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神東煤炭集團(tuán)上灣選煤廠鳥瞰圖

　　國能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司（以下簡稱國能神東煤炭集團(tuán)）在2018年建成了上灣智能化示范選煤廠, 在選煤智能排程、數(shù)據(jù)采集及分析、設(shè)備智能監(jiān)控與管理、智能裝車關(guān)鍵技術(shù)等方面開展了探索與實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)選煤向智能選煤的跨越，取得了選煤廠智能化建設(shè)的階段性成果。2019年，神東煤炭集團(tuán)總結(jié)了選煤廠智能化建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，形成了智能化建設(shè)成套技術(shù)方案，開始全面推進(jìn)智能化選煤廠建設(shè)，在吸取上灣智能化示范選煤廠建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的同時，有針對性地轉(zhuǎn)化實(shí)施行業(yè)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)。雖然選煤廠經(jīng)過多次改造升級，但仍存在系統(tǒng)自動化和智能化程度不夠完善等問題，距離實(shí)現(xiàn)智能化選煤廠仍存在以下4點(diǎn)差距：

　　（1）生產(chǎn)作業(yè)成本高

　　現(xiàn)有作業(yè)環(huán)境下，無法反映出各選煤廠不同生產(chǎn)方式下的成本情況，沒有建立模型分析最優(yōu)生產(chǎn)方式，無法為國家能源集團(tuán)、神東煤炭集團(tuán)、分選中心3級生產(chǎn)指揮和運(yùn)營決策提供可靠支持。

　　（2）裝備可靠性差大型機(jī)器設(shè)備故障頻發(fā)，電氣故障時有發(fā)生。

　　雖然固定崗位人員有所減少，但增加了維修人員的數(shù)量，隨著設(shè)備智能化改造升級工作的逐步推進(jìn)，裝備材質(zhì)、耐久設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)部位潤滑等環(huán)節(jié)沒有補(bǔ)強(qiáng)的問題逐漸凸顯，導(dǎo)致設(shè)備故障率增高且不可控，臨時性的檢修任務(wù)增加導(dǎo)致檢修人員需求量大，沒有基礎(chǔ)的裝備耐久性改進(jìn)和A I輔助檢修系統(tǒng)的支持，設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)預(yù)防性檢修。

　　（3）智能化改造可復(fù)制性差神東煤炭集團(tuán)各選煤廠建設(shè)時間不同，設(shè)備設(shè)施差距大，生產(chǎn)方式和生產(chǎn)工藝各有特點(diǎn)，智能化的升級改造需根據(jù)各選煤廠特點(diǎn)進(jìn)行方案制定，初級方案不具備大面積推廣的價值。

　　（4）生產(chǎn)組織方式和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)固化，不能定制化生產(chǎn)各選煤廠商品煤煤質(zhì)固化，不能按照客戶需求定制商品煤，需要設(shè)計(jì)計(jì)算模型按照煤質(zhì)分選集成性測算與決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煤質(zhì)摻配優(yōu)化組合。

　　選煤廠為了實(shí)現(xiàn)減員增效的目標(biāo)，已經(jīng)不能依靠傳統(tǒng)的技術(shù)和管理手段，而需要進(jìn)一步應(yīng)用5G、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等先進(jìn)技術(shù)。選煤廠運(yùn)營可分解成生產(chǎn)工藝控制管理、軟硬件運(yùn)行維護(hù)、經(jīng)營管理3個維度，現(xiàn)有選煤廠配備的巡檢、調(diào)度、檢修、管理4類人員穿插在這3個維度之間，實(shí)現(xiàn)把控生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)；可從人工智能及相關(guān)新技術(shù)應(yīng)用的角度出發(fā)，從裝備和工藝的可靠性提升、數(shù)字化感知、執(zhí)行協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)資產(chǎn)積累和挖掘、故障預(yù)警5個環(huán)節(jié)介入，并最終代替人工。

