選煤廠智能化建設(shè)研究與實踐

何紅為，王安佳

(國能神東煤炭集團(tuán)公司 洗選中心，陜西 榆林 719000)

神東洗選中心作為神東煤炭集團(tuán)專業(yè)化服務(wù)單位，現(xiàn)有11座選煤廠，擁有全中國規(guī)模最大的動力煤生產(chǎn)線集群，從生產(chǎn)任務(wù)組織、機(jī)電設(shè)備運行、工藝參數(shù)調(diào)節(jié)、經(jīng)營成本結(jié)構(gòu)、安全風(fēng)險管控上都呈現(xiàn)出復(fù)雜性和多樣性，這也同時成為洗選智能化建設(shè)的潛在優(yōu)勢。近年來，神東洗選中心以建設(shè)智慧洗選為目標(biāo)，統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計洗洗中心11座選煤廠的建設(shè)任務(wù)和總體功能，對技術(shù)成熟的項目進(jìn)行推廣，對“四新”技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)行探索應(yīng)用，探索選煤廠智能化建設(shè)，在智能感知層、智能控制層和智能決策層面開展基礎(chǔ)研究并應(yīng)用實踐，形成了選煤廠智能化建設(shè)成套技術(shù)[1]。

1 基礎(chǔ)設(shè)施(自動化)完善

(1)公司統(tǒng)建了千兆主干網(wǎng)、運營商提供服務(wù)的4G工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)。

(2)建成的生產(chǎn)集中控制組態(tài)界面可實時顯示生產(chǎn)系統(tǒng)、設(shè)備運行狀態(tài)、分選密度、入料壓力、液位、電流、耙位、扭矩、煤量、倉位等生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

(3)關(guān)鍵設(shè)備的電機(jī)、減速機(jī)、軸承組件、滾筒軸承等部件安裝了溫度、振動傳感器，電流值由綜合保護(hù)器進(jìn)行監(jiān)測，符合AQ1010要求。

(4)帶式輸送機(jī)設(shè)置電動機(jī)綜合保護(hù)、聯(lián)鎖、急停、堵塞、失速等保護(hù)，對應(yīng)信息接入生產(chǎn)集中控制組態(tài)界面。

(5)刮板機(jī)設(shè)置綜合保護(hù)、聯(lián)鎖、急停、堵塞、斷鏈、跳鏈等保護(hù)。

(6)刮板機(jī)、篩分機(jī)、泵、破碎機(jī)等主要生產(chǎn)設(shè)備配置了溫度、振動傳感器，篩下水設(shè)置防堵塞保護(hù)，各類泵冷卻水加裝了壓力監(jiān)測裝置。

(7)生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)對全廠主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)全部實現(xiàn)自動化控制與檢測，工業(yè)視頻系統(tǒng)對關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控。

當(dāng)然，由于不是儀器的測量，這種推算公式不是百分之百的精準(zhǔn)。一般來說，出生時的實際體重與預(yù)測體重會有正負(fù)10%～15%的誤差。而越到懷孕的中后期，測出的指標(biāo)越準(zhǔn)確，對寶寶的生長指標(biāo)也能有一個較好的了解。

2 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)治理

針對業(yè)務(wù)系統(tǒng)分散、數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)等問題，在大數(shù)據(jù)背景下，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)與生產(chǎn)運營管理緊密結(jié)合，深度對稱，神東洗選中心通過建設(shè)廠級和中心級綜合管控平臺，解決了架構(gòu)不統(tǒng)一，規(guī)則不一致、業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，業(yè)務(wù)邊界不清楚等問題[2]。

根據(jù)具體功能模塊，梳理業(yè)務(wù)模塊關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)來源包括應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)(傳感器、儀器儀表等)和視頻數(shù)據(jù)，開發(fā)數(shù)據(jù)采集接口，將功能模塊開發(fā)所需的數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)底座，利用數(shù)據(jù)治理平臺和治理工具對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行治理和管控，建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)服務(wù)目錄，加強(qiáng)數(shù)據(jù)目錄管理，根據(jù)外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)用需求，查找該條數(shù)據(jù)從哪一個數(shù)據(jù)服務(wù)目錄中提取，規(guī)范數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)治理管理，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)唯一性，所有數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)治理平臺或底座中調(diào)用，該平臺具有協(xié)同處理機(jī)制[3]。

