值在0.5％的误差范围内波动，需要将悬浮液的密度控制在0.1g/ml的范围内。所以，对精煤灰分的要求，决定了系统悬浮液的密度。由灰分回控规则，当精煤产品的灰分值过大时，需要降低悬浮液的密度，从而使精煤的灰分值降低；当精煤产品的灰分值过低时，则需要适当的提高悬浮液的密度。在工业现场生产过程中，首先根据生产需要，设定精煤的灰分值，然后根据工程经验，得出所需重介质的密度。由于原煤煤质的变化，在一定的密度下，精煤灰分也可能发生改变，所以必须及时调整介质密度。要对重介质悬浮液的密度进行调整，可采取以下方式。当密度过低时，需增加主洗分流箱的开度使低密度的介质快速进入稀介介质桶，使正常密度的介质进入浮选系统中；当密度过高时，需打开电磁加水阀，对密度过高的介质进行稀释，从而使密度降低。

重介洗煤工艺过程中，不仅要对重介质密度进行控制，还要对介质桶的液位进行控制。介质桶在最低液位时，应该保证介质泵有足够的进料压力。介质桶在最高液位时，由于设备和管道中的介质要回流，停车时要保证回流量能够被容下。当介质桶液位过低时，应及时添加浓介质或者磁铁矿粉。在现场工业生产过程中，应综合考虑介质桶的液位控制和介质密度控制。

综上所述，重介控制系统需要符合以下控制规则：介质桶内重介悬浮液密度过高时，就应该采取减小分流量补加清水的措施；密度过低时，则应该加大分流量，并进行浓缩；介质桶的液位较低，可以增加高密度介质或磁铁矿粉来提高系统中介质的含量；介质桶的液位高时，需加大分流量。在日常的工业生产过程中，介质桶的液位比较稳定，重介质悬浮液的密度波动也不大，但是较小的变化也会影响精煤的产量，这就需要重介控制系统十分稳定性，参数 调整迅速，控制精度高。

模糊化及隶属度函数的确定

重介洗煤控制系统中，对精煤产品灰分值起主要作用的是重介质密度和合格介质桶的液位，而两者的控制是通过主洗分流和加介分流箱阀门的开度以及蝶阀的开度决定的。要实现对系统的精确控制，必须把它们转换成模糊变量。现在对模糊控制的输入、输出分别定义如下：

输入量：e₁-密度偏差、e₂-液位偏差；

输出量：u₁-主洗分流箱的开度、u₂-加介分流箱的开度、u₃-蝶阀的开度。

模糊子集的确定，在本系统中设定密度偏差e₁、液位偏差e₂的模糊语言变量用E₁、E₂表示，主洗分流箱开度u₁、加介分流箱开度u₂、蝶阀开度u₃的模糊语言变量分别用U₁、U₂、U₃表示。以系统的密度为例，在工业生产中，重介悬浮液的密度一般为1.4g/ml，当介质的密度低于该值时，偏差为“负”；当重介质的密度高于该值时，偏差为“正”。同时，引入“大”、“中”、“小”等比较语言表示偏离设定值的程度。根据长期工业生产现场积累的经验，现将E₁、E₂、U₁、U₂、U₃的模糊语言变量分为5级，分别为{NB NS ZO PS PB}，即负大、负小、适中、正小、正大。即输入输出变量的模糊子集为{NB NS ZO PS PB}，语言变量的分档数m为5。

量化因子及量化论域的确定，假设系统输入量的两个偏差的物理论域为(-e_max，e_max)，将其转换成整数论域为(-n，-n+1，…-1，0，1，…n-1，n)，由于在整数论域元素个数2n+1与模糊子集元素个数存在2n+1＝km(k＝2-3)关系时，模糊子集对系统的模糊论域以及物理论域表述最为合理。所以，当整数论域中n＝4时，求得的k值在2与3之间，满足获得最优控制的要求。即 系统的模糊论域为(-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4)。

