基于模糊控制理論的精細化配煤系統(tǒng)

魏廣路

摘要：隨著港口煤炭裝卸生產(chǎn)的競爭越來越激烈，如何更好地服務(wù)客戶、留住客戶成為港口生產(chǎn)的重中之重。實施精細化配煤，提升配煤質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，利用技術(shù)手段滿足客戶越來越高的要求成為必要的手段。利用模糊控制理論的精細化配煤自動控制系統(tǒng)的投入很好的解決了傳統(tǒng)配煤比例不夠精確精確、生產(chǎn)效率不高等難題，在滿足客戶要求的同時提高了煤炭碼頭運營的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：配煤；精細化；模糊控制；客戶需求

秦皇島港股份有限公司負責(zé)運營的秦皇島港是世界上最大的煤炭輸出港，是我國“北煤南運”大通道的主力樞紐港，現(xiàn)有煤炭泊位21個，設(shè)計年通過能力1.93億噸。秦港第七港務(wù)分公司是秦皇島港煤炭業(yè)務(wù)的主力旗艦單位，2017年煤炭吞吐運量近7千萬噸。近幾年，隨著周邊煤炭港口的相繼投產(chǎn)，煤炭輸出港的競爭壓力越來越大，隨著2015年在取消配煤費用后，配煤業(yè)務(wù)量激增，通過提高配煤質(zhì)量，最大程度的滿足客戶的需求成為港口煤炭生產(chǎn)的重中之重。

1.精細化配煤的必要性

配煤作業(yè)是一種根據(jù)用戶需求對不同煤種按一定比例混合的生產(chǎn)工藝，這種生產(chǎn)工藝利用兩臺取料機同時對不同垛位的不同煤種進行取料，并在地面皮帶上進行混合來達到配置出不同燃燒值的煤碳，然后裝船運往目的地。隨著配煤業(yè)務(wù)量的激增以及客戶對配煤質(zhì)量的的要求越來越嚴格，以前配煤作業(yè)中的諸多問題也暴露了出來。在以前的配煤作業(yè)中完全憑取料司機的個人經(jīng)驗和操作水平，配煤比例不夠精確，不同煤種的混合也不充分，不能很好的滿足客戶對配煤質(zhì)量的要求。同時由于取料司機操作水平的差異也會影響到裝船效率，增加作業(yè)的能耗。針對以上的問題就要求利用技術(shù)手段對配煤作業(yè)進行精細化管理，達到滿足客戶要求，提高生產(chǎn)作業(yè)效率的目的。

2.精細化配煤技術(shù)的理論基礎(chǔ)

為了解決精細化配煤作業(yè)的問題，我們最終研發(fā)了基于模糊控制理論的精細化配煤控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)應(yīng)用模糊控制理論通過對現(xiàn)場皮帶秤數(shù)據(jù)進行整合和邏輯運算再處理，依靠PLC控制系統(tǒng)和取料上位控制系統(tǒng)將處理過的數(shù)據(jù)和控制信息傳輸給現(xiàn)場參與配煤流程作業(yè)的取料機，實現(xiàn)了配煤作業(yè)全程無人指導(dǎo)的精細化自動控制。

3.應(yīng)用模糊控制的精細化配煤實施方案

配煤作業(yè)是兩臺取料機協(xié)同配合作業(yè)，以兩臺取料機到裝船機的距離定義為遠端取料機和近端取料機。為了達到兩臺取料機的料流同時匯合在一起，遠端取料機先啟動，近端取料機后啟動。在傳統(tǒng)的配煤作業(yè)中以遠端取料機取料量作為基準，近端取料機根據(jù)遠端的數(shù)據(jù)確定取料量，如果近端和遠端取料機的工作效率大致相同，那么近端的各種參數(shù)將會很順利的進行隨動調(diào)整，但是如果出現(xiàn)遠端取料機工作效率遠大于近端取料機，那么近端取料機無論如何都不可能追趕上遠端取料機，這時就需要調(diào)整為近端作為基準，遠端取料機跟隨調(diào)整。為解決這個問題，我們引入模糊控制理論，通過數(shù)據(jù)分析智能的選擇作業(yè)中各參數(shù)的參照標準。

