CN106964483B - 一种无压给料重介旋流器选煤过程自动控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种无压给料重介旋流器选煤过程自动控制方法及系统，整个系统包括：重介旋流器、原煤皮带、筛选装置、渣浆泵、合格介质桶、检测设备、工控机、变频器、补水阀和分流阀。本发明利用检测设备获取实时的给煤量、介质压力、介质密度和磁性物含量值，通过事先建立的模型计算出当前实际分选密度和可能偏差，与煤质快速检测装置获取的原煤资料结合，计算得到精煤产品的预测灰分，该预测灰分与产品的要求灰分比较，通过控制变频器改变渣浆泵的转速来调节介质压力，通过控制补水阀和分流阀的开度来调节介质密度。该系统控制及时，准确，分选过程高效，产品质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及选煤控制技术领域。尤其是一种无压给料重介旋流器选煤过程自动控制方法及系统。
背景技术
重介选煤是用密度介于煤与矸石密度之间的悬浮液(用磁铁矿粉与水配制)作为分选介质的选煤方法，无压给料重介旋流器应用最广泛。原料煤在自重的作用下沿旋流器中心给入，介质则在旋流器的底端延切线给入，从底至顶形成一股上升旋涡流，轻产物在漩涡中心向下流，从溢流口(下部)流出，重产物沿筒壁上升从底流口(上部)排除。目前，重介选煤过程的控制通常采用对精煤产品每隔一、两小时的离线采样化验，0.5～1小时后出快灰结果，再根据快灰结果人工调整介质密度。这种方法滞后大，控制不及时，参数调整依赖经验，产品质量不稳定，工作环境差，严重影响工人身体健康。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无压给料重介选煤过程自动控制系统与方法，替代离线采样化验和人工密度控制，及时地自动调节操作参数，改善工人工作环境，提高产品质量和生产效率。
为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案为：
一种无压给料重介旋流器选煤过程自动控制方法，包括步骤：
(1)以相同的采样频率采集重介旋流器入口的给煤量、介质压力、介质密度和介质中的磁性物含量值；
(2)以给煤量、介质压力、介质密度和磁性物含量为4个因素，并将这4个因素的变化范围划分N个水平，按照正交试验设计或均匀试验设计安排单机检查试验，计算得到每个因素水平组合的实际分选密度和可能偏差；
(3)对给定时间段内采集到的给煤量c、介质压力p、介质密度d、磁性物含量值m的均值及各组实际分选密度和可能偏差进行回归分析或支持向量机建模，得到分选状态模型为：
δ＝f(p,d,m,c)
Ep＝g(p,d,m,c)
式中，δ＝f(p,d,m,c)为实际分选密度模型，Ep＝g(p,d,m,c)为可能偏差模型；
(4)建立自动控制目标值计算流程，包括步骤(4-1)至(4-4)：
(4-1)将当前采集到的介质压力p、介质密度d、磁性物含量值m、给煤量c代入实际分选密度模型，得到当前的实际分选密度δ；
(4-2)求解使可能偏差模型Ep＝g(p,d,m,c)最小的p’,d’,m’和c’，定义最小可能偏差为Ep’>0，求解时须满足约束条件：
①pmin≤p’≤pmax，dmin≤d’≤dmax，m’＝m，c’＝c；
②f(p',d',m',c')＝δ；
其中，pmin、pmax分别表示介质压力的最小和最大值；dmin、dmax分别表示介质密度的最小和最大值；mmin、mmax分别表示磁性物含量值的最小和最大值；cmin、cmax分别表示给煤量变化范围的最小和最大值；
(4-3)计算δ'＝f(p',d',m',c')；根据δ’、Ep’和预先得知的原煤密度组成信息预测精煤灰分；
(4-4)判断预测得到的精煤灰分是否落入预设的要求范围[lmin,lmax]，若是，则终止流程，并输出介质压力调节目标值p’和介质密度调节目标值d'；若预测得到的精煤灰分小于预设的最小阈值lmin，则计算δ＝δ′+Δδ，然后返回步骤(4-2)；若预测得到的精煤灰分大于预设的最大阈值lmax，则计算δ＝δ′-Δδ，然后返回步骤(4-2)；