在模糊控制中，基本论域中的量为精确量，为了进行模糊化处理，必须将输入变量从基本论域转换到相应的模糊集论域，从而就要引进量化因子Ke。例如有物理量，其论域为X＝[-x，x]，把此论域转化为整数N＝[-n，-n+l，-L，0，L，n-1，n].则量化因子为：

Ke＝n/x

计算出量化因子，就可以将任意时刻的精确值e转化成与模糊论域中对应的值a。即

a＝Ke·e

如果a是一个整数，那么它就是模糊论域中的一个元素。如果不是整数，则需进行四舍五入处理，使其变成模糊论域中的一个元素。在重介洗煤生产工艺过程中，重介悬浮液的密度值波动范围为1.0-2.0g/ml，分选密度值为1.5g/ml，密度偏差e₁的基本论域为[-0.5～0.5]。所以，可以求得重介悬浮液密度的量化因子

K₁＝n/x＝4/0.5＝8

合格介质桶的液位值波动范围1.8m～2.6m，合格介质桶的正常液位值为2.2m，液位偏差e₂的基本论域为[-0.4～0.4]。所以，合格介质桶液位的量化因子

K₂＝n/x＝4/0.4＝10

量化论域到基本论域的转化。系统的输出实际值为u同样的，对于系统的输出量主洗分流箱的开度u₁、加介分流箱的开度u₂、蝶阀的开度u₃由控制器经过模糊推理决策之后，控制器的输出量是量化论域的一个整数等级，并不能够直接对执行机构进行控制。要实现对相关变量的控制，必须将输出量 量化论域里的值转化到基本论域中。类似于输入变量中的量化因子，引入比例因子Ku，实现输出量从量化论域到基本论域的转变。若系统中输出量的基本论域为X＝[-x，x]，量化论域为N＝[-n，-n+l，-L，0，L，n-1，n]，则

系统输出量的论域是连续的实数域，可以使用下式，实现系统输出从

u＝K_n n_i式中n_i为任意时刻系统的量化输出值

在重介洗煤工艺中，控制器的输出统一为4～20mA电流信号，所以系统的实际论域为[4，20]，而系统的量化论域为(-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4)，从而可以得到控制系统三个输出量主洗分流箱的开度u₁、加介分流箱的开度u₂、蝶阀的开度u₃对应的三个比例因子K₃、K₄、K₅为

所以，对于输出量的模糊论域中的某一值n_i，对应的基本论域控制量u_i为：

u_i＝2n_i+12

通过上式，就可以实现系统输出量主洗分流箱的开度u₁、加介分流箱的开度u₂、蝶阀的开度u₃从量化论域到实际域的转换。

隶属度函数的确定

通过上面的分析，确定了两个输入量、三个输出量的模糊子集、量化论域以及量化因子。但是，要实现系统的模糊化运算分析，以上的几个变换是不够的，还要确定这个几个量的隶属度函数。若对论域(研究的范围)U中的任一元素x，都有一个数A(x)∈0，1与之对应，则称A为U上的模糊集，A(x)称为x对A的隶属度。当x在U中变动时，A(x)就是一个函数，称为A的隶属函数。隶属度A(x)越接近于1，表示x属于A的程度越高，A(x)越接近于0表示x属于A的程度越低。用取值于区间0，1的隶属函数 A(x)表征x属于A的程度高低。常用的隶属度函数有高斯型、三角形或者梯形。三角形的隶属度函数数学表达式简单、灵敏性高，因此采用三角形隶属度函数计算各个控制变量的隶属度。e₁，e₂的隶属度函数如图3所示。E₁、E₂隶属度赋值表，如表所示。

