气化用煤配煤专家系统的研究*张小艳1，李婷1，魏本龙2（1．西安科技大学计算机学院，西安710054；2．西安科技大学化工学院，西安710054）摘要：提出了基于配煤约束条件和目标函数，采用遗传算法建立的配煤最优化模型，并建立遗传算法和BP神经网络相结合的配煤预测模型。开发了气化用煤配煤专家系统，通过对该两者模型的求解，实现核心配煤计算功能及混煤煤质预测功能，从而提高了配煤效率和配煤稳定性。关键词：配煤最优化模型；配煤预测模型；专家系统中图分类号：TQ54;TP18文献标志码：A文章编号：1008－8725（2017）03－0240－03StudyofExpertSystemforGasificationCoalBlendZHANGXiao-yan1，LITing1，WEIBen-long2(1.CollegeofComputerScience,Xi′anUniversityofScienceandTechnology,Xi′an710054,China;2.CollegeofChemicalEngineering,Xi′anUniversityofScienceandTechnology,Xi′an710054,China)Abstract:Basedontheconstraintconditionsandobjectivefunctionofcoalblending,theoptimizationmodelofcoalblendusinggeneticalgorithm(GA)wasputforwardinthisinvestigation,andestablishapredictionmodelofblendedcoalcombinggeneticalgorithmwithBPneuralnetwork.Bywayofthesolutionofbothofthem,developedtheexpertsystemforgasificationcoalblend,theprimarycalculationfunctionsforcoalblendingwereachieved,improvingtheefficiencyofcoalblendingandblendingstability.Keywords:optimizationmodelofcoalblend;predictionmodelofblendedcoal;expertsystem0引言煤气化技术是提高煤炭利用效率的重要方式，但在煤化工基地，由于各煤矿的煤质变化普遍较大，气化炉运行生产时出现炉体结渣、排渣等问题，导致煤化工生产成本急剧上升。经相关专业研究，采用配煤来稳定煤质是有效可行的方法之一。本文的气化用煤配煤专家系统是通过计算机技术及煤化工基地配煤技术人员多年来积累的配煤知识与经验，结合生产实际中的配煤历史数据建立具有适应神华宁煤宁东煤化工基地各类气化炉特点的配煤预测模型与配煤最优化模型，以及供煤信息管理、配煤方案管理系统，从而实现快速准确寻找最优配煤方案，达到良好的经济效益和稳定的生产。1气化用煤配煤专家系统功能架构气化用煤配煤专家系统总体功能分为4个模块：（1）供煤信息模块主要功能是管理煤化工基地供煤基本信息、煤质信息、出入仓库操作及库存情况。用户在此模块可进行相关信息录入、删除、修改，是配煤的数据来源，为配煤提供单煤库存信息以及煤质信息。（2）气化配煤模块气化配煤模块是配煤专家系统的核心部分，包括配煤约束条件设置、配煤目标设置、煤源分类筛选、最优配比计算、混煤煤质预测、历史方案管理、配煤实测数据管理、配煤预实测值误差分析，用户在此模块可以进行配煤相关操作。（3）报表输出模块将用户需要的数据进行统计，按照用户需求设计格式并输出指定Excel文件中，方便用户编辑和使用。（4）系统管理模块实现管理员对各用户的权限进行设置，分配给不同用户各自不同的权限。添加、删除或修改用户信息。对数据库进行备份、恢复操作。气化用煤配煤专家系统功能架构如图1所示。图1气化用煤配煤专家系统功能架构2配煤模型建立2.1配煤煤质预测模型煤灰熔融性是决定煤炭气化炉排渣方式的关键因素。气化炉运行温度亦受到煤灰熔融温度的限制，*陕西省教育厅（14JF016）；神华宁夏煤业集团有限责任公司科技创新项目（其他2014-03-0038神宁字）doi:10.13301/j.cnki.ct.2017.03.091煤炭技术CoalTechnologyVol.36No.03Mar.2017第36卷第03期2017年03月煤质信息管理入仓操作管理出仓操作管理库存管理气化炉管理添加剂管理气化炉灰渣管理气化配煤计算最佳配比混煤煤质预测配煤历史方案管理误差分析配煤专家系统供煤信息气化配煤煤质标准报表输出系统管理煤质标准文件管理供煤煤质信息报表供煤出入仓报表供煤库存报表气化炉信息报表添加剂信息报表气化炉灰渣报表配煤方案报表数据备份数据恢复用户权限管理用户信息管理240中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

