智能化選煤廠建設的探索研究

張新義

（內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責任公司， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

0 引言

煤炭企業(yè)作為國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支撐，隨著科學技術的高速發(fā)展，數(shù)字礦山、智能礦山等智能化技術礦山的建設已然成為當今煤炭行業(yè)的潮流。選煤廠作為煤炭加工的重要場所，也在從新工藝、新技術、新裝備上著手，在自動化、智能化逐步變革的道路上迅速進步。建設智能化選煤廠，發(fā)展選煤過程智能化，高效利用能源，是迎合新時代發(fā)展對選煤需求的重要舉措，是推動煤炭企業(yè)實現(xiàn)升級轉型的必然選擇，具有重要戰(zhàn)略意義。

1 智能化選煤的內(nèi)涵

智能化選煤是以云計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等現(xiàn)代信息技術為手段，依托標準化選煤大數(shù)據(jù)系統(tǒng)與選煤專家知識庫，以集成和利用全流程信息資源為起點，依靠智能控制、智能管理、智能裝備而形成的一套獨特體系。其通過決策模型的構建，展開自動化的分析評價，完成生產(chǎn)系統(tǒng)的智能控制，生產(chǎn)經(jīng)營的智能管理，設備全生命周期的智能檢測與評估，產(chǎn)品的智能定量配裝銷售，生產(chǎn)全過程的智能分析評價，供配電系統(tǒng)的智能操作，生產(chǎn)現(xiàn)場事故、異常事件的智能報警等工作，最終實現(xiàn)企業(yè)狀態(tài)與效益最優(yōu)的目的。智能化選煤廠能夠利用信息化的方式充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，優(yōu)化工藝生產(chǎn)控制的模式，替代人工決策的方法，在日常管理過程中，借助先進的技術形式，使得生產(chǎn)、維護、控制等特殊化的流程盡可能的簡單化、精準化、精細化，從而提高工作效率，增加產(chǎn)品產(chǎn)率，提高經(jīng)濟效益，實現(xiàn)降本增效的目標。

2 智能化選煤廠建設的框架

智能化，是數(shù)字技術、物理技術、生物技術的有機融合，是自動化、數(shù)字化、信息化的升級變革。智能選煤是科學利用大數(shù)據(jù)平臺，對生產(chǎn)過程實時分析、模擬、預測，采用智能控制實現(xiàn)各系統(tǒng)環(huán)節(jié)精準高效生產(chǎn)，通過智能管理實現(xiàn)全過程的安全精細管控，依靠智能裝備保障與提升生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性與智能程度，創(chuàng)造更多價值的一種煤炭生產(chǎn)加工技術。智能化選煤廠建設要以大數(shù)據(jù)為基礎，以各種技術作為支撐?，F(xiàn)階段，我國選煤廠基本上已實現(xiàn)了自動化，其PLC 遠程在線控制、數(shù)據(jù)采集處理、網(wǎng)絡傳輸?shù)然A平臺已經(jīng)為智能化建設提供了一定基礎支撐。實現(xiàn)自動化到智能化選煤廠的過渡，不僅要切實做好自身裝備與工藝技術的革新，更要做好物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)技術和人工智能技術的不斷滲透與深度融合，形成智慧大腦。智能化選煤廠的基本框架可以劃分為4個方面，分別為基礎平臺層、數(shù)據(jù)層、控制管理層、分析決策層，見圖1。

圖1 智能化選煤廠基本框架圖

平臺層是各要素和模塊的載體，是智能化建設的基礎，數(shù)據(jù)層是智能控制、智能管理、智能裝備系統(tǒng)的共同“數(shù)據(jù)源頭”，控制管理層是利用大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)智能選煤的手段，分析決策層是對生產(chǎn)過程與技術要素的綜合分析和評價，是對全系統(tǒng)工作的反饋。4 個層面相互支撐、相互銜接，相互閉合。

