淺談智能化選煤廠建設(shè)

吳成山

(中煤新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232000)

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，煤炭生產(chǎn)加工企業(yè)越來越重視新技術(shù)、新工藝、新裝備的應用。特別是近幾年有關(guān)煤炭行業(yè)的數(shù)字礦山、智慧礦山、機器人采煤、機器人煤矸分選、“黑燈”選煤廠等智能化技術(shù)成為大家關(guān)注的熱點，智能化選煤廠建設(shè)已然成為當今選煤行業(yè)的潮流[1].

1 智能化選煤內(nèi)涵

智能化選煤以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐，選煤專業(yè)技術(shù)為核心，通過不斷完善的數(shù)據(jù)體系和洗選生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的自主應用，加上智能化的選煤裝備以及人工智能技術(shù)的輔助，實現(xiàn)煤炭洗選加工過程的智能管理和控制，完成洗選任務(wù)智能決策、工藝參數(shù)智能設(shè)定、生產(chǎn)系統(tǒng)智能調(diào)整、選煤設(shè)備狀態(tài)智能檢測以及生產(chǎn)物資智能調(diào)控等，大幅降低員工勞動強度、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，最終實現(xiàn)智慧分選。

系統(tǒng)地講，智能化選煤就是通過自動化手段對選煤廠生產(chǎn)信息進行采集、存儲，并對數(shù)據(jù)進行建模處理，生成決策信息，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)人工數(shù)據(jù)采集向系統(tǒng)自動采集轉(zhuǎn)變、運行狀態(tài)由經(jīng)驗分析向大數(shù)據(jù)智能分析轉(zhuǎn)變，最終實現(xiàn)整個煤炭洗選加工過程智能化控制。

2 智能化選煤廠構(gòu)架

智能化選煤本質(zhì)上是利用先進的科學技術(shù)手段實現(xiàn)各類選煤設(shè)備或者系統(tǒng)通過自我實時在線調(diào)控確保煤炭分選效果的一種煤炭洗選加工技術(shù)。智能化選煤廠的設(shè)計理念為企業(yè)的ERP/PD管理,通過建立智能管控中心,實現(xiàn)安全、生產(chǎn)、設(shè)備、決策、質(zhì)量控制和物資等管理各部分之間的緊密聯(lián)系,進一步優(yōu)化生產(chǎn)組織架構(gòu)和組織模式,實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的效率與智能化水平的提高,通過生產(chǎn)管理大數(shù)據(jù)平臺的構(gòu)建,形成一套煤炭洗選加工智能化管理體系[2].理論上來說，同其他行業(yè)智能化邏輯組成一樣，智能化選煤廠的邏輯構(gòu)架可以分為4個層次，分別為物聯(lián)網(wǎng)層、控制層、管理層和決策層[3]，見圖1.智能化選煤廠的構(gòu)架要素有智能化信息云平臺、智能控制與管理和智能化裝備3大方面。其中，智能化信息云平臺是智能化選煤廠建設(shè)的基礎(chǔ)，智能控制與管理是實現(xiàn)手段，智能化裝備是實現(xiàn)選煤廠智能化的必要前提。通過構(gòu)建智能化選煤廠智能化信息云平臺，加上各種先進的科學技術(shù)手段和裝備作為有利支撐，各類智能化選煤專用的模塊便衍生出來，這種模塊以云平臺作為載體應用到實際生產(chǎn)中。

圖1 智能化選煤廠構(gòu)架圖

2.1 選煤智能化信息云平臺

選煤智能化信息平臺的建設(shè)情況直接決定了選煤廠智能化的成敗。選煤智能化信息云平臺應具有生產(chǎn)管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、煤質(zhì)管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等,以實現(xiàn)生產(chǎn)信息的采集、分析和調(diào)整，見圖2.

圖2 選煤智能化信息云平臺圖

1)科學的數(shù)據(jù)采集。

建立選煤智能化信息平臺初期，需要對平臺建立過程中收集的選煤生產(chǎn)大數(shù)據(jù)信息理解透徹，確保平臺的可靠性。在進行大數(shù)據(jù)收集時，要因地制宜，方法科學，以確保采集數(shù)據(jù)的真實性、具體性、全面性等。采集數(shù)據(jù)粒度盡可能細、小，數(shù)據(jù)采集維度盡可能廣、大。如重介系統(tǒng)分選密度、浮選系統(tǒng)加藥量等與分選效果之間的關(guān)系是實時對應的，而不是以月度或年度為單位宏觀上統(tǒng)計的數(shù)據(jù)；廣范圍數(shù)據(jù)是指選煤廠的安全、生產(chǎn)、環(huán)境、煤質(zhì)和管理等數(shù)據(jù)應是多維度、多方面的。平臺中所蘊含的數(shù)據(jù)信息應是從大量的實際生產(chǎn)中獲取，采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)點需要考究，應根據(jù)管理需求確定采集點。此外，智能化信息云平臺的定位和建設(shè)目標必須要明確，這是確保平臺價值和選煤廠利益實現(xiàn)的前提。

2)清晰的架構(gòu)設(shè)計和技術(shù)選型。

智能化信息云平臺技術(shù)是跨學科的新技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建、硬件技術(shù)都要嚴格以目標位中心選定。云平臺構(gòu)建技術(shù)種類繁多，怎樣選擇能滿足要求，具體采用哪一種或幾種技術(shù)來實現(xiàn)目標等問題都是在選煤智能化信息云平臺建設(shè)時要明確的[4].