表E₁、E₂的隶属度赋值表

主洗分流箱的开度u₁、加介分流箱的开度u₂、蝶阀的开度u₃的隶属度函数如图4所示，

表U₁、U₂、U₃的隶属度表赋值表

制定模糊控制规则，建立模糊控制器的控制规则的过程，就是利用语言归纳手动控制策略的过程。在模糊控制中，控制策略的选择是非常关键的。模糊算法结构体现着模糊控制规则的模糊关系，它相当于一般控制器的传递函数，但是这种算法结构不是在被控对象数学模型基础上综合出来的，而是根据控制系统的输入-输出关系的数学观测，并采用模糊集合理论处理而得到的。针对重介洗煤控制工艺中，两分级输入、三分级输出的复杂状况，必须采用能够合理的表达这个几个变量之间关系的推理模型。可采用针对多输入输出且输入输出分等级的T-S模型。这种模型的第i条模糊控制规则Rⁱ可表示为：

表示第m个输入变量在模糊论域中对应的语言变量的值；y_i就是系统对应的输出值；为输出变量y_i与x_i之间的关系系数。由于系统是三输出系统，系统的所有输出值都可以通过上式用两个输入量来表示，只不过它们对应的关系系数不同。

模糊控制规则可以通过总结、归纳专家的经验知识，并进一步加工、整理、提炼，去粗取精后产生模糊控制规则；如果对象的动态特性可以用语言来描述，那么也就可以通过这个动态过程的描述来推断相应的控制规则，这就是常用的根据对象的模糊模型来得出模糊控制规则的方法；另外，还可以结合神经网络、自适应等智能控制算法使规则自动生成并不断进行修正。本课题采用专家经验法和观察法来设计模糊控制器规则。通过进行大量的实验来进行确定每个执行机构控制效果的强弱，记录该执行机构对重介洗煤系统 重介悬浮液密度和合格介质桶液位的影响，并且经过重复多次实验来确定个执行机构的控制效果及执行的先后次序。由于输入变量和输出变量的模糊论域都是分为5级的，并且控制系统共有3个输出变量需要进行控制。所以，每个输出变量都会得到25个不同的模糊控制规则，对应于输入变量各种不同的状态。所得模糊控制规则表如下：

表 模糊控制规则表

上表列出了输入量重介悬浮液密度和合格介质桶液位的所有情况下，三个输出变量主洗分流箱、加介分流箱、蝶阀开度之间的关系。以第一条模糊控制规则为例：重介悬浮液密度的模糊量化值为NB，即密度值为最低，合格介质桶液位也是最低。这时候，既要将不合格介质排出，又要增加合格介质桶液位。因为重介悬浮液的密度对精煤产品的影响最大，所以，排出第密度介质是最重要的。这就必须将主洗分流箱的开度开大最大，即U₁为PB。这样就使合格介质桶的液位更加的低，所以必须将加介分流箱的蝶阀的开度开大最大，即U₂、U₃都为PB。整个控制系统的模糊控制规则如上所述。

精确化计算，解模糊，与模糊化相反，解模糊就是将经模糊推理得模糊控制规则中的模糊集合转化到量化论域中，从而再根据量化因子，得到能够对被控量进行直接控制的实际物理量。进行解模糊常用的算法如下：最大隶属度函数法通过对模糊控制规则的制定，可以得到模糊控制规则表，对应于每一条模糊控制规则，都会得到每一个输出量的模糊控制。根据每一个量的隶属度表，对应于每一个模糊控制等级，都有一个隶属值最大的量化等级， 该量化等级对应的值，就作为精确的控制量，即：v₀＝maxμ_v(v)v∈V

重心法解模糊，重心法是通过求模糊集合隶属度函数曲线与横坐标所围成的面积的重心作为控制器输出的精确值，即：当输出变量的隶属度函数为离散单点集时，精确值为

加权平均法，加权平均法是用输出量各元素进行加权平均后的输出值作为输出的精确执行量，其计算方法为加权平均法能够将所有的元素应用到控制输出的计算中，在实际工程应用中，往往能够取得比较好的控制效果，本课题就是采用加权平均法对输出变量进行精确化计算的。

