现代智能选矿厂设计与思考

李 红

（长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012）

选矿生产是典型的传统流程工业，随着矿产资源日益匮乏，入选矿石性质贫细杂日益突出，依靠简单的自动化控制已然不能从根本上解决生产与管理上的问题。加之全球激烈的商业竞争，流程工业企业在产品的质量、成本、交货期等方面提出更高的要求，矿山企业在发展中不断寻求转型升级，智能化建设是当下一个很好的手段，为矿山企业可持续发展提供了良好契机。

近年来，智能化矿山建设伴随着互联网、大数据、人工智能技术孕育而生，并得到了快速的发展。但由于至今尚无一种完备的体系标准，各矿山企业智能化建设参差不齐，存在着“起点高，务实低”的共性。因此，如何合理利用现有智能化技术标准化、实用化，稳定提高生产管理水平，有效控制投资回报，进而提升企业效益，已经成为矿山智能化建设亟需考虑的问题。

1 智能选厂新体系架构

现有智能选厂体系架构大部分都是基于国际通用IT五层技术结构，如图1所示，由设备层、控制层、生产执行层、经营管理层、决策层组成，显然生产过程控制和管理明显区分，忽视了选矿生产过程中的物流、成本、产品质量及设备的在线控制与管理，不便形成平台技术，难于扩展及维护，也难以适用于扁平化管理模式［1］。

图1 IT五层技术结构

选矿过程控制系统是智能选厂建设的基础，目前大部分是采用DCS或PLC系统进行构建，基本以设备自动化控制为主，无法准确地对工艺指标进行控制。

选矿生产执行系统以优化管理、优化运行为核心，着眼于整个生产过程管理，考虑生产过程的整体平衡，注重生产过程的运行管理，MES系统是生产过程控制与管理、信息集成的重要桥梁和纽带。

经营计划系统以财物分析、决策为核心，随着企业信息化的发展逐渐建设了诸如ERP、OA等系统。

三层体系结构如图2所示。

图2 三层体系结构

2 智能选厂设计新思路

智能选厂的建设应立足企业自身的资源条件、装备水平、技术水平、产品竞争能力等多方位权衡，制定科学可行的规划，探索工程一体化设计新思路，为选厂智能化建设提供有利条件。工程一体化设计遵从选厂规划、设计、建设、生产、运营整个过程一体化数据模型管理［2］，数据模型的一致性是一体化设计的主要特点。

2.1 规划阶段

规划是基础，智能矿山建设应根据矿山企业的实际需求由体系入手进行中长期规划，矿山全生命周期内目标清晰明确，在整体大框架下抓局部、抓重点，规划出科学的管理路线和技术路线，避免建设过程中技术偏离大、工程管理脱节、生产运维过程中管理效率偏低等问题。

2.2 设计阶段

设计是重点，以规划的管理路线和技术路线为蓝图，以优化生产组织结构、提升管理水平、协同各专业接口、保持数据模型一致性为抓手，严格把控管理和技术两个层次的各个细节。智能化技术应从工艺装备、电气自动化设备、层级架构、数字化技术、各专业接口全面考虑，做到各专业无缝链接，基础数字化满足智能化的要求，确保系统高效、可靠、实用、易扩展、易调整。

2.3 建设阶段

建设是关键，由不同单位主体、不同技术层级联合建设，工程建设管理部、监理单位及设计单位共同控制各技术细节，组织好各专业技术交底，确保工程进度、质量、功能满足智能选厂设计要求，建设过程中对一些偏离的细节及时纠正和调整。

2.4 生产阶段

生产是检验，在既定的工艺流程中检验各项技术指标，对不满足要求的技术指标，系统能够快速便捷地进行调整，以满足生产需要。选矿生产是在全生命周期内不断进行工艺升级、指标优化调整的过程，智能化系统在不增加生产成本的前提下应高效地适应工艺的变化和调整。

2.5 运维阶段

运维是保障，流程工艺的智能化系统，需要一支专业技术人员队伍来进行维护。相比传统的自动化系统，智能化系统的维护是一项综合性技能，矿山企业应重视这方面人才的培养，方能为企业生产长期保驾护航，才能保障系统的高利用率，持续为企业生产管理带来效益。

3 智能选厂建设难点

目前智能选厂建设尚未有成熟的体系来支撑，应用参差不齐，建设中存在很多难点，其中以生产技术的多变性、生产执行的有效性尤为突出。

3.1 生产技术的多变性

选矿生产是一个大概率生产，中间很多控制过程是模糊的，对经验的依赖性较强，难以形成量化的指标。虽然近年来选矿生产过程自动化控制引入了新的控制技术和控制算法，运用软测量技术、质量指标预设定模型、智能建模和模型修正技术、鲁棒约束多变量预测控制技术等，并在此基础上形成以产品质量和工艺指标、直接实时反馈的先进控制技术［3］。但是生产的多变性给智能化系统自适应调节能力带来很大的挑战，短期内缺乏基础数据的支撑，仍需依靠有经验的工程师进行参数及时修正及调整，充分发挥智能化系统的作用。

3.2 生产执行的有效性

目前选矿生产执行系统（MES）基本仅实现将生产过程数据传送到管理部门进行显示和监控的管理信息系统（MIS）功能，而缺乏中间层对上层管理和下层过程控制联结应用的功能。而市场中推出的MES系统却并非为企业量身定做，往往达不到真正意义的MES系统。

4 发展思考

智能选厂是为了实现选厂资源全生命周期内生产真正安全、高效、经济、智能开发利用。在建设、生产、管理过程中，把握好“一个中心，两个体系”，即一个数据中心，技术与管理两个体系，不断完善基础信息数字化、生产监控集成化、生产管理扁平化、决策分析智能化，如图3所示。

图3 现代智能选厂发展模式

数据中心将各选矿设备、检测仪器仪表、系统的运行状态及检测数据信息进行自动采集，实现生产信息采集与存储自动化，逐步形成选厂大数据，以此作为智能化控制的数据基础，持续挖掘数据价值。技术体系侧重于运用数据进行生产工艺全流程过程控制［4］，包括设备自动化、检测自动化、工艺自动化，实现途径为自动化控制系统、关键作业或工段优化控制、智能化专家系统等。管理体系核心则为通过对数据的统计与分析，实现上层管理和下层过程控制联结应用，进而全面把控选矿生产运营过程。

5 结 语

1.选矿作为传统的流程工业，采用三层架构和工程一体化设计不仅能实现全流程综合自动化，同时促使企业管理从以职能为中心向以过程为中心转变，实现扁平化的管理模式，提高系统的柔性，适应多变的市场，满足敏捷制造和一体化过程控制的要求，即对原材料、生产工艺全过程进行监控，全面了解和掌握产品的生产情况，确保产品质量。

2.选矿生产执行系统（MES）不仅能处理生产过程中难以处理的具有生产与管理双重性质的信息，而且能起到将生产过程产生的信息和经营管理的信息进行转换、加工和传递的作用，是面向过程的生产活动与经营活动的桥梁和纽带，是实现结构流程工业智能化的关键。