(5)根据步骤(4)的输出结果，将介质压力调节到p’，将介质密度调节到d'。
本发明还提出一种用于实现权利要求1所述无压给料重介旋流器选煤过程自动控制方法的无压给料重介旋流器选煤过程自动控制系统，其特征在于，该系统包括：重介旋流器1、原煤皮带2、筛选装置3、渣浆泵4、合格介质桶5、检测设备、工控机12、变频器14、补水阀15和分流阀16；其中，
渣浆泵4将合格介质桶5内存储的合格介质输送至重介旋流器1的介质入口；原煤皮带2将原煤材料输送至重介旋流器1的原煤入口；重介旋流器1的各个产品出口分别接有筛选装置3，重介旋流器1分选出的各产品通过对应产品出口送至相应的筛选装置3进料口；筛选装置3对从进料口进入的产品和介质的混合物进行筛分，并将筛分出的合格介质通过分流阀16分成两股，将其中一股输送至合格介质桶5内，另一股输送至外接的回收设备；筛选装置3还设有用于排出不合格介质的稀介出料口；合格介质桶5上设有进水口，进水口通过补水阀15与外接输水设备相连；
检测设备用于以相同的采样频率采集重介旋流器1原煤入口的给煤量以及介质入口的介质压力、介质密度和介质中的磁性物含量值，并将采集到的数据上传给工控机12；
工控机12根据预先建立的分选状态模型和接收到的采集数据执行动控制目标值计算流程，计算出介质压力调节目标值p’和介质密度调节目标值d'，并根据压力调节目标值p’和介质密度调节目标值d'生成频率调节控制信号发送给变频器14，以及生成补水阀15和分流阀16的开度控制指令并分别发送对应阀门；变频器14的输出端与渣浆泵4的驱动信号输入端相连，根据频率调节控制信号调整输出频率，控制渣浆泵4的转速，将介质压力调节到p’；补水阀15和分流阀16根据开度控制指令调整开度，将介质密度调节到d'。
进一步的，所述检测设备包括：煤质快速检测装置7、皮带秤8、压力计9、密度计10和磁性物含量计11；其中，
煤质快速检测装置7用于检测送入重介旋流器1原煤入口的原煤材料的原煤密度组成信息；
皮带秤8安装在原煤皮带2上，用于测量重介旋流器1原煤入口的给煤量；
压力计9、密度计10和磁性物含量计11分别用于测量介质压力、介质密度和磁性物含量值。
进一步的，所述回收设备为磁选机6；磁选机6的进料口与筛选装置3的稀介出料口相连，同时与分流阀16相连；磁选机6将经分流阀16分出的合格介质和由稀介出料口排出的不合格介质进行混合磁选，并将分选出的介质粉末送入合格介质桶5。
进一步的，所述筛选装置3包括：弧形筛和振动筛；弧形筛的进料口与重介旋流器1的对应的产品出口相连，弧形筛筛上产品的出料口与振动筛相连，弧形筛筛下产品为合格介质，弧形筛筛分出的合格介质通过弧形筛筛下出料口流入合格介质桶5的进料口；振动筛的筛上出口即为所述无压给料重介旋流器选煤过程自动控制系统的选煤出料口；振动筛的筛下出口分为两个，一个与合格介质桶5的进料口相连，向合格介质桶5内输入合格介质；另一个为稀介出料口，与磁选机6的进料口相连。
有益效果：本发明实现了无压给料重介旋流器的前馈控制，一旦投产后整个控制过程无需人工干预，控制作用及时，在煤质变化引起精煤产品质量波动的同时快速调节工艺参数，保障了产品质量稳定。适合现场改造，投资小。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的使用方法流程图。
图中：1、重介旋流器；2、原煤皮带；3、筛选装置；4、渣浆泵；5、合格介质桶；6、磁选机；7、煤质快速检测装置；8、皮带秤；9、压力计；10、密度计；11、磁性物含量计；12、工控机；13、控制器/接口；14、变频器；15、补水阀；16、分流阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例的结构示意图，包括：重介旋流器1、原煤皮带2、筛选装置3、渣浆泵4、合格介质桶5、磁选机6、煤质快速检测装置7、皮带秤8、压力计9、密度计10和磁性物含量计11、工控机12、变频器14、补水阀15和分流阀16。其中，