面积等分法，面积等分法也称为中位数法，就是把输出的模糊集合所对应的隶属度函数曲线与横坐标所围成的面积分成相等的两部分，将这两部分分界点所对应的元素作为输出的精确值u_A的方法，即

以主分流箱电源执行器开度为例进行去模糊精确化计算，假定设定重介悬浮液密度和合格介质桶液位经过量化后对应的量化等级分别为-3级、+1级，根据模糊规则进行查表推理得，所有75条模糊控制规则中，针对主洗分流箱开度有下面四条符合条件如下所示

if(E₁is NB)AND(E₂is ZO)then U₁is PB

if(E₁is NB)AND(E₂is PS)then U₁is PB

if(E₁is NS)AND(E₂is ZO)then U₁is PS

if(E₁is NS)AND(E₂is PS)then U₁is PS

根据Takagi-Sugeno模糊推理以及加权平均法对上面重介悬浮液密度和合格介质桶液位经过量化后对应的量化等级分别为-3级、+1级时的主洗分流箱的输出。推理方法如下：

在模糊控制系统中，对应于相应的输入变量使用T-S模糊推理方法，借助模糊控制表各对输出yⁱ(i＝1，2，...，n)进行加权平均，得到的值为：

式中：n是模糊规则的数目；yⁱ是根据低第i条模糊规则进行计算得出；权重Gⁱ表示按照第i条规则输入的向量的真值，它的值由下式确定：

上式中的∏表示模糊算子。是一个模糊子集。当以上四条模糊控制规则起作用的时候，通过对照隶属度函数表，得出不同的量化等级对应的隶属度值。对应于PS模糊控制等级的量化等级有1、2、3，隶属度为1、0.8、0.5；对应于PB模糊控制等级的量化等级有3、4，隶属度分别为0.8、1。由加权平均法计算的结果为：

通过上式求得的输出值的量化等级为2，同时，结合系统的量化因子，利用公式u_i＝2n_i+12就可以求得系统的主洗分流箱的开度的精确值。也就是说重介悬浮液密度、合格介质桶液位量化等级是-3、+1时，执行机构主分流箱电液执行器的开度对应的模拟量输出值为16mA。通过使用上述的计算方法，对应于输入量重介悬浮液密度和合格介质桶液位不同的开度量化等级，分别求得三个输出量的模糊控制表如下。

表U₁模糊控制表

表U₂模糊控制表

表U₃模糊控制表

控制算法的实现

整个控制系统的核心，就是系统的控制程序。系统的控制算法就是通过控制程序来完成的。同时，重介系统的流程控制也是由控制算法实现的。S7-1200PLC系列的编程软件为TIA Portal。TIA(Totally Integrated Automation，全集成自动化)Protal在一个软件应用程序中集成了各种SIMATIC产品，可以完成多种设备的编程，使用该软件可以提高生产效率，缩短开发周期。

控制系统控制程序的编写就是使用的TIA Portal编程软件。该编程软件有别于西门子200PLC的编程软件，并不是基于程序化的编程，而是类似于西门子300PLC的模块化编程。TIA Portal编程软件包括以下的几个编程模块，组织块OB、功能FC、功能块FB、数据块DB/DI。OB程序块是系统的主程序块，其他控制程序块只有在OB块中被调用才能得到执行。在PLC运行中，每一次循环都要调用一次主程序块，主程序块中的其他程序块从而得到执行；功能程序块是没有固定数据存储区的程序块，不能为其数据分配初值；功能 块有自己的数据存储区，并且在程序完成后，都有相应的返回值。该程序块的数据都存放在背景数据库(DI)中；数据块是用来存储系统中各个程序块中所定义或者使用到的数据的。数据块中的数据类型多种多样，PLC能够使用的数据类型，都可以再数据块中进行定义和使用。数据块又按照其使用对象的不同，划分为共享数据块(DB)和背景数据块(DI)。顾名思义，共享数据块不属于任何的其他程序块，是系统程序运行时，过程变量的存储空间。背景数据块则是对应于特定的功能块，作为其背景数据的，背景数据库中的数据相当于功能块的初值，并且只有功能块的返回值能对其进行修改。