3)科學的管理框架。

煤炭洗選加工專業(yè)性強，影響因素多，生產(chǎn)數(shù)據(jù)復雜多變，數(shù)據(jù)處理難度相對較大，數(shù)據(jù)管理的難度也是不容忽視的?？茖W的管理框架是選煤智能化信息云平臺建設(shè)順利開展的必要條件。在建設(shè)過程中一定要明確項目負責人，各部門分工協(xié)作，各司其職。

2.2 智能化控制系統(tǒng)

智能化控制系統(tǒng)是使整個系統(tǒng)實現(xiàn)科學的、集成的控制，整個生產(chǎn)過程呈現(xiàn)出數(shù)字化和智能化的實現(xiàn)手段。構(gòu)建智能控制系統(tǒng)的意義是多元化的，選煤智能控制系統(tǒng)應用于洗選加工過程中會極大地激發(fā)選煤系統(tǒng)和設(shè)備潛能，促使選煤廠生產(chǎn)效率顯著提升。選煤智能化控制系統(tǒng)是在無人干預的情況下，系統(tǒng)中各生產(chǎn)單元能根據(jù)分選原料的性質(zhì)、用戶需求和硬件條件，自主地分析和調(diào)節(jié)操作參數(shù)，并能實現(xiàn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)整體協(xié)調(diào)，優(yōu)化控制目標[5].

選煤智能化控制系統(tǒng)的構(gòu)建需要以機械自動化技術(shù)和智能化控制技術(shù)作為支撐。機械自動化技術(shù)強調(diào)執(zhí)行能力，主要負責處理常規(guī)性工作，各類生產(chǎn)操作均預先設(shè)定，整個系統(tǒng)運行過程中設(shè)備自動干預。智能化控制技術(shù)和自動化技術(shù)相互補充，是智能化控制系統(tǒng)建立的核心所在。由于影響分選效果的因素眾多，現(xiàn)階段智能化控制技術(shù)在煤炭洗選加工方面應用還需進一步突破。

2.3 智能管理

智能管理是人工智能與管理科學、知識工程與系統(tǒng)工程、計算技術(shù)與通信技術(shù)、軟件工程與信息工程等多學科、多技術(shù)相互結(jié)合、相互滲透而產(chǎn)生的一門新技術(shù)、新學科。智能管理是現(xiàn)代管理科學技術(shù)發(fā)展的新動向[6].

選煤智能管理將選煤專業(yè)知識同人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)和科學算法技術(shù)有機結(jié)合，利用大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和云平臺技術(shù)實現(xiàn)經(jīng)營管理與生產(chǎn)工作的分析，通過信息找出其中的規(guī)律和問題并及時做出具體的解決方案，通過預測、優(yōu)化和評價等實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的智能化管理。選煤智能管理建立時要涵蓋機電、生產(chǎn)、物資、銷售、財務(wù)管理以及人力資源等多個方面，并且每個方面都要閉合。

2.4 智能裝備

智能裝備是智能化選煤廠實現(xiàn)的基礎(chǔ)，智能化選煤設(shè)備應具有故障智能診斷與修復的特點。智能控制系統(tǒng)通過對自動采集的設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)比對設(shè)備正常狀態(tài)標準，智能分析，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)推送不同等級的報警信息，確保設(shè)備狀況發(fā)生變化第一時間得到治理。設(shè)備故障智能診斷與修復需要建立在完善的設(shè)備技術(shù)資料、大量的設(shè)備實時運行狀況數(shù)據(jù)以及詳盡的故障處理方案等基礎(chǔ)上。設(shè)備技術(shù)資料要包含設(shè)備基本信息、技術(shù)說明、備件與配件種類、庫存情況等。設(shè)備實時運行狀況數(shù)據(jù)包括電流、功率、溫度、振動、故障信號、保護信號、保護投撤信號、排料次數(shù)、排料周期、集控點、就地點等。故障處理方案可結(jié)合實際生產(chǎn)情況與經(jīng)驗制定。