國內(nèi)外選煤廠智能化發(fā)展現(xiàn)狀

　　國外選煤廠智能化發(fā)展程度較高，生產(chǎn)能力不斷擴(kuò)大，設(shè)備大型化，系統(tǒng)復(fù)雜程度的提升對自動化技術(shù)和傳感系統(tǒng)的要求也越來越高，選煤技術(shù)從單機(jī)設(shè)備智能化到全廠智能化方向發(fā)展，同時安全效率也大幅提升。目前選煤廠智能化建設(shè)的重點(diǎn)還是體現(xiàn)在集中控制技術(shù)、傳感器自動檢測技術(shù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳等方面；其中，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的配合使用，是選煤廠自動化、智能化發(fā)展主要研究方向。大量實(shí)用性傳感器的開發(fā)與應(yīng)用是核心，如放射性同位素密度儀、流量監(jiān)測儀和液位監(jiān)測儀等的使用，很大程度上可提升選煤廠的自動化水平。

　　英國有2座選煤廠已經(jīng)全部使用計(jì)算機(jī)程序控制，全廠設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)只需1人監(jiān)控；美國1座年處理能力110萬t的選煤廠，每班現(xiàn)場工作人員只有2人；法國1座選煤廠除了全廠計(jì)算機(jī)控制以外，也增加了視頻監(jiān)控和相應(yīng)的設(shè)備監(jiān)控傳感器，生產(chǎn)工效達(dá)到164 t/工。關(guān)于商品煤混合作業(yè)，在德國和法國利用計(jì)算機(jī)程序控制可完成混煤堆或混煤倉的原煤自動均勻混合。法國1家選煤廠的裝車系統(tǒng)，每班作業(yè)量達(dá)到3 000 t以上，系統(tǒng)操作人員只有1人。

　　國內(nèi)選煤廠工藝發(fā)展經(jīng)歷了跳汰選煤、重介質(zhì)選煤、清潔選煤3個階段。目前，選煤裝備實(shí)現(xiàn)了大型化、控制自動化與生產(chǎn)管理高效化，但智能化發(fā)展并沒有在選煤裝備、技術(shù)、工藝、管理等方面充分體現(xiàn)，影響了煤炭企業(yè)智能化發(fā)展、數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程。目前，國內(nèi)選煤廠自動化技術(shù)得到較快的發(fā)展，智能化的發(fā)展主要體現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)行集中控制、工藝參數(shù)監(jiān)控與調(diào)節(jié)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等方面。國內(nèi)工藝控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較高的智能化水平，例如跳汰機(jī)自動排料，選用了浮標(biāo)和超聲波結(jié)合的技術(shù)，通過連續(xù)的監(jiān)測和計(jì)算機(jī)精確的計(jì)算，不斷調(diào)整分選效果，逐步提高跳汰機(jī)生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性，滿足較高的精煤回收率，同時通過傳感器現(xiàn)場自動適應(yīng)系統(tǒng)不斷將跳汰機(jī)選煤參數(shù)向最優(yōu)指標(biāo)調(diào)整，以達(dá)到提高跳汰機(jī)工作效率的目的。

　　選煤廠減員增效將是我國選煤廠智能化發(fā)展的一項(xiàng)重要參考指標(biāo)。從自動化到智能化的發(fā)展階段，生產(chǎn)組織模式和組織架構(gòu)、生產(chǎn)現(xiàn)場人員架構(gòu)均有改變，生產(chǎn)指揮扁平化、信息化，減少生產(chǎn)現(xiàn)場員工數(shù)量，落實(shí)無人則安的安全理念，但相對國外來說，國內(nèi)大部分選煤廠生產(chǎn)工效低于100 t/工，工效相對較低。

　　圖1 智能化選煤廠的建設(shè)邏輯構(gòu)架

智能化選煤廠建設(shè)架構(gòu)

　　智能化選煤本質(zhì)上是利用多專業(yè)、多領(lǐng)域的技術(shù)融合，形成系統(tǒng)性的智能化建設(shè)規(guī)劃，打造適合自身的一種煤炭分選加工的實(shí)施模型。選煤廠的智能化建設(shè)要從戰(zhàn)略高度出發(fā)，以整體高質(zhì)量發(fā)展為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)選煤廠智能化建設(shè)“一張圖”。類似于其他行業(yè)智能化建設(shè)的邏輯組成，智能化選煤廠的建設(shè)邏輯構(gòu)架自下而上分為設(shè)備層、控制層、執(zhí)行層和決策層，如圖1所示。