因此事先了解煤灰熔融性对于指导气化炉生产尤为重要。据相关专业研究，单种煤经过一定比例配煤后，灰熔点不是单煤灰熔点的简单加权，而是非线性关系。本文提出基于遗传算法优化BP网络的配煤预测模型。此模型用于预测混煤煤灰流动温度。采用遗传算法优化神经网络的初始权值和阈值，然后利用优化后的神经网络进行局部最优解搜索。模型建立步骤：步骤1由单种煤的灰组成以及配比作为网络输入值，配煤煤灰的流动温度作为网络输出值，确定网络结构。步骤2采用实数编码方式对网络的权值和阈值进行编码，生产N个初始染色体。步骤3解码当代染色体，形成N个初始神经网络。步骤4利用训练样本，计算每一个神经网络的预测输出值与实际输出值之间的误差平方和倒数作为适应函数。步骤5根据个体适应度进行选择交叉变异等遗传操作来生成下一代。步骤6重复步骤3~步骤5达最大遗传代数终止。采用当前种群中最优个体初始化神经网络权值和阈值。步骤7用预设的网络参数，结合训练样本，计算网络的误差平方和，误差平方和达到预设值或达到最大训练次数终止。2.2配煤最优化模型建立配煤最优化模型本质是一个多约束条件下求目标函数极值的线性规划问题。根据给出的单煤的煤质指标，以及混煤的煤质约束、配煤的目标函数，建立确定最佳配比的数学模型。（1）配煤约束条件本文中配煤模型是针对气化用煤的，气化炉对混煤的煤质指标有着特别的约束。假设有n种单煤相配，混煤的煤质指标有m个，假定第j(j=1,2,3…n)种单煤的掺配比为Xj;某种气化炉要求的混煤煤质的第i（i=1,2,3…m）个煤质指标上限为Ai,下限为Bi(上、下限可能相等也可能只有1项);又假定混煤的第i个煤质指标Ti与第j种单煤的第i个煤质Hji指标之间的函数关系为Ti=f(Xj,Hji)。则混煤的第i个煤质指标必须满足式（1）中3种条件之一Ti≤AiTi≥BiBi≤Ti≤Ai≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥（1）N种单煤的配煤比例之和理论上为100%，即nj=1ΣXj=100%（2）其中各种单煤的配比必须为正值，即Xj≥0。以上约束均为一个范围，因此在满足以上约束条件下求出的未知数为多解，均为可行解。要求解最优解还需有目标函数。（2）配煤目标函数首先为满足气化炉要求，流动温度确定为气化炉的操作温度减30℃。为降低配煤所需成本，并减少对环境的污染，混煤成本价最低，硫份百分含量最低。所以目标函数minZ=nj=1ΣSjXjminZ=nj=1ΣCjXjminZ=FT-P-30≥≥≥≥≥≥≥≥≥Σ≥≥≥≥≥≥≥≥≥（3）式中Z———对应的目标值；Sj———第j种单煤的硫份百分数；Cj———第j种单煤的成本价；FT———混煤的流动温度；P———气化炉的操作温度。（3）配煤最优化模型建立采用遗传算法实现以上多目标约束线性最优化求解，计算最佳配比，其中混煤非线性煤质采用2.1提出的GA-BP神经网络进行预测。配煤最优化模型建立的具体流程如图2所示。图2配煤最优化模型建立的具体流程图3模型实现及效果分析以仓库中麦垛山精粒与石槽村精中块2种煤作为原料煤，以德士古气化炉的操作条件为配煤约束。即水分5≤Mad/%≤12灰分5≤Aad/%≤15挥发分32≤Vad/%≤40硫分0≤Std/%≤3发热量15≤Qgr_d/(kJ/kg)≤30流动温度1200≤FT/℃≤1350以式（3）为配煤目标，经所开发的气化用煤配煤专家系统配煤计算后最佳配比以及混煤煤质数据如表1所示。由表1可以看出，在满足配煤约束条件以及配第36卷第03期Vol.36No.03气化用煤配煤专家系统的研究———张小艳，等开始GA实数编码初始配比解码染色体获得初始配比预测混煤煤质根据目标函数及约束条件计算适应度值选择操作交叉操作变异操作混煤煤质预测统计适应度完成进化代数是否解码获得最佳配比预测混煤煤质结束241中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

基于嵌入式以太网的地质雷达通信系统的研究*李涛涛1,2，李策1，方亮1，许献磊1（1.中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京100083；2.萍乡学院机械与电子工程学院，江西萍乡337055）摘要：研究了一套基于嵌入式以太网的地质雷达通信系统，系统以STM32F407芯片为硬件核心，采用TCP网络传输协议，以双绞线或无线的方式实现数字量雷达信号传输。结果表明：系统较好实现了雷达通信，提升数据可靠性，大大改善了雷达的使用便捷性。