本文是一篇物流论文，本文对港口配煤面临的问题和配煤质量的提高进行了理论分析和研究，提出了一种改进的卡尔曼滤波算法以适应对配煤数据处理的要求，并设计比例控制图算法对配煤质量实现实时监测，最终通过仿真实验以及对比实验分析，验证了改进的滤波算法与比例控制图配套使用在港口配煤场景中的优越性。
第1章绪论
1.1研究背景
我国煤炭的质量和种类千差万别，消费结构多元化，终端用户对煤质有着个性化的需求。如果直接燃烧，无法满足用户对燃煤质量的要求，不仅浪费煤炭资源，而且污染大气环境。
配煤就是根据用户对煤质的要求，结合燃烧学、化学、计算机控制等技术，与筛分、破碎、均掺等工艺组合，将若干种不同质量的煤按照一定的要求加工混配而成的混合煤，以满足各类客户需求，降低成本，稳定煤质，减少污染物的排放，具有较好的经济、社会和环境效益。
目前大量煤炭港口仍然处于配煤工艺及混煤设备落后的状态，没有专用的混煤设备，生产线简陋，设备落后，配煤工艺简单，导致配煤后煤质差，不能满足适用要求。且在传统配煤方案里，往往忽视了对环保问题的关注，特别是煤炭码头会出现严重的扬尘情况，不仅码头场地内环境恶劣，对周围空气、水源也造成了严重的损害。因此在国家对环境保护三令五申的情况下，开发新的配煤工艺流程，积极响应国家可持续发展战略，对我国煤炭资源的合理利用有着积极重要的意义。
配煤是在动态过程中实现的，是将几种不同煤种混合成一个新煤种的过程，煤流量的大小由每种煤之间的混配比例所决定。动态配煤过程精确度的保证是获得高品质混煤的关键所在，若要提高对配煤精度的把控，就必须实现质量监测和自动控制，所以提高配煤过程中监测水平，精确控制配煤比例对配煤方案的制订显得尤为重要。
1.2研究目的及意义
配煤质量的优劣很大程度上取决于配煤工艺流程设计和混配煤环节精确度的控制以及有效的监测手段。本文将以筒仓配煤为例、提高煤炭配比精确度，实现自动化质量检测，以完成对港口配煤问题的优化。
（1）筒仓堆场与传统的露天堆场相比，具有占地面积小，自动化水平高，设备维修成本低，配煤精度高，场地污染小等优点，并且在环境保护、防雨防雪、提高煤炭质量等问题上有着突出的优势。本文将以筒仓配煤的生产方式为例提出自动配煤工艺方案，利用闭环控制技术完成对配煤精度的控制。
（2）配煤过程的精确度的保证是获得高品质混煤的关键所在，如何采取有效的高精度控制方法是煤炭行业长久以来所探讨的内容之一，目前大部分提高精确度的方法都从硬件入手，从配煤工艺入手，改善成本高且操作复杂。而对配煤数据的降噪，清洗的相关研究甚少，所以，本文将提出一种改进的卡尔曼滤波的算法提高配煤过程中数据的精确度，从而可完成对混煤高精度的质量检测。
（3）配煤是将不同煤质的煤按一定的比例混合，以满足各类客户的需求，达到降低成本，稳定煤质，减少排污的目的，具有较好的经济效益、社会效益和环境效益。目前，国内外已有许多成熟的港口配煤的方式，如装载配煤和卸车配煤等。但始终无法同时满足精确控制配煤比例和自动化质量在线监测。所以，本文拟基于控制图理论在数据处理分析中较强的操作性优势，提出一种对配煤比例进行分析控制的算法，最大程度地保证高品质混煤的质量，为配煤质量在线监测给出理论基础。
第2章港口精细化配煤相关理论
2.1煤炭行业配煤需求与问题
2.1.1我国煤炭行业当前面临的问题
我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国[50]。由于我国煤炭种类繁多，煤质参差不齐，加之我国煤炭供给方与煤炭需求之间的不平衡发展，导致了我国煤炭行业面临许多问题，主要有以下几个方面：
（1）燃煤设备利用率低，缺乏可靠性和安全性。随着用户的需求越来越多样化，混煤的种类越来越多，使得燃烧煤种与需求煤种不匹配。另外，由于配煤技术不成熟，导致混煤质量参差不齐，容易造成着火困难、结渣严重、燃烧不充分等问题。
（2）煤炭利用率低。2020年，中国煤炭产量超过38.4亿吨。然而，因为能源的过度开发及利用率低，还有大量存在的高耗能产业。与发达国家相比，我国单位GDP能耗约为标准的2～3倍，能源再利用比例也远低于世界标准。
（3）市场波动和需求不稳定。虽然我国大力提倡“北煤南运”政策，但由于地理位置上煤炭供需分化，加之煤炭产区运力薄弱，我国煤炭的流通极不顺畅。铁路、公共和航空运输方式急需进一步扩展[51]。
（4）环境污染。煤中含有大量的碳、硫化物，会对人体有造成极大的危害。并且还有酸雨、温室效应、臭氧层破坏等二氧化碳排放造成的问题，基于这种大环境，联合国提出煤炭绿色利用的口号。港口作为煤炭流通的重要环节，应积极承担起保护环境的责任。
2.2控制图相关理论
统计过程控制SPC（Statistical Process Control）利用统计学原理研究产品质量特性，计算其相关统计量，判断产品质量是否达到要求。SPC控制图是统计过程控制中所采用的重要工具，它计算某一时间内产品质量特性数据，绘制相应的变化曲线，通过曲线的变化情况判断该质量特性是否得到控制。具体判断结果由控制图上曲线的变化情况决定，根据连成曲线的数据点的规律判断过程是否稳定，若出现不稳定或判异准则上所指出的现象时，则启动报警机制，并采取相应措施调整生产过程。从而确保产品质量达到规格要求。