　　（1）設(shè)備層是通過不同的網(wǎng)絡(luò)連接方式進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)、設(shè)備控制，特別是在5G通信時代，物聯(lián)網(wǎng)在選煤廠智能化改造中的作用越來越重要，設(shè)備高效互聯(lián)可提升設(shè)備運(yùn)行狀況及現(xiàn)場監(jiān)控信號的回傳效率。

　　（2）控制層主要是通過設(shè)備的集中控制以及對控制過程進(jìn)行優(yōu)化，為設(shè)備運(yùn)行創(chuàng)造安全環(huán)境，通過控制層，選煤廠的配煤、重介質(zhì)分選、浮選、濃縮、壓濾、裝車等操作都可以實(shí)現(xiàn)智能化。

　　（3）執(zhí)行層主要是對選煤設(shè)備和供電設(shè)備的全生命周期進(jìn)行管理，對選煤廠的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)化、一體化管理，實(shí)現(xiàn)選煤安全生產(chǎn)執(zhí)行效率。

　　（4）決策層是選煤廠智能化的最上層設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、管理、銷售的智能化管理，經(jīng)過智能化升級后的選煤廠，決策層大多數(shù)以控制云平臺為基礎(chǔ)，融合大數(shù)據(jù)分析與人工智能技術(shù)，對設(shè)備、成本等進(jìn)行智能管理及銷售。

　　在智能化選煤廠的建設(shè)邏輯構(gòu)架下，各智能化系統(tǒng)通過統(tǒng)一的智能管控平臺實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)輔助及安全保障、信息管理，以及基于大數(shù)據(jù)的智能決策等信息交互，將安全、生產(chǎn)、設(shè)備、決策、質(zhì)量控制和物資等各環(huán)節(jié)緊密融合，從而提高生產(chǎn)系統(tǒng)的效率與智能化水平。

智能化選煤廠建設(shè)科技攻關(guān)方向

　　在神東煤炭集團(tuán)選煤廠智能化建設(shè)工程中，針對實(shí)際出現(xiàn)的工程問題和管理缺陷，總結(jié)出一些富有挑戰(zhàn)性的突破方向與關(guān)鍵痛點(diǎn)。但這些方向仍需增加投入，結(jié)合工程實(shí)踐，深入研討，尋求突破。

　　未來人工智能將全面介入管理，以下筆者從裝備和工藝的可靠性提升、數(shù)字化感知、執(zhí)行協(xié)調(diào)與控制、數(shù)據(jù)資產(chǎn)積累和挖掘、故障預(yù)警5個關(guān)鍵環(huán)節(jié)展開討論。

　　裝備和工藝的可靠性提升

　　目前，生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)已經(jīng)大量積累，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析可定位裝備的薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)備生產(chǎn)廠商在材質(zhì)和工藝上可做相對的補(bǔ)強(qiáng)，從設(shè)備的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開始加入耐久度考量，可在后續(xù)的生產(chǎn)、出廠、銷售、采購、使用的全生命周期內(nèi)得到很好的質(zhì)量控制，運(yùn)營選煤廠需建立完善的設(shè)備預(yù)防保養(yǎng)機(jī)制，為“黑燈選煤廠”提供了基礎(chǔ)保障能力。此外，在產(chǎn)品煤質(zhì)量方面，全方位實(shí)時在線監(jiān)測，以預(yù)防為主，進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，確保產(chǎn)品煤的質(zhì)量可靠性，不斷優(yōu)化和改進(jìn)。

　　以設(shè)備故障類分析為例，其主要功能是對全廠的設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘及建模，進(jìn)行可靠性評價，異常狀態(tài)下能夠及時發(fā)出報警，通知現(xiàn)場的責(zé)任崗位進(jìn)行排查及處置。設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)分析模型建成后，經(jīng)過不斷地積累數(shù)據(jù)、迭代算法，可精確測算零部件壽命，并精準(zhǔn)安排計(jì)劃性檢修；選煤廠管理機(jī)構(gòu)可設(shè)置流動檢修隊(duì)伍，按系統(tǒng)推送時間表對各設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場檢修，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的13座選煤廠只需保留1個流動檢修隊(duì)伍，即可按計(jì)劃完成檢修，并保證設(shè)備和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