关键词：嵌入式以太网；地质雷达；通信；STM32F407；TCP中图分类号：P631.3文献标志码：A文章编号：1008－8725（2017）03－0242－04ResearchofGroundPenetratingRadar′sCommunicationSystemBasedonEmbeddedEthernetLITao-tao1,2,LICe1,FANGLiang1,XUXian-lei1(1.StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining，ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China;2.SchoolofElectromechanical,PingxiangUniversity,Pingxiang337055,China)Abstract:ProposesonecommunicationsystembasedonembeddedEthernettorealizegroundpenetratingradar′sdatatransmission.ItshardwarecoreisSTM32F407chipandnetworkprotocolisTCP.Radardigitalsignalistransmittedwithtwisted-paircable.Theresultsshowthissystemrealizesradarcommunicationwellandthereliabilityofdataisgreatlyimproved.Moreover,thereplacementheavycablewithtwistedpairmakesGPRmoreportable.Keywords:embeddedEthernet;groundpenetratingradar;communication;STM32F407;TCP0引言地质雷达（GPR）是一种探测表层地下构造或目标体的物探技术，具有无损检测、分辨率高、可靠等特点。地质雷达在矿井灾害源探测、路基检测、地下管网探测、文物考古等领域有着广泛的应用。地质雷达通信系统是地质雷达设备的重要组成部分，直接影响和关系着雷达数据的采集质量。已有GPR设备多采用通信电缆连接雷达天线和主机的方式完成模拟量信号传输，信号极易受到外界干扰，导致失真、丢失。此外，僵硬、笨重的传输电缆，降低了设备*煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放课题资助（SKL-CRSM16KFD03）；“十二五”国家重大科学仪器设备开发专项资助项目（2012YQ030126）；贵州省科技厅工业攻关项目（黔科合GZ字[2015]3020）doi:10.13301/j.cnki.ct.2017.03.092煤炭技术CoalTechnologyVol.36No.03Mar.2017第36卷第03期2017年03月煤目标基础上，最佳配比为94%的麦垛山精煤与6%的石槽村精中块。经加工成末煤后混合，预测出混煤煤质，非线性煤质流动温度预测值为1208℃，而根据相关专业实验研究表明麦垛山精粒煤煤灰的流动温度为1250℃，麦垛山精粒与石槽村精煤以9∶1配比后混煤煤灰流动温度为1235℃，且误差温度在80℃以内均为可接受误差范围。因此第2节中的2个配煤模型在配煤专家系统中均取得了较好的实现效果。表1配煤实现结果4配煤方案的管理配煤专家系统生成配煤方案之后，按照参与配煤单煤种的批号以及对应的配比生成一个ID号做为唯一标识一条配煤方案的关键字，再结合当前方案针对的气化炉以及预测时间一起存入数据库。用户按照气化炉名称以及配煤时间，查询历史配煤方案，并在配煤实际生产完成后，记录配煤实际数据，并计算配煤预测值与实测之间误差，用于评判配煤方案的有效性。5结语气化用煤配煤专家系统的研究与神华宁煤煤化工基地的实际生产情况相结合，很好地解决了其气化炉的排渣、结渣问题，具有实用性和可操作性。利用遗传算法和BP神经网络算法相结合的方式建立的配煤预测模型和配煤最优化模型，可快速准确地计算出最优配比，有效预测出混煤非线性煤质指标，使气化用煤配煤专家系统能获得良好的效果。参考文献：［1］魏本龙.气化配煤煤质预测及配煤方案优化研究［D］.西安：西安科技大学,2016.［2］杨伏生，魏本龙，周安宁，等.基于GA-BP算法的气化配煤灰熔点预测［J］.煤炭技术，2015,34(12):281-283.［3］张小艳，曹蓉.煤矿煤质管理系统的设计与实现［J］.煤炭技术，2011,30(6):169-171.［4］焦发存.配煤对煤灰熔融特性和灰渣粘度影响的实验研究［D］.淮南：安徽理工大学，2006.作者简介：张小艳（1967-），女，陕西西安人，教授，硕士，从事系统集成与数据库技术、智能处理技术的研究工作，电子信箱：zhangxy@xust.edu.com.cn.责任编辑：王泽兰收稿日期：2016－07－260.940.0615011502麦垛山精煤石槽村块煤样品名称批号配比价格/元·t-1150水分/%6.54灰分/%6.44挥发分/%34.9硫分/%0.33发热量/kJ·kg-123流动温度/℃1208!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!242中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net