黃陵一號煤礦選煤廠智能化建設實踐與思考

何 晨

(陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司，陜西 黃陵 716000)

隨著國家“創(chuàng)新驅(qū)動”要求的逐步推動，國家能源局和陜煤集團對智能化選煤廠的“建設指南”和“驗收辦法”逐步確定，智能化選煤廠建設已成為建設趨勢。近年來，一號煤礦選煤廠繼自動化升級改造基礎平臺建設工作完成后，先后開展了浮選自動加藥、智能干選、智能濃縮、智能壓濾、遠程停送電、智能裝車等項目的研發(fā)和應用，初步形成了“頂層設計、完善基礎、單元突破、分步建設”的基本建設思路，正在向著“生產(chǎn)過程可視化、工藝過程信息化、設備狀態(tài)在線化、決策部署智能化”的目標邁進。

1 智能化建設實踐

1.1 網(wǎng)絡建設

網(wǎng)絡建設是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、工藝參數(shù)智能調(diào)節(jié)、設備全生命周期管理、設備在線監(jiān)測管理、隱患問題閉環(huán)管理等的基礎平臺。目前一號煤礦選煤廠搭建了4G專用網(wǎng)絡，實現(xiàn)了4G網(wǎng)絡在廠區(qū)的全部覆蓋，其中視頻環(huán)網(wǎng)采用了主干萬兆帶寬網(wǎng)絡，針對視頻攝像點分布廣、數(shù)量多且相對分散的問題，利用光端機實現(xiàn)對離散視頻信號的集中，最終匯聚到視頻網(wǎng)絡平臺中，形成星型網(wǎng)絡拓撲架構(gòu)；基于大型PLC控制器的控制平臺采用工業(yè)控制通信環(huán)網(wǎng)，主要保證集控數(shù)據(jù)的實時性和安全可靠性，實現(xiàn)了實時對網(wǎng)絡中發(fā)生的故障進行報警和通知，并且在網(wǎng)管軟件中通過圖形化的方式顯示出來，方便故障排查與處理，實現(xiàn)了控制網(wǎng)、視頻網(wǎng)、4G網(wǎng)“三網(wǎng)”數(shù)據(jù)互通，為智能化應用奠定數(shù)據(jù)傳輸基礎。

1.2 智能管控平臺

為了更好地對智能化選煤廠系統(tǒng)進行科學有效的管理，高效地利用數(shù)據(jù)，保證業(yè)務系統(tǒng)的穩(wěn)定、高可用、可遷移、可適應未來的高負載運行要求，實現(xiàn)選煤廠各單元之間數(shù)據(jù)共享、信息共享和知識共享，選煤廠已初步建成Xproc管控平臺。其可實現(xiàn)運行實況監(jiān)測、生產(chǎn)量統(tǒng)計、生產(chǎn)消耗量統(tǒng)計、視頻聯(lián)動、設備運行狀況實時監(jiān)測、設備全生命周期管理、裝車外運狀況、遠程停送電管理、物資管理以及隱患排查等功能，可以通過移動終端實時掌握全廠生產(chǎn)情況，結(jié)合設備在線監(jiān)測裝置自動推送故障報警，將報警設備定崗推送。

1.3 智能生產(chǎn)系統(tǒng)

(1)智能集控。高度集中的自動化水平是智能化選煤廠建設的基礎。一號煤礦選煤廠經(jīng)過多次的升級改造已實現(xiàn)遠程自動化控制，所有設備均可遵循工藝流程實現(xiàn)一鍵啟停，需調(diào)節(jié)的閥門、翻板等輔助設備均都能遠程集中控制。

(2)智能重介。重介密度智能控制是通過對精煤產(chǎn)品的灰分、磁含量、合介桶位、補水量、分流量、合介入料壓力進行在線監(jiān)測，反饋給密度控制系統(tǒng)。密度控制系統(tǒng)根據(jù)設定合介密度目標值、磁性物含量目標值與合介液位情況綜合調(diào)整合介密度、合介磁性物含量及合介桶液位。密度計的瞬時值與密度目標值的差值來決定調(diào)高或降低密度；磁性物含量計顯示值與磁性物含量最佳范圍的對比來決定分流量的控制以及合介桶實時液位值的邏輯控制。通過合理控制分流閥和補水閥的開度，實現(xiàn)密度系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)模糊控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。重介密度智能控制可根據(jù)精煤灰分的瞬時變化，實時調(diào)整密度及相關(guān)參數(shù)，可避免人為操作滯后的問題。目前，該廠已實現(xiàn)自動補水、自動分流，并與精煤產(chǎn)品灰分聯(lián)動實現(xiàn)了閉環(huán)控制。但由于精煤產(chǎn)品由重介精煤、粗精煤、浮選精煤三部分組成，因此，密度與灰分閉環(huán)控制存在較大的局限性，再者在線監(jiān)測系統(tǒng)準確、穩(wěn)定也是制約智能洗選的一個因素[6]。下一步需在精煤分產(chǎn)品檢測和檢測設備準確性上進一步探索，并建立煤質(zhì)估計與重介參數(shù)相聯(lián)系模型，在迭代過程中尋找最優(yōu)解，確定合理的系統(tǒng)控制參數(shù)，用迭代的方式持續(xù)性優(yōu)化子系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化重介分選，提高選煤效率。