2.2.1控制图原理
控制图的提出者休哈特博士将生产中的波动分为偶然波动和异常波动，在实际生产过程中偶然波动大量存在，对产品质量的影响很小；而异常波动在生产过程中是很少出现的，过程一旦出现异常波动则会导致产品质量明显下降。
一般来说，稳定的工艺意味着生产过程只受到偶然波动的影响，由此产生的质量波动是可控的。当某一过程同时发生偶然波动和异常波动时，无法用统计方式估计产品质量特性的变化，此时控制图就可用于判定生产过程是否处于稳定状态。
第3章煤炭港口筒仓配煤工艺设计.............................29
3.1筒仓配煤方案介绍................................29
3.1.1煤炭港口传统配煤方式......................................29
3.1.2煤炭港口筒仓配煤方式..........................................29
第4章基于改进卡尔曼滤波的港口配煤比精度研究.......................36
4.1基于配煤流量数据的滤波算法建立.....................................36
4.1.1线性离散系统模型的建立......................................36
4.1.2改进的Sage-Husa自适应滤波算法..............................37
第5章基于比例控制图的港口配煤比监控研究.......................................48
5.1比例控制图模型的建立..................................48
5.1.1参数已知..........................................49
5.1.2参数未知............................................51
第6章基于改进卡尔曼滤波算法的比例控制图仿真实验分析
6.1实验平台搭建
在实际配煤生产场景中，一般配煤的煤种只有2~3种。根据第3、4、5章的内容，当只有两种煤种进行混配时，根据PLC算法设定，控制活化取料机按照需要的比例控制出力，等到整个配煤系统运行稳定之后，中央控制室内的系统屏幕上会得到不同煤种对应的活化取料机的瞬时流量，根据第4、5章的内容，首先利用改进的Sage-Husa自适应滤波算法对直接获取的数据进行清洗处理，将处理后的数据分别定义为参数X和Y，按照比例控制图算法流程求出相关参数，再根据内置算法画出比例控制图，并实时描点更新，完成对两种煤炭之间的比例在线监控。根据控制图的判异准则，当配煤比例失控时，屏幕上则会有对应的报警指示灯亮起，并且立即通过反馈信号指导活化取料机调整出力。同样，当有三种煤种进行配煤时，对三个瞬时流量画出三张控制图，三张控制图相互关联制约，此时报警规则变化为至少有一张控制图判异生效，则会引起系统报警，活化给料机做出相应调整。
在干散货装卸设备实验室完成对上述过程的模拟。实验室按比例缩小的带斗轮的皮带机模型如图所示：
第7章总结与展望
7.1本文工作总结
港口作为煤炭产品的重要中转站是连接产煤企业与用煤企业的重要纽带，是煤炭产品重要的集散地。随着煤炭运销供应链相关行业的发展和环保标准的不断提升，用煤企业对煤炭质量提出了更高的要求，港口配煤业务应运而生。为了满足上下游客户的需要，在此处采取成本低、效果优良的配煤方案；加强港口混配煤质量管理，实现港口精细化运营，满足经济社会需求和环境保护的需求是十分必要的。而采用优良的配煤工艺与精确的配煤系统，对配煤过程中混配煤的质量进行实时监测，将为严格实行配煤质量管理做出有力的保障。
本文以筒仓配煤方式为例，主要研究了港口配煤过程中称量环节数据的处理方法以及对混配煤的质量过程控制。完成的工作主要有以下几点：
（1）介绍了港口配煤课题的研究意义，概述了国内外港口配煤的研究现状以及本文涉及到有关方法的研究进展，并对相关理论做了详细的介绍与解释，最后阐述了本文的主要研究内容。
（2）分析了配煤工艺流程中影响配煤准确率的因素，整合了一种筒仓配煤工艺设备与闭环控制系统相结合的自动配煤工艺方案，并针对称量系统对配煤准确率造成的影响，给出加强该过程中对数据的净化处理和混配煤质量检测的改进方向，为实现提高混配煤精度的目标提供依据。
（3）针对港口配煤实际生产过程，研究了一种改进的Sage-Husa自适应滤波算法，对配煤过程中称量系统所获取数据进行净化处理，并通过仿真对比实验证明其对配煤问题的适用性以及数据滤波处理的优越性。
参考文献（略）