选煤厂智能化建设研究与实践

何红为，王安佳

(国能神东煤炭集团公司 洗选中心，陕西 榆林 719000)

神东洗选中心作为神东煤炭集团专业化服务单位，现有11座选煤厂，拥有全中国规模最大的动力煤生产线集群，从生产任务组织、机电设备运行、工艺参数调节、经营成本结构、安全风险管控上都呈现出复杂性和多样性，这也同时成为洗选智能化建设的潜在优势。近年来，神东洗选中心以建设智慧洗选为目标，统一规划设计洗洗中心11座选煤厂的建设任务和总体功能，对技术成熟的项目进行推广，对“四新”技术及产品进行探索应用，探索选煤厂智能化建设，在智能感知层、智能控制层和智能决策层面开展基础研究并应用实践，形成了选煤厂智能化建设成套技术[1]。

1 基础设施(自动化)完善

(1)公司统建了千兆主干网、运营商提供服务的4G工业无线网络。

(2)建成的生产集中控制组态界面可实时显示生产系统、设备运行状态、分选密度、入料压力、液位、电流、耙位、扭矩、煤量、仓位等生产数据。

(3)关键设备的电机、减速机、轴承组件、滚筒轴承等部件安装了温度、振动传感器，电流值由综合保护器进行监测，符合AQ1010要求。

(4)带式输送机设置电动机综合保护、联锁、急停、堵塞、失速等保护，对应信息接入生产集中控制组态界面。

(5)刮板机设置综合保护、联锁、急停、堵塞、断链、跳链等保护。

(6)刮板机、筛分机、泵、破碎机等主要生产设备配置了温度、振动传感器，筛下水设置防堵塞保护，各类泵冷却水加装了压力监测装置。

(7)生产集中控制系统对全厂主要生产环节全部实现自动化控制与检测，工业视频系统对关键设备和关键环节进行监控。

当然，由于不是仪器的测量，这种推算公式不是百分之百的精准。一般来说，出生时的实际体重与预测体重会有正负10%～15%的误差。而越到怀孕的中后期，测出的指标越准确，对宝宝的生长指标也能有一个较好的了解。

2 数据采集与数据治理

针对业务系统分散、数据孤岛、数据标准不统一、业务关联性不强等问题，在大数据背景下，为了实现数据分析系统与生产运营管理紧密结合，深度对称，神东洗选中心通过建设厂级和中心级综合管控平台，解决了架构不统一，规则不一致、业务关联性不强，业务边界不清楚等问题[2]。

根据具体功能模块，梳理业务模块关联的系统和基础数据源，数据来源包括应用系统数据、时序数据(传感器、仪器仪表等)和视频数据，开发数据采集接口，将功能模块开发所需的数据采集到数据底座，利用数据治理平台和治理工具对采集的数据进行治理和管控，建立标准数据服务目录，加强数据目录管理，根据外部系统的数据调用需求，查找该条数据从哪一个数据服务目录中提取，规范数据来源和数据治理管理，保证数据质量和数据唯一性，所有数据从数据治理平台或底座中调用，该平台具有协同处理机制[3]。

根据洗选业务实际，基于标准数据目录开发各个应用场景具体功能模块，实现数据关联共享和数据使能驱动。

3 智能感知研究

(1)生产环境感知：在生产作业现场，安装了有害气体监测装置以及噪声监测器、厂区监控、烟雾感应报警及干粉喷淋装置，在感知环境变化的同时进行越线报警提示。

(2)工艺系统感知：现场除了加装灰分仪、密度计、皮带秤等常规装置外，还增加了智能电表、水表、管道浓度计和在线浓(粒)度监测等装置，大幅提高了系统调节的精准性。

(3)生产设备感知：通过安装拉线位移传感器、红外激光传感器以及温度振动传感器等装置，精准感知设备的运行状态。

4 智能诊断与控制研究

4.1 智能分选系统

根据原煤质量、密度组成、分选产品质量等历史数据，并结合生产中原煤、精煤、矸石的实时数质量、精煤灰分设定值等数据，建立实时悬浮液密度预测模型，实现悬浮液密度随原煤煤质变化自动设定，根据产品实时灰分反馈调节循环悬浮液密度设定值；通过建立的悬浮液密度调节控制模型，通过调节控制合格介质分流、补水和补充介质等方式，实现循环悬浮液密度、液位、煤泥含量、压力的稳定控制，最终实现智能分选。