根據(jù)洗選業(yè)務(wù)實際，基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)目錄開發(fā)各個應(yīng)用場景具體功能模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)共享和數(shù)據(jù)使能驅(qū)動。

3 智能感知研究

(1)生產(chǎn)環(huán)境感知：在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場，安裝了有害氣體監(jiān)測裝置以及噪聲監(jiān)測器、廠區(qū)監(jiān)控、煙霧感應(yīng)報警及干粉噴淋裝置，在感知環(huán)境變化的同時進(jìn)行越線報警提示。

(2)工藝系統(tǒng)感知：現(xiàn)場除了加裝灰分儀、密度計、皮帶秤等常規(guī)裝置外，還增加了智能電表、水表、管道濃度計和在線濃(粒)度監(jiān)測等裝置，大幅提高了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)性。

(3)生產(chǎn)設(shè)備感知：通過安裝拉線位移傳感器、紅外激光傳感器以及溫度振動傳感器等裝置，精準(zhǔn)感知設(shè)備的運行狀態(tài)。

4 智能診斷與控制研究

4.1 智能分選系統(tǒng)

根據(jù)原煤質(zhì)量、密度組成、分選產(chǎn)品質(zhì)量等歷史數(shù)據(jù)，并結(jié)合生產(chǎn)中原煤、精煤、矸石的實時數(shù)質(zhì)量、精煤灰分設(shè)定值等數(shù)據(jù)，建立實時懸浮液密度預(yù)測模型，實現(xiàn)懸浮液密度隨原煤煤質(zhì)變化自動設(shè)定，根據(jù)產(chǎn)品實時灰分反饋調(diào)節(jié)循環(huán)懸浮液密度設(shè)定值；通過建立的懸浮液密度調(diào)節(jié)控制模型，通過調(diào)節(jié)控制合格介質(zhì)分流、補(bǔ)水和補(bǔ)充介質(zhì)等方式，實現(xiàn)循環(huán)懸浮液密度、液位、煤泥含量、壓力的穩(wěn)定控制，最終實現(xiàn)智能分選。

4.2 智能加藥系統(tǒng)

通過對煤泥水系統(tǒng)濃縮池入料性質(zhì)、沉降效果和藥劑智能添加及制備裝置的運行狀態(tài)、參數(shù)等在線實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理，并結(jié)合必要的試驗，建立智能加藥控制模型，在保證濃縮池沉降效果的情況下，實現(xiàn)煤泥水系統(tǒng)加藥智能化。

4.3 生產(chǎn)方式一鍵切換系統(tǒng)

4.4 智能裝車系統(tǒng)

緊密融合裝車參數(shù)精確感知、過程控制和人工智能的技術(shù)，以生產(chǎn)和管理智能控制為思路，研發(fā)了基于原有工程基礎(chǔ)升級改造的智能裝車系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能化的快速裝車控制，推進(jìn)煤炭加工利用全過程的智能化。主要建設(shè)內(nèi)容有：① 構(gòu)建了信息無線交互展示的大型智能裝車系統(tǒng)模式；② 基于智能傳感技術(shù)裝車系統(tǒng)過程參數(shù)的精準(zhǔn)感知，包括車速的精準(zhǔn)測量與控制，車輛信息的智能識別，車廂及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)感知；③ 裝車參數(shù)的智能分析，通過對煤種、規(guī)格品種及其特性等性能指標(biāo)的大數(shù)據(jù)智能分析，研究了閘板操控、溜槽相對位置移動規(guī)律，建立了人工智能精準(zhǔn)控制算法和控制策略，實現(xiàn)了火車速度變化、車廂精準(zhǔn)位置和閘板、溜槽以及平車、抑塵等裝車單元的協(xié)同控制，有效解決了因裝車煤種、規(guī)格變化導(dǎo)致的裝車不平整、超載、偏載容易引發(fā)鐵路運輸事故的技術(shù)難題；④ 裝車過程的智能控制，依據(jù)感知車型信息、車速信息以及煤的類別性質(zhì)，以智能控制算法為核心，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動配煤、溜槽和閘板的精準(zhǔn)控制，實現(xiàn)全過程的無人參與；⑤ 安裝激光輪廓掃描裝置、點云數(shù)據(jù)分析工作站，采集空車和重車點云數(shù)據(jù)；通過激光雷達(dá)三維掃描分析處理平臺對點云數(shù)據(jù)的分析，空車側(cè)識別火車車廂空車三維模型、車廂實時坐標(biāo)位置、實時車速，重車側(cè)識別重車裝煤三維模型、車廂實時坐標(biāo)位置、實時車速，運算超偏載結(jié)果，并在裝車過程中測算裝車三維模型，通過EIP協(xié)議與裝車站集控PLC系統(tǒng)通訊，滿足全自動智能裝車數(shù)據(jù)要求。