　　基于已搭建的智能化網(wǎng)絡(luò)平臺，PLC、視頻、離線化驗(yàn)信息、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫等所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)納入到統(tǒng)一的A I智能分析控制平臺中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和統(tǒng)一管理。需人工處理的報警類別為設(shè)備故障類、保護(hù)類、指標(biāo)類以及參數(shù)類。設(shè)備故障類、保護(hù)類報警是指在生產(chǎn)和啟停車過程中系統(tǒng)通過自檢將檢查出的各類設(shè)備故障報警，主要來自PLC控制信號及視頻監(jiān)控的實(shí)時監(jiān)測分析結(jié)果；指標(biāo)類報警是指生產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)、介耗、藥耗等異常指標(biāo)的報警；參數(shù)類報警是指傳感器監(jiān)測到的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)或生產(chǎn)工藝參數(shù)，與預(yù)設(shè)定的參數(shù)正常范圍及參數(shù)報警區(qū)間相比較，由智能邏輯對參數(shù)進(jìn)行判斷、分析報警原因，指導(dǎo)操作人員進(jìn)行處理。

　　圖2 機(jī)電業(yè)務(wù)智能閉環(huán)管理系統(tǒng)

　　數(shù)字化感知技術(shù)應(yīng)用

　　通過對實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，從原料、倉儲、運(yùn)輸、分選、脫水、水循環(huán)、介質(zhì)循環(huán)、產(chǎn)品裝車等各環(huán)節(jié)，提高整體協(xié)作能力，使整個生產(chǎn)過程透明化、數(shù)字化。

　　現(xiàn)有分選設(shè)備的智能化程度較低，大部分設(shè)備僅具備初級自動化水平，沒有安裝環(huán)境感知和自身運(yùn)行狀態(tài)的傳感器。目前，設(shè)備聯(lián)動依靠集控系統(tǒng)程序設(shè)定仍存在很大弊端。數(shù)字化感知技術(shù)還有賴于傳感器、檢測儀器儀表的準(zhǔn)確性及可靠性。智能化選煤廠的建設(shè)并非一蹴而就，許多成套技術(shù)還不成熟，需要重點(diǎn)研發(fā)、單點(diǎn)突破，如現(xiàn)有的集控和現(xiàn)場巡檢人員合作控制整個工藝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，多數(shù)依靠人工操作經(jīng)驗(yàn)，這一部分仍需長期的機(jī)器學(xué)習(xí)和模型訓(xùn)練；單個傳感器也亟待解決無放射源的灰分儀、濃度計(jì)，精準(zhǔn)定位且耐磨的智能閥門，可靈活調(diào)節(jié)開度的閘板等問題。

　　生產(chǎn)現(xiàn)場執(zhí)行協(xié)調(diào)與控制

　　目前，需要為主要生產(chǎn)設(shè)備安裝獨(dú)立控制系統(tǒng)，使其具備自主“思考”的能力，接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系，聯(lián)動設(shè)備交換運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、原料煤供應(yīng)狀態(tài)、產(chǎn)品產(chǎn)生狀態(tài)共享。通過訓(xùn)練A I模型實(shí)現(xiàn)設(shè)備協(xié)同作業(yè)，突發(fā)情況快速自檢，智能應(yīng)對，快速轉(zhuǎn)換生產(chǎn)模式，減少人工干預(yù)。

　　對人員、設(shè)備、原料、產(chǎn)品等生產(chǎn)信息進(jìn)行快速整合協(xié)調(diào)，保證生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃順利進(jìn)行，及時應(yīng)對生產(chǎn)突發(fā)狀況。以選煤廠工藝控制為例，將人工控制的工藝類閥門、閘板接入集中控制，開關(guān)閥改為開度調(diào)節(jié)閥或增加限位開關(guān)，閘板增設(shè)位移傳感器，實(shí)現(xiàn)工藝過程PID調(diào)節(jié)。安裝工藝類傳感器應(yīng)用于補(bǔ)水閥、回流閥、鼓風(fēng)閥、泵入料閥、旋流器組入料閥、刮板輸送機(jī)下料閘板等，增加高低壓循環(huán)水流量及壓力、尾礦磁性物含量、原煤倉及緩沖倉倉位、旋流器入口壓力、高低壓風(fēng)管壓力、濃縮池清水層高度、事故池液位、煤泥水濃度等過程參數(shù)檢測裝置。在選煤廠生產(chǎn)過程透明化的前提下，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在A I智能算法和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的支撐下，自動調(diào)整、切換以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化控制。生產(chǎn)線快速轉(zhuǎn)換，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)隨時調(diào)整，最終可實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

