选煤厂自动化系统的研究与设计

机械管理开发

MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTTotal195No.7，2019

ＤＯＩ：１０．１６５２５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ１４－１１３４／ｔｈ．２０１９．０７．１０７

选煤厂自动化系统的研究与设计

杨正东

（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿选煤厂，山西

摘

兴县033602）

要：以某选煤厂为研究对象，分析了原煤预处理、重介质分选、浮选以及自动装车系统等关键工艺流程图，

并着重对重介质分选工艺和自动装车系统的自动化控制系统进行设计，根据实际生产情况建立了二者的模糊PID控制模型，并对比PID控制算法和模糊PID控制算法的效果，得出模糊PID控制器在响应时间、超调量等方面均优于PID控制器，为提升选煤厂控制系统的自动化程度具有现实意义。关键词：选煤厂自动化中图分类号：ＴＤ９４；ＴＤ６７

控制效率PLC

文献标识码：Ａ

文章编号：（2019）1003-773X07-0241-02

引言

目前，选煤厂的传统选煤系统主要依靠人工完

成各项操作，自动化程度较低，无法实现对现场设备

选的统一管理，无法保证选煤效率。随着选煤工艺、

煤设备的不断改进，传统选煤控制系统已经无法满足当前需求［１－２］。目前，计算机、控制、传感器等技术均可以应用于选煤厂的控制系统中，以实现对选煤厂系统的自动化、智能化、集成化控制。因此，以某选煤厂为载体，集中设计了该选煤厂的自动化控制系统。1选煤厂概述

某选煤厂每年处理原煤为130万t，主要选煤流程为：动筛式排矸筛除矸石后的块煤—经重介旋流器洗原煤—经TBS回收所得的粗煤泥—由浮选所得细煤泥［３］。该选煤厂的选煤系统主要由原煤预处理系统、重煤介系统、浮选系统以及运输系统四部分组成。1.1原煤预处理系统原煤预处理系统的主要作用是将掺杂于原煤中

木块、铁矿石等）剔除出来，提高原煤的杂质（矸石、

的质量，为下一步的选煤工艺提供质量合格、性质相对稳定的原煤，为保证最终精煤的质量奠定基础。1.2重介质分选工艺重介质分选工艺的主要作用将预处理后的原煤根据密度大小划分为矸石、中煤以及精煤三部分，并通过重介质密度和TBS悬浮液密度控制每部分的产量，进一步提高精煤的产率，减少中煤及矸石的含量。1.3浮选工艺浮选工艺包括了浮选、浓缩以及压滤等工序。浮选工艺的主要目的将重介质工艺所得的细煤泥进行更深一步的筛选，进而提升了最终精煤的产量。

收稿日期：2019-04-18

作者简介：杨正东（1988—），男，本科，毕业于太原科技大学机械设计制造及其自动化专业，机械助理工程师，从事现场机电设备的维护管理工作。

1.4自动装车工艺自动装车工艺的主要功能是将浮选工艺所产的精煤实现自动化装运的过程，该工艺的主要目的是保证精煤的装载率，实现对精煤装载的控制［４］。2重介质选煤集中控制系统的设计

为了提升重介质分选工艺的自动化程度，实现

就集中控制，需为相关重介设备配置相应的上位机、

PLC、地操作箱、配电柜。为避免设备压煤，选煤厂设

备需采用逆煤流方向依序启动，避免电机启动时对

并根据控制需求配置相应的分流箱、电网造成冲击。

密度计、液位计、压力计、粘度计。重介质悬浮液密度控制器为重介质集中控制系统的核心控制器。为保证原煤分选效果能够达到实际生产的要求，要求重介质悬浮液密度达到相应的控制要求。

目前，选煤厂的控制方式为PID控制。为了提升PID控制精度，结合重介质选煤集中控制系统的滞后性和大惯性等特点，在PID控制器的基础上改进为模糊PID控制器。模糊PID控制器原理图如图1所示：

根据选煤厂的特点，模糊PID控制器的各环节比例因子设置如下：GKP=0.01，GKI=0.0003，GKD=0.0003。3重介质选煤集中控制系统的仿真

为了验证上述各环节比例因子在重介质悬浮液密度控制器的效果，本节将对其进行仿真。基于MATLAB中的Simulink软件建立重介质浮选密度模糊PID控制器的仿真模型。根据选煤厂对上述仿真