如上圖，模糊控制實質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。我們選擇遠端和近端取料料量累積量差值e（遠端減近端）和取料料量瞬時量差值ec（遠端減近端），做為模糊控制系統(tǒng)的輸入變量。

由于配煤系統(tǒng)沒有系統(tǒng)函數(shù)，所以根據(jù)經(jīng)驗法建立如下圖的控制規(guī)則

如圖可知相應(yīng)情況下的控制選擇規(guī)則，并將這些規(guī)則以二維數(shù)組的形式存入PLC內(nèi)部程序中，再通過計算e值和ec值實時確定所需控制規(guī)則然后進行輸出控制。

本套自動控制系統(tǒng)以中控室PLC控制系統(tǒng)為依托，實時采集皮帶秤相應(yīng)工作數(shù)值，在PLC內(nèi)部進行相應(yīng)計算后進行控制輸出，并在大機液晶屏上進行畫面提示。

為實現(xiàn)流程啟動后的煤流同時匯合同時結(jié)束，需采集遠端取料機和近端取料機工作的垛位號，計算出兩臺取料機之間的距離再換算出煤流從遠端到達近端的時間。當流程啟動時中控室PLC將計算好的時間傳送給近端取料機，近端取料機接收指令后懸皮和斗輪待命啟動，并發(fā)出聲光電提醒，當時間倒計時結(jié)束煤流到達后懸皮和斗輪自動運行，近端取料機進入工作狀態(tài)。

在配煤作業(yè)過程中，中控室PLC對取料機皮帶秤數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控和計算再處理。根據(jù)輸入的配煤比例，以遠端取料機為基礎(chǔ)，按比例換算出近端取料機應(yīng)需料量的限定值。之后將此值與近端取料機的皮帶秤數(shù)值進行比對，當剛剛超出配煤作業(yè)規(guī)定的比例時系統(tǒng)將會采取改變皮帶秤數(shù)值顏色的方式提醒司機，同時提供超出比例值的顯示。當司機不理會提醒繼續(xù)當前操作，達到進度值相差15%后系統(tǒng)將采取聲光電自動報警，提示司機進行操作修正，當報警持續(xù)10分鐘后，系統(tǒng)將采取強制措施，自動限制取料機的回轉(zhuǎn)。當配煤比例恢復(fù)正常設(shè)定值后，系統(tǒng)將停止鎖定，恢復(fù)正常作業(yè)。

4.應(yīng)用模糊控制的精細化配煤自動控制系統(tǒng)后的效果

本系統(tǒng)在實際應(yīng)用以后達到了以下效果：

（1）在進行配煤作業(yè)的過程中，可以實現(xiàn)兩臺取料機的煤流同時匯合在一起，不同煤種的煤流全程按設(shè)定比例充分混合，作業(yè)結(jié)束時兩臺取料機同時結(jié)束。

（2）在配煤作業(yè)的過程中取料司機可根據(jù)瞬時取料限量合理控制當前的取料料量，使兩臺取料機煤流按設(shè)定比例進行混合。

（3）通過取料機的上位系統(tǒng)提供必要的運行參數(shù)給取料司機，包括兩臺取料機的瞬時料量和累積量、流程取料進度、當前配煤比例的誤差等。取料司機可根據(jù)這些數(shù)據(jù)判斷自己是否按規(guī)定比例進行操作，司機可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)做相應(yīng)調(diào)整，使混合煤流能按規(guī)定比例混合。若超出規(guī)定比例的控制要求，司機未做正常修訂，系統(tǒng)將自動啟動修訂程序。

5.結(jié)語

基于模糊控制理論的精細化配煤自動控制系統(tǒng)的投入最大程度減少人為因素在配煤作業(yè)中的影響，提高了配煤作業(yè)質(zhì)量，提高了裝船作業(yè)效率，贏得了客戶和市場的好評。該系統(tǒng)還可以融入到全自動化控制的煤炭裝卸作業(yè)中，真正的實現(xiàn)碼頭生產(chǎn)的智能化、自動化。

參考文獻：

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[3]薛迎成著《羅克韋爾PLC技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》中國電力出版社 2009