基于模糊控制理论的精细化配煤系统

魏广路

摘要：随着港口煤炭装卸生产的竞争越来越激烈，如何更好地服务客户、留住客户成为港口生产的重中之重。实施精细化配煤，提升配煤质量，提高生产效率，利用技术手段满足客户越来越高的要求成为必要的手段。利用模糊控制理论的精细化配煤自动控制系统的投入很好的解决了传统配煤比例不够精确精确、生产效率不高等难题，在满足客户要求的同时提高了煤炭码头运营的经济效益。

关键词：配煤；精细化；模糊控制；客户需求

秦皇岛港股份有限公司負责运营的秦皇岛港是世界上最大的煤炭输出港，是我国“北煤南运”大通道的主力枢纽港，现有煤炭泊位21个，设计年通过能力1.93亿吨。秦港第七港务分公司是秦皇岛港煤炭业务的主力旗舰单位，2017年煤炭吞吐运量近7千万吨。近几年，随着周边煤炭港口的相继投产，煤炭输出港的竞争压力越来越大，随着2015年在取消配煤费用后，配煤业务量激增，通过提高配煤质量，最大程度的满足客户的需求成为港口煤炭生产的重中之重。

1.精细化配煤的必要性

配煤作业是一种根据用户需求对不同煤种按一定比例混合的生产工艺，这种生产工艺利用两台取料机同时对不同垛位的不同煤种进行取料，并在地面皮带上进行混合来达到配置出不同燃烧值的煤碳，然后装船运往目的地。随着配煤业务量的激增以及客户对配煤质量的的要求越来越严格，以前配煤作业中的诸多问题也暴露了出来。在以前的配煤作业中完全凭取料司机的个人经验和操作水平，配煤比例不够精确，不同煤种的混合也不充分，不能很好的满足客户对配煤质量的要求。同时由于取料司机操作水平的差异也会影响到装船效率，增加作业的能耗。针对以上的问题就要求利用技术手段对配煤作业进行精细化管理，达到满足客户要求，提高生产作业效率的目的。

2.精细化配煤技术的理论基础

为了解决精细化配煤作业的问题，我们最终研发了基于模糊控制理论的精细化配煤控制系统。这套系统应用模糊控制理论通过对现场皮带秤数据进行整合和逻辑运算再处理，依靠PLC控制系统和取料上位控制系统将处理过的数据和控制信息传输给现场参与配煤流程作业的取料机，实现了配煤作业全程无人指导的精细化自动控制。

3.应用模糊控制的精细化配煤实施方案

配煤作业是两台取料机协同配合作业，以两台取料机到装船机的距离定义为远端取料机和近端取料机。为了达到两台取料机的料流同时汇合在一起，远端取料机先启动，近端取料机后启动。在传统的配煤作业中以远端取料机取料量作为基准，近端取料机根据远端的数据确定取料量，如果近端和远端取料机的工作效率大致相同，那么近端的各种参数将会很顺利的进行随动调整，但是如果出现远端取料机工作效率远大于近端取料机，那么近端取料机无论如何都不可能追赶上远端取料机，这时就需要调整为近端作为基准，远端取料机跟随调整。为解决这个问题，我们引入模糊控制理论，通过数据分析智能的选择作业中各参数的参照标准。

如上图，模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。我们选择远端和近端取料料量累积量差值e（远端减近端）和取料料量瞬时量差值ec（远端减近端），做为模糊控制系统的输入变量。

由于配煤系统没有系统函数，所以根据经验法建立如下图的控制规则

如图可知相应情况下的控制选择规则，并将这些规则以二维数组的形式存入PLC内部程序中，再通过计算e值和ec值实时确定所需控制规则然后进行输出控制。

本套自动控制系统以中控室PLC控制系统为依托，实时采集皮带秤相应工作数值，在PLC内部进行相应计算后进行控制输出，并在大机液晶屏上进行画面提示。

为实现流程启动后的煤流同时汇合同时结束，需采集远端取料机和近端取料机工作的垛位号，计算出两台取料机之间的距离再换算出煤流从远端到达近端的时间。当流程启动时中控室PLC将计算好的时间传送给近端取料机，近端取料机接收指令后悬皮和斗轮待命启动，并发出声光电提醒，当时间倒计时结束煤流到达后悬皮和斗轮自动运行，近端取料机进入工作状态。

在配煤作业过程中，中控室PLC对取料机皮带秤数据进行实时监控和计算再处理。根据输入的配煤比例，以远端取料机为基础，按比例换算出近端取料机应需料量的限定值。之后将此值与近端取料机的皮带秤数值进行比对，当刚刚超出配煤作业规定的比例时系统将会采取改变皮带秤数值颜色的方式提醒司机，同时提供超出比例值的显示。当司机不理会提醒继续当前操作，达到进度值相差15%后系统将采取声光电自动报警，提示司机进行操作修正，当报警持续10分钟后，系统将采取强制措施，自动限制取料机的回转。当配煤比例恢复正常设定值后，系统将停止锁定，恢复正常作业。

4.应用模糊控制的精细化配煤自动控制系统后的效果

本系统在实际应用以后达到了以下效果：

（1）在进行配煤作业的过程中，可以实现两台取料机的煤流同时汇合在一起，不同煤种的煤流全程按设定比例充分混合，作业结束时两台取料机同时结束。

（2）在配煤作业的过程中取料司机可根据瞬时取料限量合理控制当前的取料料量，使两台取料机煤流按设定比例进行混合。

（3）通过取料机的上位系统提供必要的运行参数给取料司机，包括两台取料机的瞬时料量和累积量、流程取料进度、当前配煤比例的误差等。取料司机可根据这些数据判断自己是否按规定比例进行操作，司机可以根据这些数据做相应调整，使混合煤流能按规定比例混合。若超出规定比例的控制要求，司机未做正常修订，系统将自动启动修订程序。

5.结语

基于模糊控制理论的精细化配煤自动控制系统的投入最大程度减少人为因素在配煤作业中的影响，提高了配煤作业质量，提高了装船作业效率，赢得了客户和市场的好评。该系统还可以融入到全自动化控制的煤炭装卸作业中，真正的实现码头生产的智能化、自动化。

参考文献：

[1]李有善、李军著《模糊控制理论及其在过程控制中的应用》国防工业出版社 1993

[2]诸静等著《模糊控制原理与应用》机械工业出版社 2011

[3]薛迎成著《罗克韦尔PLC技术基础及应用》中国电力出版社 2009