2.1 智能選煤大數(shù)據(jù)平臺

智能選煤大數(shù)據(jù)平臺是在數(shù)據(jù)定義、來源指向、數(shù)據(jù)的邏輯與存儲結構、數(shù)據(jù)內(nèi)涵與特征、整理方法及輸出方式等都規(guī)范和標準化的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，是全方位、無死角、動態(tài)無縫對選煤過程智能化相關各種數(shù)據(jù)的融合與集成，是選煤廠智能化建設的核心，大數(shù)據(jù)平臺建設的是否合理、規(guī)范決定著智能化建設的成敗。在智能化選煤廠建設中，基礎平臺體系基本功能結構可分為4 層：數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層、服務層、展現(xiàn)層，見圖2?；A平臺的搭建應主要遵循先進性、成熟性、實用性、可靠性、高效性、實時性、完整性、安全性、可擴展性、可維護性等原則。

圖2 基礎平臺體系功能結構圖

選煤廠通過智能平臺對經(jīng)營、生產(chǎn)運行等相關信息收集，實時掌握企業(yè)的原料供應、運行管理、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)統(tǒng)計、設備管控、成本等情況，利用先進的分析、優(yōu)化軟件進行數(shù)據(jù)分析、處理，指導企業(yè)優(yōu)化工藝參數(shù)、調(diào)整產(chǎn)品結構或系統(tǒng)管理模式，解決生產(chǎn)中的問題，促使企業(yè)最大效益化運轉。如密度自動控制，生產(chǎn)過程與經(jīng)營管理分析評價，設備全生命周期在線檢測、故障分析，事故、異常事件智能報警，自動化采制樣分析、產(chǎn)品結構及產(chǎn)品質(zhì)量分析等智能系統(tǒng)。

2.2 智能選煤核心體系

智能選煤核心體系包括智能控制、智能管理及智能裝備。選煤過程智能控制指在無人干預的情況下，系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品結構、產(chǎn)品指標等條件，通過自主實時分析和優(yōu)化決策，自動調(diào)節(jié)操作參數(shù)，實現(xiàn)目標控制，是一種超越人工操作的控制方式。

選煤智能管理就是利用大數(shù)據(jù)平臺及選煤專業(yè)知識，通過計算機技術、人工智能技術、科學算法，將選煤廠生產(chǎn)和經(jīng)營管理工作中的各種信息進行分析整理，挖掘規(guī)律和知識，對生產(chǎn)系統(tǒng)、經(jīng)營過程進行預測、優(yōu)化、評價等，為生產(chǎn)提供決策支持，實現(xiàn)管理過程的智能化[1]。智能管理是涵蓋安全、機電、物資、銷售、設備、生產(chǎn)技術、分析評價等多個方面，需要相互聯(lián)系、相互閉合。

3 智能化選煤廠建設現(xiàn)狀及困境

3.1 生產(chǎn)設備及工藝系統(tǒng)方面

現(xiàn)如今，大部分選煤廠基本實現(xiàn)了自動化與集中控制，且越來越多的選煤廠通過集中控制等多種方式，逐步向精細化方向邁進。一部分選煤廠已實現(xiàn)密度在線檢測、煤泥處理設備自動控制、汽車裝車自動識別、設備溫度及振動等參數(shù)在線檢測等，但整個生產(chǎn)系統(tǒng)中還有大部分環(huán)節(jié)仍處于弱自動化階段，其在日常生產(chǎn)經(jīng)營管理過程中還存在很多需要升級完善的問題。例如閘板、閥門的人為控制，煤樣的人工采制、人工化驗，重介密度的半自動調(diào)控、人工加介，人工高低壓停送電，人工選矸、選雜等工作環(huán)節(jié)。其次，在智能化選煤廠建設中，采集足夠多的數(shù)據(jù)是智能化實現(xiàn)的基礎，而目前投入使用的智能采集設備或是傳感裝置精度、標準參差不齊，采集到的信息價值低，不能夠滿足智能化建設的需求。結合自動化、智能化及數(shù)據(jù)處理分析程度，初步對選煤系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)狀分析如圖3 所示。