3 智能化選煤廠建設(shè)困境

3.1 選煤機械化程度需進一步提高

機械化選煤是煤炭洗選加工大型化發(fā)展的基礎(chǔ)，以機械設(shè)備運轉(zhuǎn)代替人力手工分選，極大程度地解放了勞動者，實現(xiàn)了煤炭洗選加工的規(guī)?；?。近些年，我國選煤機械化水平雖得到了進步，但就整個選煤系統(tǒng)而言仍有部分崗位沒有完全實現(xiàn)機械化，選煤機械化程度需進一步提高。如人工手選揀矸、原煤和精煤里雜物清理、皮帶機淤堵以及清掃器漏掃的物料清理、車間衛(wèi)生打掃等崗位都有待實現(xiàn)機械化，尤其是手選崗位勞動強度大，生產(chǎn)效率低，安全風險相對較高，不利于企業(yè)高效發(fā)展。目前，已有天然與人工射線識別干選、AI機器人視覺識別手選等機械化分選技術(shù)的實際應用，雖然技術(shù)尚未完全成熟，但無疑是一個很好的開始。

3.2 選煤自動化和信息化需升級

受技術(shù)本身和硬件投入的限制、自動化和信息化技術(shù)發(fā)展不均衡以及管理模式相對落后等因素的影響，現(xiàn)階段，國內(nèi)各地區(qū)煤炭洗選加工自動化和信息化等方面的水平存在較大差異。目前，全國60%以上的選煤廠有較大自動化信息化升級空間。比如，跳汰機尚未實現(xiàn)復雜工況下的全自動控制，重介粉添加、濃介制備環(huán)節(jié)還有的是手動，浮選環(huán)節(jié)自動化進展緩慢，煤泥水系統(tǒng)絮凝劑、助濾劑等藥劑添加還沒有真正實現(xiàn)全自動集中控制，壓濾生產(chǎn)環(huán)節(jié)尚未實現(xiàn)全車間閉環(huán)自動控制。

3.3 選煤數(shù)字化有待發(fā)展

數(shù)字化是實現(xiàn)智能化的前提和基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，大多數(shù)煤炭洗選加工企業(yè)有效利用數(shù)據(jù)的能力仍亟待提高。比如目前大部分選煤廠都配備了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但視頻信息的收集、篩選以及分析處理等還是需要以人為主體來完成。

3.4 選煤核心業(yè)務(wù)智能化研究進展緩慢

現(xiàn)階段，我國煤炭洗選加工智能化雖得到了一定的發(fā)展，但重點是在理論研究方面，實際生產(chǎn)應用水平仍然不高。如圖3所示，近些年來，選煤行業(yè)大部分研究是圍繞“強”自動化進行的，其技術(shù)與手段極盡所能，從生產(chǎn)集中控制，到生產(chǎn)單元自動控制，到無線移動遠程操控，人員定位等。同時，生產(chǎn)過程中對設(shè)備管理研究較多，重點在設(shè)備信息采集與查詢，實現(xiàn)了設(shè)備的全方位信息管理和在線檢測，最大的特點是全方位監(jiān)視，最大的弱點是沒有數(shù)據(jù)分析，大量信息沒有集成。我國選煤核心業(yè)務(wù)內(nèi)容進展緩慢，雖然對重介、浮選過程控制都有研究，但成熟案例相對較少。

圖3 選煤行業(yè)智能化現(xiàn)狀圖

4 建設(shè)智能化選煤廠建議

智能化選煤廠的建設(shè)應本著“統(tǒng)籌規(guī)劃、面向應用、突出重點、分步實施”的原則，依托現(xiàn)有資源和信息化工作的基礎(chǔ)，加強標準體系建設(shè)，強化標準實施與監(jiān)督力度，為智能化選煤廠建設(shè)提供支持、保障和服務(wù)。

智能化選煤廠建設(shè)涉及到煤炭分選設(shè)備、煤炭洗選加工工藝、煤炭洗選加工技術(shù)、煤炭洗選加工過程控制與煤炭洗選加工管理決策等多個方面，將現(xiàn)代選煤、傳感檢測、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、智能化信息云平臺和人工智能等新一代技術(shù)最新成果有機結(jié)合起來[1]，其中選煤專業(yè)技術(shù)是智能化選煤的核心技術(shù)。智能化選煤廠建設(shè)必須是在選煤管理與選煤過程控制方面實現(xiàn)智能化的前提下進行的。此外，煤炭洗選加工輔助生產(chǎn)與管理環(huán)節(jié)也是應該關(guān)注的范疇，條件不具備的應逐步改善條件，以推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，最終實現(xiàn)整個智能化選煤廠。

5 結(jié) 語

目前，我國煤炭洗選加工行業(yè)智能化技術(shù)研發(fā)和應用大都處于起步階段。智能化選煤廠建設(shè)是一個相當復雜的工程，即使只是建設(shè)一個智能化車間，需要的也是一個系統(tǒng)的解決方案，而不是單一的技術(shù)和產(chǎn)品的簡單組合。選煤廠智能化轉(zhuǎn)型升級任務(wù)的完成，需要整個煤炭洗選加工行業(yè)的引領(lǐng)和規(guī)范，來整合業(yè)內(nèi)全部的優(yōu)質(zhì)資源進行高效優(yōu)化配置，協(xié)同推進，全流程提供融合式落地級服務(wù)。