(3)智能揀矸。智能揀矸運用最為成熟的技術(shù)是采用分布篩將原料單層均勻地排列在膠帶上，通過射線進行監(jiān)測，監(jiān)測后數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)排線傳給上位機，上位機操縱高頻電磁閥，利用高壓風改變矸石運行路線將矸石選出，或用機械手將矸石揀出，實現(xiàn)煤矸分離，該廠已成功投運智能揀矸系統(tǒng)，處理粒度范圍是50～300 mm，矸石排出率達到85%以上，矸中帶煤保持在3%以下。而不斷提高干選精度和擴大分選粒度范圍是智能干選技術(shù)不斷研發(fā)的重點方向。

(4)智能浮選。浮選加藥智能控制系統(tǒng)由 PLC+專用控制器、智能數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量輸入/輸出模塊、濃度計、流量計、藥劑添加控制一體化裝置、相關(guān)閥門等組成。目前該廠通過在入料管上裝設流量計和濃度計，計算浮選入料中每小時的干煤泥量，根據(jù)干煤泥量計算出總加藥量，操作人員再根據(jù)浮選尾礦的情況，設置加藥比例，PLC通過控制電磁閥的開關(guān)頻次，實現(xiàn)加藥量大小的調(diào)整，避免了人員手動給藥滯后的問題。但受浮選精礦灰分檢測技術(shù)的制約，未能實現(xiàn)給藥量與精煤灰分的閉環(huán)控制。下一步需在礦漿灰分檢測儀器中繼續(xù)探索，實現(xiàn)加藥量與灰分的閉環(huán)控制。

(5)智能壓濾。智能壓濾系統(tǒng)是煤泥水智能加藥和壓濾系統(tǒng)智能補料、卸料的智能聯(lián)動系統(tǒng)。煤泥水智能加藥是煤泥水處理凈化的重要環(huán)節(jié)，其中檢測儀器的應用尤為重要，該廠現(xiàn)用于檢測濃縮機中清水層厚度的界面儀，基本能夠?qū)嶋H反映監(jiān)測精度在±200 mm以內(nèi)，并據(jù)此判斷是否需要加藥及加藥量。但是受煤質(zhì)變化影響，界面儀表面會附著煤泥，影響對清水層厚度的判斷。該廠采用板框壓濾機，其智能系統(tǒng)由壓濾機高度集成和壓濾機入料壓板卸料自動循環(huán)等組成，通過與濃縮池煤泥沉降情況、壓濾機入料濃度、濃縮池清水層濁度等聯(lián)動，實現(xiàn)了系統(tǒng)自動補料、自動停料判斷、自動排隊卸料以及移動端監(jiān)測控制等功能。下一步需繼續(xù)探索將智能壓濾系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)反饋至生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心，供數(shù)據(jù)分析，以便實時調(diào)整壓濾系統(tǒng)。

(6)智能裝車。該廠運用圖像、激光、紅外等多項檢測技術(shù)，通過建設3D煤倉、在線計量、車號識別、來車檢車、光幕定位、雷達檢測、裝車模型、防凍液管理等多個子系統(tǒng)，實現(xiàn)了車號自動識別、車輛精準定位、智能裝載、智能稱重，防凍液智能噴灑等功能，整個裝車過程遠程可見，并能實時顯示當前任務狀態(tài)、裝車狀態(tài)、裝載質(zhì)量、異常報警、裝車報表等重要信息。

1.4 智能輔助系統(tǒng)

(1)設備測溫測振系統(tǒng)。設備在線檢測系統(tǒng)可提前診斷設備故障，為保障生產(chǎn)、杜絕影響擴大化、預防性檢修提供可靠依據(jù)。該選煤廠在37 kW以上電氣設備(電動機、減速機)安裝測溫傳感器和振動傳感器，覆蓋率75%以上，并開發(fā)了單獨的管理系統(tǒng)，采集的數(shù)據(jù)實時上傳到移動終端和集中控制中心，實現(xiàn)實時查看溫度值、振動值和歷史曲線、報警信息等，結(jié)合在線測溫測振的檢測結(jié)果，選煤廠巡視崗位工重點使用離線點檢儀，對異常設備進行進一步檢測。但對于異常頻譜的分析需要專業(yè)軟件和工程師，因此，下一步需繼續(xù)開發(fā)專業(yè)分析軟件或與專業(yè)分析團隊合作進行該項工作。