　　數(shù)據(jù)資產(chǎn)積累和挖掘

　　對所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類歸檔，包括生產(chǎn)過程中的物料信息、工藝參數(shù)、質(zhì)量狀況、設(shè)備運(yùn)行情況等，確保實(shí)時動態(tài)記錄，保證產(chǎn)品煤的可追溯性。例如，在神東煤炭集團(tuán)最常用的塊煤重介淺槽分選和末煤重介旋流器分選環(huán)節(jié)，最重要的分選參數(shù)是懸浮液密度，同時還要輔助控制重介泵的實(shí)施流量，達(dá)到煤矸分離的目的。在分選環(huán)節(jié)中，首先需要將影響產(chǎn)品質(zhì)量和分選效率的參數(shù)梳理出來，以淺槽為例，懸浮液密度、上升流流速流量、水平流流速流量、合格介質(zhì)桶桶位、稀介質(zhì)桶桶位、分流量、原煤實(shí)時給料量、原煤實(shí)時灰分等共同決定了最終的精煤灰分和矸石帶煤量2個指標(biāo)。人力運(yùn)算已不能滿足精準(zhǔn)分析的要求，必須通過建立選煤生產(chǎn)數(shù)據(jù)倉庫，將這些參數(shù)大量地記錄下來，反復(fù)修正影響因子系數(shù)建立智能分選模型；并且借助智能集控系統(tǒng)，將實(shí)時運(yùn)算的結(jié)果直接修改當(dāng)前的分選參數(shù)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)或者模糊運(yùn)算理論不斷修正模型，形成良性循環(huán)。目前，國能神東煤炭集團(tuán)已在單生產(chǎn)線試用該智能分選模型，并達(dá)到了預(yù)期效果，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，智能分選生產(chǎn)線精煤產(chǎn)率提高了，矸石帶煤率降低了0.8%，介質(zhì)和清水的消耗也有明顯下降。

　　故障預(yù)警模型建設(shè)

　　根據(jù)生產(chǎn)情況設(shè)定關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)時監(jiān)控指標(biāo)完成情況，以最快的形式推送生產(chǎn)過程中的報警信息，提前反饋和快速響應(yīng)處理，減少問題和故障的發(fā)生率。例如，生產(chǎn)過程中的雜物、大塊矸石、物料偏載等，均可導(dǎo)致刮板輸送機(jī)頻繁出現(xiàn)拉斜、跳鏈、斷鏈等故障，脫介篩跑粗或篩板脫落造成篩下溜槽卡堵的現(xiàn)象也時有發(fā)生，僅靠人工周期性巡檢無法解決偶發(fā)性的故障，而機(jī)器視覺技術(shù)可代替人眼完成精細(xì)測量和精準(zhǔn)判斷。為達(dá)到自動故障預(yù)警功能，需研發(fā)機(jī)器視覺系統(tǒng)，首先在刮板輸送機(jī)槽體、煤介桶處安裝高清攝像頭實(shí)時采集被控對象運(yùn)行視頻信息，通過圖像處理服務(wù)器將圖像進(jìn)行數(shù)字化處理、分析，主要采用亮度調(diào)整、視頻降噪、增強(qiáng)、提取特征等技術(shù)和方法；然后通過對大量運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，利用機(jī)器視覺和圖像算法建立模型，找出故障時的特征及閾值，依據(jù)規(guī)則對目標(biāo)物的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時分析，并根據(jù)故障級別發(fā)出相應(yīng)的動作指令。