4.2 智能加药系统

通过对煤泥水系统浓缩池入料性质、沉降效果和药剂智能添加及制备装置的运行状态、参数等在线实时监测和数据处理，并结合必要的试验，建立智能加药控制模型，在保证浓缩池沉降效果的情况下，实现煤泥水系统加药智能化。

4.3 生产方式一键切换系统

4.4 智能装车系统

紧密融合装车参数精确感知、过程控制和人工智能的技术，以生产和管理智能控制为思路，研发了基于原有工程基础升级改造的智能装车系统，实现了智能化的快速装车控制，推进煤炭加工利用全过程的智能化。主要建设内容有：① 构建了信息无线交互展示的大型智能装车系统模式；② 基于智能传感技术装车系统过程参数的精准感知，包括车速的精准测量与控制，车辆信息的智能识别，车厢及执行机构的精准感知；③ 装车参数的智能分析，通过对煤种、规格品种及其特性等性能指标的大数据智能分析，研究了闸板操控、溜槽相对位置移动规律，建立了人工智能精准控制算法和控制策略，实现了火车速度变化、车厢精准位置和闸板、溜槽以及平车、抑尘等装车单元的协同控制，有效解决了因装车煤种、规格变化导致的装车不平整、超载、偏载容易引发铁路运输事故的技术难题；④ 装车过程的智能控制，依据感知车型信息、车速信息以及煤的类别性质，以智能控制算法为核心，系统能够实现自动配煤、溜槽和闸板的精准控制，实现全过程的无人参与；⑤ 安装激光轮廓扫描装置、点云数据分析工作站，采集空车和重车点云数据；通过激光雷达三维扫描分析处理平台对点云数据的分析，空车侧识别火车车厢空车三维模型、车厢实时坐标位置、实时车速，重车侧识别重车装煤三维模型、车厢实时坐标位置、实时车速，运算超偏载结果，并在装车过程中测算装车三维模型，通过EIP协议与装车站集控PLC系统通讯，满足全自动智能装车数据要求。

4.5 智能远程巡检系统

生产系统内利用智能巡检、高清黑光、热成像等摄像头，对生产运行情况进行远程监控，实时查看系统运行状态，同时可监测越限行为、个人安全防护、高温区域、胶带机跑偏、杂物铁器、煤流温度和堆料等情况，实现了全系统的远程监控，代替人工巡检。智能巡检主要功能有：热成像，胶带机跑偏监测，区域越界识别，不安全行为，烟雾报警，纵撕保护。

4.6 设备在线监测

重要选煤设备及关键设备设温度、振动状态检测传感器，检测传感器应在设备出厂前预装完成，检测数据应实时传输至设备管理系统，并与集中控制系统联动。此外，通过实时数据与历史曲线的对比分析，可提前预判设备存在的隐患并加以针对性维护。

4.7 振动筛筛板脱落智能检测

筛板脱落报警系统基于智能筛网技术，筛机使用“芯”筛板，通过在下游胶带机上安装专用扫描装置(固定RFID读写器)，当振动筛筛板脱落经过胶带机时，扫描装置经过识别、分析、判断、响应，从而实现振动筛筛板脱落检测。筛板智能检测技术的应用，从选煤厂生产运营管理角度，可以第一时间发现筛板脱落，从而预防事故扩大，保障生产效率及产品质量。

5 智能管理与智能决策研究

5.1 生产任务智能统计

实现商品煤产量分析，自动采集商品煤及各中间产品数据，可自动分析各产品的完成情况，能够进行均衡超欠分析，产品数量比例分析，实现了对生产产品情况的实时掌控，以及时调整生产计划和生产方式。