原煤皮带2与重介旋流器1入口连接，将原煤材料输送至重介旋流器1的原煤入口；渣浆泵4将合格介质桶5内存储的合格介质输送至重介旋流器1的介质入口；重介旋流器1的各个产品出口分别接有筛选装置3，重介旋流器1分选出的各产品通过对应产品出口送至相应的筛选装置3进料口；筛选装置3对从进料口进入的产品和介质的混合物进行筛分，并将筛分出的合格介质通过分流阀16分成两股，将其中一股输送至合格介质桶5内，另一股输送至磁选机6；筛选装置3还设有用于排出不合格介质的稀介出料口；合格介质桶5上设有进水口，进水口通过补水阀15与外接输水设备相连；
煤质快速检测装置7和皮带秤8安装在原煤皮带2上，压力计9、密度计10和磁性物含量计11安装在渣浆泵4与重介旋流器1连接的管道上，煤质快速检测装置7、皮带秤8、压力计9、密度计10和磁性物含量计11均与工控机12连接，
煤质快速检测装置7用于检测重介旋流器1原煤密度组成信息并上传给工控机12；
皮带秤8、压力计9、密度计10和磁性物含量计11以相同的采样频率分别采集重介旋流器1原煤入口的给煤量以及介质入口的介质压力、介质密度和介质中的磁性物含量值，并将采集到的数据上传给工控机12；
工控机12根据预先建立的分选状态模型和接收到的采集数据执行动控制目标值计算流程，计算出介质压力调节目标值p’和介质密度调节目标值d'，并根据压力调节目标值p’和介质密度调节目标值d'生成频率调节控制信号，以及生成补水阀15和分流阀16的开度控制指令，并通过控制器/接口13将频率调节控制信号发送给变频器14，将开度控制指分别发送对应阀门；变频器14的输出端与渣浆泵4的驱动信号输入端相连，根据频率调节控制信号调整输出频率，控制渣浆泵4的转速，将介质压力调节到p’；补水阀15和分流阀16根据开度控制指令调整开度，将介质密度调节到d'。
上述技术方案中，筛选装置3包括：弧形筛和振动筛；弧形筛的进料口与重介旋流器1的对应的产品出口相连，弧形筛筛上产品的出料口与振动筛相连，弧形筛筛下产品为合格介质，弧形筛筛分出的合格介质通过弧形筛筛下出料口流入合格介质桶5的进料口；振动筛的筛上出口即为所述无压给料重介旋流器选煤过程自动控制系统的选煤出料口；振动筛的筛下出口分为两个，一个与合格介质桶5的进料口相连，向合格介质桶5内输入合格介质；另一个为稀介出料口，与磁选机6的进料口相连。
上述实施例的无压给料重介选煤过程自动控制方法如图2所示，步骤为：利用检测设备获取实时的给煤量c、介质压力p、介质密度d和磁性物含量值m，通过事先建立的分选状态模型计算出当前实际分选密度δ和可能偏差Ep，与煤质快速检测装置7获取的原煤资料结合，计算得到精煤产品的预测灰分，该预测灰分与产品的要求灰分比较，按照控制算法控制变频器14改变渣浆泵4的转速来调节介质压力，通过控制补水阀15和分流阀16的开度来调节介质密度。
所述建立分选状态模型的方法为：将给煤量、介质压力、介质密度和磁性物含量的变化范围划分N个水平，N为正整数，其取值范围为3～5；按照正交试验设计或均匀试验设计安排单机检查试验，每次单机检查试验得到一种因素水平组合的实际分选密度和可能偏差，对每个因素水平组合逐一进行单机检查试验，得到每个因素水平组合的实际分选密度和可能偏差。在单机检查时定期记录皮带秤8、压力计9、密度计10和磁性物含量计11的实时值，计算得到每组试验的给煤量、介质压力、介质密度和磁性物含量值的平均值，对各组实际分选密度和可能偏差与给煤量、介质压力、介质密度和磁性物含量值的平均值进行回归分析或支持向量机建模，得到分选状态模型δ＝f(p,d,m,c)和Ep＝g(p,d,m,c)。
用回归分析构建状态模型的具体步骤为：
(1)将给煤量、介质压力、介质密度、磁性物含量的一次项、二次项和交叉项作为模型的输入变量候选；
(2)利用穷举法从中选取4～8个输入变量相加构成多项式；