　　針對刮板輸送機(jī)，機(jī)器視覺系統(tǒng)不但能在刮板發(fā)生拉斜、跳鏈、斷鏈時及時發(fā)出報警信息，還能在運(yùn)輸物料中出現(xiàn)大塊鐵器、木頭、鋼絲繩等雜物時進(jìn)行識別并報警；針對篩板脫落，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)篩板破損或其他原因?qū)е碌南到y(tǒng)跑粗情況后，或當(dāng)下方篩下水桶桶篦出現(xiàn)粗顆粒時，機(jī)器視覺系統(tǒng)可以準(zhǔn)確識別并發(fā)出異常報警，同時將異常圖像推送至操作人員的個人終端，由崗位司機(jī)進(jìn)行確認(rèn)和處理。未來，該類特殊情況也將由可移動的故障處置機(jī)器人進(jìn)行處理，進(jìn)一步釋放勞動力。

神東煤炭集團(tuán)智能化選煤廠建設(shè)實(shí)踐和技術(shù)應(yīng)用

　　神東煤炭集團(tuán)智能選煤廠建設(shè)主要分2個階段進(jìn)行，以上灣煤礦智能化選煤廠為例，第1階段對生產(chǎn)指揮系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，第2階段分系統(tǒng)對分選、加藥、運(yùn)輸、配電等系統(tǒng)進(jìn)行改造，形成了成套的技術(shù)解決方案，取得了階段性成果。

　　（a）設(shè)備溫度無線傳感器外形圖  （b）大型減速器溫度震動有線傳感器安裝位置圖

　　（c）電機(jī)、減速器無線溫度傳感器安裝位置圖

　　圖3 設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)

　　選煤廠智能化系統(tǒng)建設(shè)

　　神東煤炭集團(tuán)上灣煤礦智能選煤廠建成了機(jī)電業(yè)務(wù)智能閉環(huán)管理系統(tǒng)（圖2），涵蓋了生產(chǎn)數(shù)量、生產(chǎn)質(zhì)量、設(shè)備運(yùn)行、設(shè)備維修、裝車外運(yùn)、作業(yè)績效共6個維度32項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)行了數(shù)據(jù)的自動采集、存儲、統(tǒng)計(jì)、分析、判斷，可自動推送不同等級報警信息至手持終端，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電管理周期性業(yè)務(wù)的定期推送和缺陷管理任務(wù)的實(shí)時推送，并將執(zhí)行過程和結(jié)果反饋進(jìn)行閉環(huán)管理，保障了相關(guān)工作的及時開展，通過數(shù)字配電系統(tǒng)的判斷并推送實(shí)時指令，可有效減少人為執(zhí)行過程中的安全風(fēng)險，整套系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。

　　圖4 全自動無人操作的運(yùn)煤火車裝車系統(tǒng)

　　通過大量應(yīng)用在線溫度或振動傳感器，替代人工點(diǎn)檢，安裝在現(xiàn)場的傳感器通過纜線與信號發(fā)射器相連，按照每10 min采集1次數(shù)據(jù)的頻次，通過現(xiàn)場工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)上傳到數(shù)據(jù)采集服務(wù)器及選煤廠監(jiān)控系統(tǒng)，完成實(shí)時數(shù)據(jù)顯示及基于趨勢和上下限閾報警，進(jìn)一步做到對設(shè)備健康狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，為將來利用大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建故障診斷專家知識庫，以及為實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備預(yù)知性維修做鋪墊。設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)如圖3所示。

　　神東煤炭集團(tuán)上灣煤礦智能選煤廠建成了全自動無人操作的運(yùn)煤火車裝車系統(tǒng)（圖4），實(shí)現(xiàn)了智能精準(zhǔn)配煤、智能裝車、裝車智能化管理。通過對自動化裝車系統(tǒng)PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行自動判斷和捕獲，系統(tǒng)后臺可對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，最終以各類統(tǒng)計(jì)分析圖表形式展現(xiàn)裝車外運(yùn)的實(shí)時和周期性情況，從而可實(shí)時有效地對實(shí)裝噸數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測。

　　整個生產(chǎn)過程，選煤廠廠房僅需2名巡檢人員，加上其他輔助人員，僅需100人就可實(shí)現(xiàn)日處理原煤6.25萬t。通過生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)行分析，全自動且無人操作的火車裝車系統(tǒng)運(yùn)行效率可以提升5%以上，每日平均生產(chǎn)時間可以縮短1 h左右，可控成本下降4%以上。