这个控制系统的运行循环图如图5，

如图5所示，整个控制核心PLC的运行，就是以极短的周期不断重复输入、运算、输出的过程，从而实现系统的实时精确控制。

对应于重介洗煤控制系统，既要考虑重介洗煤工艺中重要参数的控制，又要照顾到整个洗煤系统的程序流程。系统的控制流程图如图6，通过图6，整个系统的控制流程中，把洗煤系统的全部控制任务包括在内。为了实现系统重介悬浮液的密度控制、合格介质桶的液位控制，程序运行一开始，就对重介液密度和液位进行了赋初值，并将模糊控制规则表以分段的形式，输入到背景数据块中，为实现模糊控制做准备；然后由后朝前判断各道工序的开机状态，每个设备都安装由后至前的顺序开机之后，采集重介悬浮液值和介质桶液位值，调用控制程序块，实现对重介洗煤系统的精确控制；最后，采集精煤产品的灰分值，通过模糊PID算法计算，得到重介液密度值，与设定值进行比较，得出偏差，对各个执行机构给出控制信号，实现系统的后续控制。

在系统顺序启动控制方面，根据生产现场安全的要求，在系统进行集中 开车之前1min，要有开车预警输出。位于整个洗煤系统最末环节的工序是脱介筛。只有在脱介筛运行之后，系统的其他设备才能进行启动。所以，在系统的控制程序中，将脱介筛的启动放在首位。系统经过旋流分选器分选出来的产品要进入脱介筛必须经过弧形筛。所以，在进行浮选之前、启动脱介筛之后，必须再启动弧形筛。然后在启动重介旋流器，最后将原煤和重介悬浮液加入混料桶，进行重介旋流器中，开始洗煤操作。系统停车时，按照与之相反的顺序进行。

系统重介悬浮液的密度、液位的控制分别在功能块中完成，程序流程图如图7，根据系统密度和液位的初始设定值，在系统开始运行之后，密度计、液位计和灰分仪的输入都传输到控制器PLC中，根据这个几个量的偏差值，通过查询相应的控制规则表，输出控制量，完成系统中重介密度的调节。当系统重介密度过低时，会加大主洗分流量开度，使低密度介质进入希介质桶，从而使合格介质桶液位降低。这时候就要增大加介分流箱的开度和加水蝶阀的开度，使合格介质桶的液位得以回升，使重介悬浮液的密度有所提升。当重介悬浮液密度过高时，就要加大加水蝶阀的开度，也使合格介质桶的液位上升。所以，在整个控制流程中，以合格介质桶的液位作为判断依据，在高液位时置位M1.3、复位M1.2，在低液位时相反：在程序初始化时，复位M1.2和M1.3。当系统液位过低时，进入增加介质过程。执行机构的开度通过查询背景数据块DI2进行。通过不断的增加介质和水，液位上升至高液位，使M1.3变为闭合状态，M1.2变为断开状态，停止介质和水的加入；系统正常运转，不断检测重介密度，根据数据块DI1，实时的调整主洗分流箱和蝶阀的开度，进而实现对密度的控制；随着洗煤过程的进行，重介质不断损耗，系统的液位就会再次达到低液位，此时就会置位M1.2、复位M1.3，通过对背景数据块 DI2的查询，从而使系统进入加水加介的过程，如此不断循环。

系统试运行期间两个工作日的生产统计如下：

表2重介洗煤系统密度、液位记录

在实际运行中，通过三个月的试运行，洗煤工艺优化控制系统运行稳定，且很好地检测了重介质分选机及重介质逆流器运行情况；成功采集了精煤、原煤的灰分仪数据以及重介质密度、液位等相关工艺数据，并成功发布到上位机与管理平台；实现了与原重介洗煤系统的无缝链接。