4.5 智能遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)

生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)利用智能巡檢、高清黑光、熱成像等攝像頭，對生產(chǎn)運行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實時查看系統(tǒng)運行狀態(tài)，同時可監(jiān)測越限行為、個人安全防護(hù)、高溫區(qū)域、膠帶機(jī)跑偏、雜物鐵器、煤流溫度和堆料等情況，實現(xiàn)了全系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，代替人工巡檢。智能巡檢主要功能有：熱成像，膠帶機(jī)跑偏監(jiān)測，區(qū)域越界識別，不安全行為，煙霧報警，縱撕保護(hù)。

4.6 設(shè)備在線監(jiān)測

重要選煤設(shè)備及關(guān)鍵設(shè)備設(shè)溫度、振動狀態(tài)檢測傳感器，檢測傳感器應(yīng)在設(shè)備出廠前預(yù)裝完成，檢測數(shù)據(jù)應(yīng)實時傳輸至設(shè)備管理系統(tǒng)，并與集中控制系統(tǒng)聯(lián)動。此外，通過實時數(shù)據(jù)與歷史曲線的對比分析，可提前預(yù)判設(shè)備存在的隱患并加以針對性維護(hù)。

4.7 振動篩篩板脫落智能檢測

篩板脫落報警系統(tǒng)基于智能篩網(wǎng)技術(shù)，篩機(jī)使用“芯”篩板，通過在下游膠帶機(jī)上安裝專用掃描裝置(固定RFID讀寫器)，當(dāng)振動篩篩板脫落經(jīng)過膠帶機(jī)時，掃描裝置經(jīng)過識別、分析、判斷、響應(yīng)，從而實現(xiàn)振動篩篩板脫落檢測。篩板智能檢測技術(shù)的應(yīng)用，從選煤廠生產(chǎn)運營管理角度，可以第一時間發(fā)現(xiàn)篩板脫落，從而預(yù)防事故擴(kuò)大，保障生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

5 智能管理與智能決策研究

5.1 生產(chǎn)任務(wù)智能統(tǒng)計

實現(xiàn)商品煤產(chǎn)量分析，自動采集商品煤及各中間產(chǎn)品數(shù)據(jù)，可自動分析各產(chǎn)品的完成情況，能夠進(jìn)行均衡超欠分析，產(chǎn)品數(shù)量比例分析，實現(xiàn)了對生產(chǎn)產(chǎn)品情況的實時掌控，以及時調(diào)整生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)方式。

5.2 系統(tǒng)運行智能分析

對各個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，自動統(tǒng)計區(qū)分系統(tǒng)生產(chǎn)運行時間、保護(hù)動作時間、故障時間、正常停機(jī)時間等，完成對生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備運行狀況的評價。

5.3 設(shè)備運行故障分析

對生產(chǎn)系統(tǒng)的故障情況進(jìn)行全面統(tǒng)計分析，并分析每臺設(shè)備對系統(tǒng)運行的影響權(quán)重，統(tǒng)計每臺設(shè)備故障次數(shù)與時間，能夠進(jìn)行智能排序。

5.4 任務(wù)推送管理

實現(xiàn)了待辦任務(wù)推送、執(zhí)行、反饋的閉環(huán)管理模式，保障了相關(guān)工作的及時開展。

5.5 標(biāo)準(zhǔn)工單系統(tǒng)

編制了涉及洗選業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程，并形成標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程集，關(guān)聯(lián)到該系統(tǒng)并自動觸發(fā)、檢索、推送相關(guān)作業(yè)流程于作業(yè)人員。

5.6 設(shè)備保護(hù)管理

針對巡檢人員少、設(shè)備保護(hù)多的情況，實施了“移動端設(shè)備保護(hù)測試”的研發(fā)，革新了保護(hù)試驗的管理制度和測試流程，確保了設(shè)備保護(hù)裝置的可靠性，杜絕了因人工測試造成的漏檢、誤檢等問題。

5.7 定制精準(zhǔn)測算系統(tǒng)