　　圖5 智能分選系統(tǒng)

　　新技術(shù)應(yīng)用

　　（1）利用視頻AI識別技術(shù)對危險區(qū)域越界、個人安全防護(hù)、人員不安全行為、環(huán)境溫度異常等進(jìn)行智能識別與報警。利用高清黑光、熱成像攝像頭實(shí)現(xiàn)了從原煤入廠至裝車全生產(chǎn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程巡檢。可對刮板輸送機(jī)跳鏈、帶式輸送機(jī)跑偏、雜物鐵器、煤流溫度和堆料等設(shè)備進(jìn)行檢測，并實(shí)現(xiàn)提醒與報警。通過將智能識別信號搭接至PLC工控系統(tǒng)，設(shè)備監(jiān)控信號和設(shè)備控制進(jìn)行有機(jī)集成整合，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工控系統(tǒng)直接調(diào)取設(shè)備關(guān)聯(lián)監(jiān)控畫面，并實(shí)時抓拍。當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生故障時，可自動彈出故障區(qū)域的監(jiān)控畫面，及時查看并判斷現(xiàn)場情況，對傳統(tǒng)的傳感器保護(hù)形成有效的補(bǔ)充和強(qiáng)化，是選煤廠安全運(yùn)行的又一道保險。

　　（2）利用視頻識別技術(shù)對煤流中的物料進(jìn)行超粒度物料識別。當(dāng)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品煤中的物料超過規(guī)定粒度范圍時，立即發(fā)送不同等級的報警信息至崗位工人的手持終端，避免發(fā)生生產(chǎn)事故。在煤流中對鐵器進(jìn)行識別，當(dāng)檢測到小型鐵器時，帶式輸送機(jī)機(jī)頭的除鐵器會聯(lián)動開啟，當(dāng)檢測到大型鐵器時則閉鎖帶式輸送機(jī)并停機(jī)，同時進(jìn)行人工定點(diǎn)清除，可有效預(yù)防鐵器造成的各類事故。

　　（3）應(yīng)用智能分選系統(tǒng)（圖5）。通過機(jī)器學(xué)習(xí)和專家決策智能調(diào)整分選過程參數(shù)，構(gòu)建了分選智能控制系統(tǒng)。應(yīng)用智能加藥系統(tǒng)可自動采集煤泥水特性數(shù)據(jù)，由后臺策略機(jī)給定，實(shí)現(xiàn)了煤泥水處理環(huán)節(jié)的智能精準(zhǔn)控制，藥劑消耗量降低了8.8%、溢流濃度＜1 g/L，提高了煤泥水處理效率；智能分選系統(tǒng)可自動采集及分析煤泥水各環(huán)節(jié)樣品的濃度及粒度組成，為壓濾機(jī)參數(shù)調(diào)整和濃縮池加藥控制提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)脫水設(shè)備異常報警，提高了全流程數(shù)據(jù)綜合診斷能力；智能分選系統(tǒng)可自動采集煤泥水特性數(shù)據(jù)，由后臺策略機(jī)給定，實(shí)現(xiàn)了煤泥水處理環(huán)節(jié)的智能精準(zhǔn)控制，藥劑消耗量降低了8.8%、溢流濃度＜1 g/L，提高了煤泥水的處理效率。

　　通過應(yīng)用一系列技術(shù)手段，煤質(zhì)穩(wěn)定率提高了12%，商品煤產(chǎn)率增加了1.09%，發(fā)熱量提高了。由于生產(chǎn)組織智能化和產(chǎn)品質(zhì)量提升，上灣智能化選煤廠在2019—2021年分別增加銷售收入22 478.13萬、25 908.49萬、29 271.24萬元，累計(jì)增加銷售收入77 657.86萬元，新增稅收9 802.76萬元。