(3)利用最小二乘法拟合出多项式系数，建立状态模型；
(4)将状态模型的预测值与试验值比较，平均相对误差小于等于某一限制(一般取5％或10％)时，建模结束；否则跳到步骤2)重新建模。
用支持向量机构建状态模型时，将给煤量、介质压力、介质密度、磁性物含量作为模型输入，实际分选密度和可能偏差分别作为模型的输出，利用MATLAB软件平台的自适应支持向量机算法，如PSO-SVM算法，自动建立状态模型。
所述控制算法包括以下步骤：
(1)以当前操作参数p,d,m,c代入实际分选密度模型，计算当前实际分选密度δ；
(2)求解使可能偏差模型Ep＝g(p,d,m,c)最小的p’,d’,m’和c’，定义最小可能偏差为Ep’>0，求解时须约束条件满足：
①pmin≤p’≤pmax，dmin≤d’≤dmax，m’＝m，c’＝c；
②f(p',d',m',c')＝δ。
其中，pmin、pmax分别表示介质压力的最小和最大值；dmin、dmax分别表示介质密度的最小和最大值；mmin、mmax分别表示磁性物含量值的最小和最大值；cmin、cmax分别表示给煤量变化范围的最小和最大值；
(3)计算δ'＝f(p',d',m',c')，结合Ep’和原煤密度组成信息预测精煤灰分；
(4)判断预测得到的精煤灰分是否落入预设的要求范围[lmin,lmax]，若是，则终止流程，并输出介质压力调节目标值p’和介质密度调节目标值d'；若预测得到的精煤灰分小于预设的最小阈值lmin，则计算δ＝δ′+0.01(即Δδ取0.01)，然后返回步骤(2)；若预测得到的精煤灰分大于预设的最大阈值lmax，则计算δ＝δ′-0.01，然后返回步骤(2)；
(5)控制器/接口13按照调节方法，将介质压力调节到p’，将介质密度调节到d'。
所述调节方法为：
(1)当前介质压力小于p’时，增大变频器14给定5％；
(2)当前介质压力大于p’时，减小变频器14给定5％；
(3)当前介质密度小于d’时，增大分流阀16开度5％，并(或)减小补水阀15开度5％；
(4)当前介质密度大于d’时，减小分流阀16开度5％，并(或)增大补水阀15开度5％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种无压给料重介旋流器选煤过程自动控制方法，其特征在于，包括步骤：
(1)以相同的采样频率采集重介旋流器入口的给煤量、介质压力、介质密度和介质中的磁性物含量值；
(2)以给煤量、介质压力、介质密度和磁性物含量为4个因素，并将这4个因素的变化范围划分N个水平，按照正交试验设计或均匀试验设计安排单机检查试验，计算得到每个因素水平组合的实际分选密度和可能偏差；
(3)对给定时间段内采集到的给煤量、介质压力、介质密度、磁性物含量值的均值及各组实际分选密度和可能偏差进行回归分析或支持向量机建模，得到分选状态模型为：
δ＝f(p,d,m,c)
Ep＝g(p,d,m,c)
式中，δ＝f(p,d,m,c)为实际分选密度模型，Ep＝g(p,d,m,c)为可能偏差模型；
(4)定义当前采集到的介质压力为p、介质密度为d、磁性物含量值为m、给煤量为c；
(5)建立自动控制目标值计算流程，包括步骤(5-1)至(5-3)：
(5-1)将p,d,m,c代入实际分选密度模型，得到当前的实际分选密度δ；
(5-2)求解使可能偏差模型Ep＝g(p,d,m,c)最小的p’,d’,m’和c’，定义最小可能偏差为Ep’>0，求解时须满足约束条件：
①pmin≤p’≤pmax，dmin≤d’≤dmax，m’＝m，c’＝c；
②f(p',d',m',c')＝δ；
其中，pmin、pmax分别表示介质压力的最小和最大值；dmin、dmax分别表示介质密度的最小和最大值；给定mmin、mmax，mmin、mmax分别表示磁性物含量值的最小和最大值；给定cmin、cmax，cmin、cmax分别表示给煤量变化范围的最小和最大值；
(5-3)令δ'＝f(p',d',m',c')，δ'为中间变量；根据δ’、Ep’和预先得知的原煤密度组成信息预测精煤灰分；