圖3 選煤系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)狀分析圖

3.2 大數(shù)據(jù)平臺方面

標準化選煤大數(shù)據(jù)系統(tǒng)立足服務整個選煤過程，為選煤智能化提供最基礎、最標準、最全面的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集與收集之后，需要通過大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的綜合分析、評價與決策支持，如生產(chǎn)全過程的分析評價、設備故障診斷與智能修復、狀態(tài)性檢修工單下發(fā)，產(chǎn)品質(zhì)量及成本分析評價，生產(chǎn)經(jīng)營管理評價等，實現(xiàn)整個過程的智能閉合管理，進而促進生產(chǎn)全過程智能化。目前很多選煤廠在智能化建設過程中涉及面廣，研究的多，投入的也多，部分系統(tǒng)都有自己的狀態(tài)信息，但利用率不高，過程分析評價、技術分析、綜合評價系統(tǒng)不完善或是分析評價不夠，大量信息沒有集成，在智能管理方面取得的效果不是很好。數(shù)據(jù)的采集儲備非常重要，智能化數(shù)據(jù)平臺需要的數(shù)據(jù)內(nèi)容多，數(shù)據(jù)量大，目前，數(shù)據(jù)積累遠沒有達到“大”，我們還需要加快數(shù)據(jù)的沉淀，加快大數(shù)據(jù)平臺的建設。

3.3 網(wǎng)絡傳輸及通訊方面

在智能化選煤廠建設過程中，大量的數(shù)據(jù)傳輸以及信息交換是必不可少的。如何實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的快速交換和傳輸，是智能化建設中需要考慮的關鍵問題[2]。網(wǎng)絡通信平臺及工業(yè)以太網(wǎng)是重要的基礎，一方面需要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量問題，另一方面還需考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣葐栴}。而對于無線傳輸，因其都存在著極限傳輸速率，在進行大數(shù)據(jù)傳輸時，很可能導致數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)質(zhì)量問題或是影響傳輸速率，降低整個系統(tǒng)的工作效率。目前，智能化選煤廠建設在無線傳輸方面還需依賴于正在發(fā)展的5G 傳輸技術[2]。

4 智能化選煤廠建設的建議

智能化選煤廠建設應充分考慮選煤相關管理與控制過程的智能化建設，提高選煤設計規(guī)范對智能化要求的適應性，在工程設計時應充分考慮智能化建設的需求，給各種檢測儀器儀表留出足夠的安裝空間。

智能化選煤廠建設迫切需要重點研制新型精準無源測灰儀、在線快速采制化設備、粒度分析儀、在線傳感檢測等高精度智能檢測裝備，提高現(xiàn)有檢測設備的精度及性能，為高效、高精準數(shù)據(jù)采集打好基礎，提升智能化生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠度。

全面重點建設標準化選煤大數(shù)據(jù)系統(tǒng)這個核心，數(shù)據(jù)處理必須緊跟時代的潮流，采用最新、最有效的算法，保障數(shù)據(jù)處理速度及質(zhì)量。重視專家知識數(shù)字化，發(fā)揮不同專業(yè)的協(xié)同，開展核心業(yè)務深度智能化的研究，包括但不限于自主學習智能算法、技術分析、綜合分析評價以及如何將這些智能算法、評價分析應用到實際生產(chǎn)決策中。

5 展望及結語

目前，智能化選煤廠建設項目已在煤炭行業(yè)廣泛展開，在各項過程智能控制方面都有研究與推進，但選煤專業(yè)核心的內(nèi)容研究進展還很緩慢，“瓶頸”還未完全解決，智能化選煤廠建設還處于探索階段，還沒有比較成熟的實施案例，需要相關的行業(yè)、技術專家共商、共建、共享。