GK

de/dt

GΔe

模糊化

模糊推理计算

解模糊

P

GK

I

Ge

ΔKP

rt（）

-+

e（t）

GK

D

ΔKIΔKDPID控

制器

被控对象

y（t）

图１模糊ＰＩＤ控制原理图

·242·

jxglkfbjb@126.com

机械管理开发

第34卷

PID控制器与模糊PID模型中的相关参数进行设置，

控制器的仿真结果如图2所示。

1800

模糊PID

煤仓煤仓煤仓煤仓煤仓

液压站

液压闸门

皮带

/kgm-3重介质悬浮液密度（·）160014001200100080060040020000

2

10

15

20时间/s

25

30

35

设定值PID

控

制柜

车厢

微机

称重仪表

车号识别称重电子轨道衡

图３自动装车系统原理图

40

/mmin-1装车系统皮带运行速度（·）160140120100806040200

PID

设定值模糊PID

图２ＰＩＤ控制器与模糊ＰＩＤ控制器仿真结果对比图

分析图2可知，模糊PID控制器能够在8s内

PID控制器需14s；且模糊实现对系统的稳定调节，

PID控制器的超调量小于PID控制器的超调量。通过仿真可知，模糊PID控制器相应时间短、控制精度高，且动态特性优良。

4模糊PID控制在自动装车控制系统的应用

为了实现对装车系统的自动化控制，根据控制

皮带控制、铁牛需求为其配置精煤仓仓口闸口控制、

牵引、煤炭重量检测、火车进场识别、监控系统以及水分自动控制等［５］。自动装车系统包括有现场控制层、调度监控层以及信息管理层。根据实际生产需求，自动装车控制系统可集中控制也可单机控制。集中控制主要实现对系统所有设备的一次启动和停车控制，并实现相互闭锁功能；单机控制系统主要应用

根据实际生产需求，设计如图3所示系统设备调试。

的自动装车系统。

传统PID控制系统在自动装车系统中的应用，由于其传统PID控制系统的鲁棒性差，导致其控制效果无法达到实际生产的需求。为了实现对自动装车系统的精确控制，本文将模糊PID算法应用于自动装车系统中。如图4所示为自动装车系统模糊PID控制系统的仿真模型。分析图4可知，模糊PID控制器较PID控制器而言能够更快地实现对自动装车系统的稳定控制，且模糊PID控制系统的超调量小于PID控制系统的超调量。综上所述，模糊PID控

0246810时间/s

1214161820

图４ＰＩＤ与模糊ＰＩＤ控制系统仿真对比图

制器的效果优于PID控制器的控制效果。

5结语

目前，自动化控制系统为提升工业生产效率的关键措施之一，不仅能够改善作业人员的工作环境，还能够实现对现场设备的实时监测和控制，大大提升了生产效率的同时，提高了作业的安全性。此外，为提升控制系统的精确性和稳定性，应将模糊PID控制器应用于选煤厂的自动化控制系统中。

参考文献

［１］徐洪纪.选煤厂自动化控制技术的应用与实践［Ｊ］.煤矿现代化，

201253-56.（1）：［２］［３］［４］［５］

任杰，肖卫雄.选煤厂自动化集成平台的设计［Ｊ］.工矿自动化，2011，3795-97.（3）：

2002常新玲.重介选煤厂自动化控制系统［Ｊ］.河北煤炭，（2）：19-20.

孙振松，李大虎，许诚东.选煤厂综合自动化系统分析与应用［Ｊ］.山东煤炭科技，200832-33.（2）：

黄光亮，张东京.选煤厂综合自动化系统的改造［Ｊ］.工矿自动2009，35117-119.（12）：化，

（编辑：王慧芳）

ResearchandDesignofAutomationSystemofCoalPreparationPlantYangZhengdong

（XiegouCoalMineofXishanJinxingEnergyCo.,Ltd.,XingCountyShanxi033602）

Abstract:Tostudytheobjectinacoalpreparationplant,Thekeyprocessflowchartofrawcoalpretreatment,heavymediumseparation,flotationandautomaticloadingsystemisanalyzed,andtheautomaticcontrolsystemoftheheavymediumsortingprocessandtheautomaticloadingsystemisdesigned,andthefuzzyPIDcontrolmodelofthetwoisestablishedaccordingtotheactualproductionconditions.andcomparethePIDcontrolalgorithmandthemodelTheeffectofthePIDcontrolalgorithmisthatthefuzzyPIDcontrollerisbetterthanthePIDcontrollerinresponsetimeandovershoot.Itisofpracticalsignificancetoimprovetheautomationdegreeofthecontrolsystemofthecoalpreparationplant.Keywords:coalpreparationplant;automation;control;efficiency