(5-4)判断预测得到的精煤灰分是否落入预设的要求范围[lmin,lmax]，若是，则终止流程，并输出介质压力调节目标值p’和介质密度调节目标值d'；若预测得到的精煤灰分小于预设的最小阈值lmin，则计算δ＝δ′+Δδ，然后返回步骤(5-2)；若预测得到的精煤灰分大于预设的最大阈值lmax，则计算δ＝δ′-Δδ，然后返回步骤(5-2)；
(6)根据步骤(5)的输出结果，将介质压力调节到p’，将介质密度调节到d'。
2.一种用于实现权利要求1所述无压给料重介旋流器选煤过程自动控制方法的无压给料重介旋流器选煤过程自动控制系统，其特征在于，该系统包括：重介旋流器(1)、原煤皮带(2)、筛选装置(3)、渣浆泵(4)、合格介质桶(5)、检测设备、工控机(12)、变频器(14)、补水阀(15)和分流阀(16)；其中，
渣浆泵(4)将合格介质桶(5)内存储的合格介质输送至重介旋流器(1)的介质入口；原煤皮带(2)将原煤材料输送至重介旋流器(1)的原煤入口；重介旋流器(1)的各个产品出口分别接有筛选装置(3)，重介旋流器(1)分选出的各产品通过对应产品出口送至相应的筛选装置(3)进料口；筛选装置(3)对从进料口进入的产品和介质的混合物进行筛分，并将筛分出的合格介质通过分流阀(16)分成两股，将其中一股输送至合格介质桶(5)内，另一股输送至外接的回收设备；筛选装置(3)还设有用于排出不合格介质的稀介出料口；合格介质桶(5)上设有进水口，进水口通过补水阀(15)与外接输水设备相连；检测设备用于以相同的采样频率采集重介旋流器(1)原煤入口的给煤量以及介质入口的介质压力、介质密度和介质中的磁性物含量值，并将采集到的数据上传给工控机(12)；
工控机(12)根据预先建立的分选状态模型和接收到的采集数据执行控制目标值计算流程，计算出介质压力调节目标值p’和介质密度调节目标值d'，并根据压力调节目标值p’和介质密度调节目标值d'生成频率调节控制信号发送给变频器(14)，以及生成补水阀(15)和分流阀(16)的开度控制指令并分别发送对应阀门；变频器(14)的输出端与渣浆泵(4)的驱动信号输入端相连，根据频率调节控制信号调整输出频率，控制渣浆泵(4)的转速，将介质压力调节到p’；补水阀(15)和分流阀(16)根据开度控制指令调整开度，将介质密度调节到d'。
3.根据权利要求2所述的一种无压给料重介旋流器选煤过程自动控制系统，其特征在于，所述检测设备包括：煤质快速检测装置(7)、皮带秤(8)、压力计(9)、密度计(10)和磁性物含量计(11)；其中，
煤质快速检测装置(7)用于检测送入重介旋流器(1)原煤入口的原煤材料的原煤密度组成信息；
皮带秤(8)安装在原煤皮带(2)上，用于测量重介旋流器(1)原煤入口的给煤量；
压力计(9)、密度计(10)和磁性物含量计(11)分别用于测量介质压力、介质密度和磁性物含量值。
4.根据权利要求2所述的一种无压给料重介旋流器选煤过程自动控制系统，其特征在于，所述回收设备为磁选机(6)；磁选机(6)的进料口与筛选装置(3)的稀介出料口相连，同时与分流阀(16)相连；磁选机(6)将经分流阀(16)分出的合格介质和由稀介出料口排出的不合格介质进行混合磁选，并将分选出的介质粉末送入合格介质桶(5)。
5.根据权利要求4所述的一种无压给料重介旋流器选煤过程自动控制系统，其特征在于，所述筛选装置(3)包括：弧形筛和振动筛；弧形筛的进料口与重介旋流器(1)的对应的产品出口相连，弧形筛筛上产品的出料口与振动筛相连，弧形筛筛下产品为合格介质，弧形筛筛分出的合格介质通过弧形筛筛下出料口流入合格介质桶(5)的进料口；振动筛的筛上出口即为所述无压给料重介旋流器选煤过程自动控制系统的选煤出料口；振动筛的筛下出口分为两个，一个与合格介质桶(5)的进料口相连，向合格介质桶(5)内输入合格介质；另一个为稀介出料口，与磁选机(6)的进料口相连。
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