5.2 系统运行智能分析

对各个子系统的运行状态进行实时监测，自动统计区分系统生产运行时间、保护动作时间、故障时间、正常停机时间等，完成对生产系统设备运行状况的评价。

5.3 设备运行故障分析

对生产系统的故障情况进行全面统计分析，并分析每台设备对系统运行的影响权重，统计每台设备故障次数与时间，能够进行智能排序。

5.4 任务推送管理

实现了待办任务推送、执行、反馈的闭环管理模式，保障了相关工作的及时开展。

5.5 标准工单系统

编制了涉及洗选业务标准作业流程，并形成标准作业流程集，关联到该系统并自动触发、检索、推送相关作业流程于作业人员。

5.6 设备保护管理

针对巡检人员少、设备保护多的情况，实施了“移动端设备保护测试”的研发，革新了保护试验的管理制度和测试流程，确保了设备保护装置的可靠性，杜绝了因人工测试造成的漏检、误检等问题。

5.7 定制精准测算系统

作为大型煤炭生产企业，面对严峻的煤炭市场形势，必须根据市场需求，建立快速的市场反应机制，打破现有“以产定销”的传统理念，创建“定制化生产、个性化服务”的煤炭产销模式，不断拓宽商品煤应用市场，发掘新的商品煤煤种，神东洗选中心实施了“煤炭企业定制精准生产管理体系”项目，以使企业由追求数量规模向质量效益转变，由自我生产向定制精准生产转变；基于一定原煤煤质情况下的煤炭企业经济效益测算，构建生产方式、商品煤质与量以及销售利润的数据库，以此作为指导煤炭企业生产的科学依据[4]。

5.8 作业成本管理系统

利用作业成本法实现将洗选加工成本分解到各作业点上，然后汇总至商品煤，建立成本与吨煤之间的关系。其中电费计量、材料费、人工费等均自主分配到各作业点，实现各个作业点成本的智能自动预测和结算。

5.9 内部市场化管理系统

内部市场化以市场主体公平交易为原则，实现中心—厂站—车间—班组—个人，五层四级的结算。通过劳动定额和工作量统计，系统计算巡视面积、检修工时、装车节数等，实现了智能自主分析，最终根据结果实现与员工绩效工资挂钩。

6 结 语

(1)神东洗选中心已有4座选煤厂通过生产方式的智能切换、智能分选、智能加药等子项目建设，实现了生产核心工艺环节的精确调节与控制；洗选中心各厂通过安装设备温度、振动传感器及设备故障智能诊断软件，实现了点检数据实时连续采集，设备故障预警，并可精确判断设备故障点，保障了设备稳定运行；通过实施数字配电项目，实现停送电操作无人化，流程无纸化，数据可视化，提升了停送电的智能化水平，降低了安全风险[5]；初步完成了6座选煤厂智能化综合管控平台建设，根据选煤厂生产运营特点和管理需要，对生产组织、工艺煤质、机电管理、经营核算、安全管控业务进行统一梳理，建设厂级智能化综合管控系统功能模块，实现了厂级基础业务数据的存储、关联和共享。

(2)通过智能化选煤厂子项目的建设，提升了选煤厂生产方式智能切换，生产参数精准调节，设备故障监测与报警等生产运营业务的智能控制和智能管理水平，有效保障提质增效和价值创造目标的实现。

(3)组织架构变革：按照“精干高效、智能驱动”的原则，优化岗位设置及职责，将生产一线岗位人员进行了优化和转岗，向“小岗位、大检修”转变，依托大数据智能分析执行系统，实现扁平化管理。

(4)应用效益：通过智能化子项目的建设，选煤厂电能消耗持续降低，生产效率有效提升，煤质稳定率大大提高，员工接触煤尘、噪声的时间缩短，职业病发病率持续降低，全员工效逐步提升。