(2)智能照明控制和人員定位系統(tǒng)。智能照明和人員定位的應用也是選煤廠智能化建設必不可少的內(nèi)容。其可發(fā)揮監(jiān)督崗位人員是否按照既定路線巡崗，并實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅，調(diào)節(jié)照明亮度等功能。目前該廠通過調(diào)研正在逐步實施智能照明、人員定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用UWB技術(shù)的人員定位系統(tǒng)，在主廠房實現(xiàn)智能照明控制和人員定位，但UWB技術(shù)采用高頻信號(3.5 ～4.5 GHz)，受選煤廠設備密集、建筑物阻擋等因素影響，易造成信號屏蔽，需根據(jù)現(xiàn)場具體情況確定采集分站等數(shù)量，確保信號覆蓋全面。

(3)智能綜合預警。智能綜合預警主要對生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重點部位進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程異常報警、智能停機。該廠目前建設的內(nèi)容主要包含運輸機故障預警、料箱溢料預警、篩板脫落預警等。在運輸機故障預警中利用電磁感應式傳感器技術(shù)，根據(jù)兩側(cè)感應時間差，通過PLC程序判斷設備錯鏈、斷鏈、刮板斷裂等狀況并報警；在料箱溢流預警中應用液位電極檢測液位，實現(xiàn)預警和控制相關(guān)設備。

(4)智能停送電。目前，智能停送電管理主要是采用停送電管理系統(tǒng)和手持終端實現(xiàn)無紙化審批，對低壓停送電實現(xiàn)遠程操作。該廠建立了單獨的遠程停送電控制室，配置監(jiān)控主機用于遠程停送電操作，依靠電壓繼電器實現(xiàn)分合閘檢測。下一步建議在配電室設置機器人，對停、送電設備、配電室溫度、濕度、煙霧等進行檢測。

2 智能化建設思考

2.1 提高認識，合理規(guī)劃

智能礦井和智慧礦區(qū)是當前建設的主流趨勢，智能選煤廠建設是智能礦井必不可少的一部分。因此，各煤礦企業(yè)需要重視智能選煤廠的建設，統(tǒng)一規(guī)劃，減少重復投資和建設內(nèi)容，利用前沿技術(shù)完善智能選煤廠的基礎建設工作。

因工藝、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、煤質(zhì)、現(xiàn)場基礎設施等多方面因素的不同，因此，智能選煤廠的建設過程中應該因地制宜，根據(jù)自身條件及需求，選擇不同的路徑、設置不同的目標，但其核心目標應注重于分選環(huán)節(jié)，并注重智能化成果的落地、落實，最終實現(xiàn)精準的選煤過程控制和高效的選煤管理目標。

2.2 人工輔助智能決策

智能決策系統(tǒng)在國內(nèi)選煤廠均有開展，但受各種因素的影響，暫不成熟，無法達到預期效果。筆者認為智能決策應先借助人工干預，從煤質(zhì)情況分析、工藝效果評價、單機設備指標評價、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、設備健康情況分析、經(jīng)營情況分析6個方面開展，逐步積累學習經(jīng)驗，最終擺脫人工輔助。

2.3 智能化復合人才的培養(yǎng)

選煤原理簡單，實際分選過程復雜，特別是煉焦煤選煤廠更為復雜，與焦化、鋼鐵、電力行業(yè)對比具有典型的“易學難精”的特點，加之選煤廠智能化建設涵蓋工程基建、自動化、通訊、軟件、物聯(lián)網(wǎng)等多個技術(shù)領(lǐng)域，涉及工程建設、機電、通訊、軟件、數(shù)據(jù)分析、圖像識別、人工智能、流體力學、測控、自動化、選煤等多個專業(yè)，因此，對人才要求更高，建議在人才培養(yǎng)方面，從高校開始就著力培養(yǎng)洗選復合型人才。

3 結(jié) 語

選煤廠智能化建設已在各煤礦企業(yè)逐步推進，且取得了一定的成績，但建成智能選煤廠不是一朝一夕就能做好的事情，實現(xiàn)全局智能化依然有很長的路要走。應首先考慮在自動化方面的提升，尤其是選煤核心業(yè)務控制過程的自動化、數(shù)字化、智能化建設，然后逐步納入輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從而推動相關(guān)新技術(shù)的落地應用，最終實現(xiàn)選煤廠智能化。