系统原始的控制方式中，重介悬浮液密度对精煤灰分值的控制力度并不是很强，而且合格介质桶液位对灰分值的影响一点也没有体现。通过采用先进的控制器，重介悬浮的密度和精煤灰分值之间的相关性得到明显的增强，密度对灰分的控制力度增强。同时，合格介质桶的液位，对精煤灰分的影响，也得到体现。在两者共同作用下，精煤产品的质量有很大的提高，系统的生产效率也大大提升。

具体来看，洗煤工艺优化实现了以下功能：测量精度高：灰分在0～15％时，误差≤±0.5％；灰分在15～30％时，误差≤±1.0％；灰分大于30％时，误差≤±2.0％；实现灰分仪、产品等级和重介洗煤在线采集；根据PID算法获得不同等级产品数学模型，实现自动控制；根据模糊控制算法，提供精确控制参数调整功能；简化了监控、控制环节，降低了生产费用；提高了洗煤率，提高了经济与社会效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种模糊控制选煤方法，其特征在于：包括如下步骤

步骤一，将密度偏差值、液位偏差值、主洗分流箱开度、加介分流箱开度、蝶阀开度的模糊语言变量分为5级；

步骤二，设置密度偏差值和液位偏差值的量化因子K1、K2；设置主洗分流箱开度、加介分流箱开度、蝶阀开度的比例因子K3、K4、K5；

步骤三，根据密度偏差值e1、液位偏差值e2、主洗分流箱的开度u1、加介分流箱的开度u2、蝶阀的开度u3的分别建立隶属度函数表，根据上述隶属函数表建立模糊控制规则表，所述模糊控制规则表包含若干条模糊控制规则，第i条模糊控制规则Rⁱ可表示为： $\begin{array}{c}{R}^i:\mathrm{if}{x}_1\mathrm{is}{A}_1^i,x_2\mathrm{is}{A}_2^i,...,x_m\mathrm{is}{A}_m^i,\\ \mathrm{then}{y}^i=p_0^i+p_1^i{x}_1+p_2^i{x}_2+...+p_m^i{x}_m,i=\mathrm{1,2},...,n\end{array},$ 表示第m个输入变量在模糊论域中对应的语言变量的值，y_i就是系统对应的输出值，为输出变量y_i与x_i之间的关系系数。

步骤四，实时检测获得重介质的密度偏差值e1、合格介质桶的液位偏差值e2；对检测获得的密度偏差值和液位偏差值进行模糊化，获得重介悬浮液密度和合格介质桶液位的输入量化等级，查询上述模糊控制规则表，分别获得u1、u2、u3与该量化等级对应的控制规则，通过加权平均法求得输出值的量化等级，所述加权平均法可表示为：式中：n是模糊规则的数目；yⁱ是根据第i条模糊规则进行计算得出的结果；权重Gⁱ表示按照第i条规则输入的向量的真值，它的值由下式确定：其中Π表示模糊算子，表示一模糊子集。

步骤五，分别对输出值的量化等级进行去模糊化，得到主洗分流箱、加介分流箱、蝶阀对应控制器的控制电流值，用于控制对应主洗分流箱、加介分流箱、蝶阀的开度。

2.如权利要求1所述的一种模糊控制选煤方法，其特征在于：步骤二中，所述密度偏差值的量化因子K2设置为8，所述液位偏差值的量化因子设置为10。

3.如权利要求1所述的一种模糊控制选煤方法，其特征在于：步骤二中，所述主洗分流箱开度、加介分流箱开度、蝶阀开度的比例因子K3、K4、K5均设置为2。

4.如权利要求3所述的一种模糊控制选煤方法，其特征在于：所述主洗分流箱、加介分流箱、蝶阀的控制器输出电流范围相同。