关键词：
重介分选
悬浮液密度
模糊控制
精煤灰分预测
经验模态分解（EMD）
长短期记忆神经网络（LSTM）
统计过程控制（SPC）
模糊自适应PID
摘要：
随着我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要中提出要坚持创新驱动发展,全面塑造发展新优势、加快发展现代产业体系,巩固壮大实体经济根基和推动绿色发展,促进人与自然和谐共生等要求,煤炭作为我国消耗量最大的一次能源,煤炭行业的发展必须符合创新、现代化、绿色的发展要求。对于选煤厂来说亦是如此,近年来,各大选煤厂积极顺应时代潮流,紧跟创新步伐,不断推进选煤厂的智能化发展进程。重介分选作为煤炭洗选的必经环节,其智能化发展水平在一定程度上代表了整个选煤行业的智能化发展水平。目前,重介分选中针对分流、补水、加介等控制执行机构的操作已基本实现自动化,重介分选的自动控制得到了一定程度的发展。然而,在实际生产过程中,由于原煤煤质的波动、工作人员操作不当、工艺和设备不匹配等原因,或多或少会对重介系统控制带来影响,最终导致精煤产品灰分不合格,影响产品质量,不仅不符合绿色的发展理念,还给选煤厂带来巨大的经济损失。因此,针对上述问题,如何实现重介分选精煤灰分自动控制就成为当前选煤厂智能化发展的关键问题。文献综述表明,针对重介悬浮液密度自动控制系统的研究已经比较成熟,基于PID和模糊控制的控制系统能很好的实现重介悬浮液密度的自动控制,在各大选煤厂有了广泛地和成熟地应用。而对于重介分选精煤灰分自动控制即灰分回控来说,其智能化发展水平远远没有达到实际生产工艺要求。灰分回控系统的实质就是系统控制下生产出来的产品精煤灰分作为反馈输入,在预先输入精煤灰分目标值的基础上指导重介悬浮液密度的自动更新设定,不需要人工手动输入。这就要求在有成熟可靠的密度控制系统的基础上,还需要可靠的精煤灰分输出作为反馈值。不仅如此,重介分选系统作为一个大滞后性、大惯性的系统,及时的精煤灰分反馈更加能够保证系统的稳定性和可靠性。本文首先提出了整体方案设计,介绍了重介分选原理及其工艺,构建了重介分选精煤灰分自动控制系统的整体框架并给出技术路线图。其次,针对重介悬浮液密度自动控制系统,分析了影响悬浮液密度波动的原因,对现场的工艺进行了改造,并提出了基于PID控制自动补水与多参数解耦模糊控制自动分流无扰切换的复合控制模型。然后,对于精煤灰分回控环节,先根据精煤灰分时间序列的非线性和滞后性等特点,提出了基于EMD-LSTM方法的预测模型,EMD分解方法能针对性解决精煤灰分时间序列的非线性波动问题,降低时间序列中的“噪声”,LSTM神经网络适合延迟性时间序列的预测,能针对性解决精煤灰分时间序列的滞后性问题;同时对精煤灰分数据进行SPC分析,进一步判断预测数据是否受控,从而进一步加强自动控制系统的稳定性;通过分析后的结果判断系统是否受控,从而决定是否采用闭环反馈控制。最后,将设计好的重介分选精煤灰分自动控制系统工业应用于中兴选煤厂,通过以传感器、执行机构为主的设备层,以AB公司生产的1769系列PLC为主的控制层和以服务器、上位机及组态软件和MATLAB作为算法引擎为主的管理层组成的软硬件系统实现,根据最终的效果对比看出,本文设计的重介分选精煤灰分自动控制系统的可靠性在现场的工业应用得到了初步验证。
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