　　數(shù)據(jù)分析與預(yù)測

　　圖6 定制精準(zhǔn)生產(chǎn)開發(fā)與應(yīng)用模型

　　圖7 成本精細(xì)化管控模型

　　（1）神東煤炭集團(tuán)上灣智能化選煤廠建立了定制精準(zhǔn)生產(chǎn)開發(fā)與應(yīng)用模型（圖6），與神東ERP、業(yè)務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接，獲取生產(chǎn)計(jì)劃、裝車計(jì)劃、煤質(zhì)數(shù)據(jù)等手工錄入數(shù)據(jù)，從自動化系統(tǒng)中獲取現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并實(shí)時存儲，把生產(chǎn)現(xiàn)場的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)真實(shí)、實(shí)時地顯示給管理層。該模型可根據(jù)原煤質(zhì)量信息預(yù)測不同生產(chǎn)方式下的產(chǎn)品質(zhì)量，再結(jié)合作業(yè)成本法在相關(guān)系統(tǒng)中對不同生產(chǎn)方式下的產(chǎn)品成本、效益進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以效益最大化為原則分析出最優(yōu)的生產(chǎn)方式組合，為管理層及決策層提供支持。

　　（2）神東煤炭集團(tuán)上灣智能選煤廠建立了成本精細(xì)化管控模型（圖7），根據(jù)用戶需求和生產(chǎn)的原煤，追求效益最大化，在生產(chǎn)方式數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)組織方式、工藝參數(shù)和作業(yè)成本測算，為定制化生產(chǎn)提供智能決策。建立了成本與噸煤之間的關(guān)系，將分選成本分解到原煤、篩分、主選、上倉和裝車系統(tǒng)5個作業(yè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了成本的精細(xì)化管控；建立了生產(chǎn)效能與設(shè)備運(yùn)行模型，自動記錄設(shè)備停機(jī)的開始時間、結(jié)束時間、停機(jī)現(xiàn)象、停機(jī)分類、停機(jī)原因等，并按照故障現(xiàn)象、原因進(jìn)行時間和次數(shù)對比統(tǒng)計(jì)，對故障智能診斷分析、維修策略、生產(chǎn)組織安排等提供科學(xué)數(shù)據(jù)；配備了智能操作輔助系統(tǒng)，通過手持終端智能分析故障原因、推送標(biāo)準(zhǔn)工單指導(dǎo)檢查維修。通過效能分析和智能操作輔助等系統(tǒng)，對生產(chǎn)一線30名工人進(jìn)行了崗位優(yōu)化和轉(zhuǎn)崗，改變了人員管理模式，推進(jìn)了知識型員工的培養(yǎng)。

總 結(jié)

　　（1）神東煤炭集團(tuán)智能化選煤廠建設(shè)過程中，新增了海量的傳感器，收集了大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對選煤裝備、工藝流程、集控軟件中的易損環(huán)節(jié)做了清晰的梳理建模。

　　（2）在生產(chǎn)管理方面，開發(fā)了諸如停送電管理、移動操控、智能加藥、智能加介等輔助系統(tǒng)，現(xiàn)場運(yùn)行取消或減少了調(diào)度和巡檢崗位人員，實(shí)現(xiàn)了扁平化管理。

　　（3）在機(jī)電維護(hù)方面，通過生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了潤滑保養(yǎng)、點(diǎn)檢、機(jī)電檢查、標(biāo)準(zhǔn)檢查和維修工單、故障快速定位和處理業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)知識化的機(jī)電業(yè)務(wù)管理體系，方便了施工及檢修人員。并將在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步與選煤裝備制造廠商合作，在機(jī)械設(shè)計(jì)階段借助故障分析結(jié)果來補(bǔ)強(qiáng)易損環(huán)節(jié)，運(yùn)用新材料、新工藝定制使用可靠裝備，從根本上解決設(shè)備耐久度、運(yùn)行穩(wěn)定性差的問題，進(jìn)一步減少檢修維護(hù)人員；應(yīng)用數(shù)字化感知技術(shù)代替巡檢人員；從工藝設(shè)計(jì)上持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)對原煤的適應(yīng)能力，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定；通過對生產(chǎn)過程中物料信息、工藝參數(shù)、質(zhì)量狀況和設(shè)備運(yùn)行情況等數(shù)據(jù)資產(chǎn)的積累和挖掘，輔助生產(chǎn)決策；在提升了設(shè)備耐久度和可靠性后，通過故障預(yù)警真正地實(shí)現(xiàn)計(jì)劃性檢修，設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)任務(wù)也可探索社會化服務(wù)外包模式，最終實(shí)現(xiàn)無人化智能選煤廠。