作為大型煤炭生產(chǎn)企業(yè)，面對嚴(yán)峻的煤炭市場形勢，必須根據(jù)市場需求，建立快速的市場反應(yīng)機(jī)制，打破現(xiàn)有“以產(chǎn)定銷”的傳統(tǒng)理念，創(chuàng)建“定制化生產(chǎn)、個性化服務(wù)”的煤炭產(chǎn)銷模式，不斷拓寬商品煤應(yīng)用市場，發(fā)掘新的商品煤煤種，神東洗選中心實施了“煤炭企業(yè)定制精準(zhǔn)生產(chǎn)管理體系”項目，以使企業(yè)由追求數(shù)量規(guī)模向質(zhì)量效益轉(zhuǎn)變，由自我生產(chǎn)向定制精準(zhǔn)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變；基于一定原煤煤質(zhì)情況下的煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益測算，構(gòu)建生產(chǎn)方式、商品煤質(zhì)與量以及銷售利潤的數(shù)據(jù)庫，以此作為指導(dǎo)煤炭企業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)依據(jù)[4]。

5.8 作業(yè)成本管理系統(tǒng)

利用作業(yè)成本法實現(xiàn)將洗選加工成本分解到各作業(yè)點上，然后匯總至商品煤，建立成本與噸煤之間的關(guān)系。其中電費計量、材料費、人工費等均自主分配到各作業(yè)點，實現(xiàn)各個作業(yè)點成本的智能自動預(yù)測和結(jié)算。

5.9 內(nèi)部市場化管理系統(tǒng)

內(nèi)部市場化以市場主體公平交易為原則，實現(xiàn)中心—廠站—車間—班組—個人，五層四級的結(jié)算。通過勞動定額和工作量統(tǒng)計，系統(tǒng)計算巡視面積、檢修工時、裝車節(jié)數(shù)等，實現(xiàn)了智能自主分析，最終根據(jù)結(jié)果實現(xiàn)與員工績效工資掛鉤。

6 結(jié) 語

(1)神東洗選中心已有4座選煤廠通過生產(chǎn)方式的智能切換、智能分選、智能加藥等子項目建設(shè)，實現(xiàn)了生產(chǎn)核心工藝環(huán)節(jié)的精確調(diào)節(jié)與控制；洗選中心各廠通過安裝設(shè)備溫度、振動傳感器及設(shè)備故障智能診斷軟件，實現(xiàn)了點檢數(shù)據(jù)實時連續(xù)采集，設(shè)備故障預(yù)警，并可精確判斷設(shè)備故障點，保障了設(shè)備穩(wěn)定運行；通過實施數(shù)字配電項目，實現(xiàn)停送電操作無人化，流程無紙化，數(shù)據(jù)可視化，提升了停送電的智能化水平，降低了安全風(fēng)險[5]；初步完成了6座選煤廠智能化綜合管控平臺建設(shè)，根據(jù)選煤廠生產(chǎn)運營特點和管理需要，對生產(chǎn)組織、工藝煤質(zhì)、機(jī)電管理、經(jīng)營核算、安全管控業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一梳理，建設(shè)廠級智能化綜合管控系統(tǒng)功能模塊，實現(xiàn)了廠級基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲、關(guān)聯(lián)和共享。

(2)通過智能化選煤廠子項目的建設(shè)，提升了選煤廠生產(chǎn)方式智能切換，生產(chǎn)參數(shù)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，設(shè)備故障監(jiān)測與報警等生產(chǎn)運營業(yè)務(wù)的智能控制和智能管理水平，有效保障提質(zhì)增效和價值創(chuàng)造目標(biāo)的實現(xiàn)。

(3)組織架構(gòu)變革：按照“精干高效、智能驅(qū)動”的原則，優(yōu)化崗位設(shè)置及職責(zé)，將生產(chǎn)一線崗位人員進(jìn)行了優(yōu)化和轉(zhuǎn)崗，向“小崗位、大檢修”轉(zhuǎn)變，依托大數(shù)據(jù)智能分析執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)扁平化管理。

(4)應(yīng)用效益：通過智能化子項目的建設(shè)，選煤廠電能消耗持續(xù)降低，生產(chǎn)效率有效提升，煤質(zhì)穩(wěn)定率大大提高，員工接觸煤塵、噪聲的時間縮短，職業(yè)病發(fā)病率持續(xù)降低，全員工效逐步提升。