（山西汾西礦業(yè)（集團）賀西煤礦 山西 033300）

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術的迅猛發(fā)展，工業(yè)領域逐步進入了工業(yè)4.0時代，即智慧工廠時代。在智能化的浪潮下，智慧工廠已經(jīng)在諸多行業(yè)揚帆起航，國外有德國的安貝格西門子工廠和博世洪堡工廠，國內(nèi)有海爾工業(yè)4.0和中國石化九江石化智能工廠。目前在煤炭領域選煤廠智能化研究仍屬于初步階段，未有成功應用的案例。某選煤廠機械化、自動化水平較高，基礎條件較好，但是距離智能工廠還有很大差距。因此，某選煤廠立足于提高管理水平，降低生產(chǎn)成本，深度挖掘企業(yè)經(jīng)濟效益，逐步發(fā)展智能化選煤廠，為企業(yè)探求降本增效的途徑。

1.某選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀

淺槽排矸系統(tǒng)和重介旋流器分選系統(tǒng)的分選密度需要人工調(diào)節(jié)，存在一定的滯后性，影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，如介質(zhì)系統(tǒng)的分流閥、補水閥等都需人工調(diào)節(jié)。淺槽分選系統(tǒng)的密度調(diào)節(jié)中，根據(jù)設定的合介密度，人工手動在集控室操作補水閥、電控分流閥，調(diào)節(jié)合介密度、桶位。但補水閥和分流閥都是獨立調(diào)節(jié)，沒有形成一個完善的密控系統(tǒng)，且系統(tǒng)中沒有磁性物含量計，無法直觀觀測合介中非磁性物含量。

三產(chǎn)品重介旋流器系統(tǒng)的密度調(diào)節(jié)中，根據(jù)設定的合介密度，人工在集控室調(diào)節(jié)補水閥；固定弧形篩下和精煤磁選機精礦設有電控分流閥，但都需要人工手動操作調(diào)節(jié)合介桶位、合介桶煤泥含量及合介桶密度。補水閥和分流閥都是獨立調(diào)節(jié)，沒有形成一個完善的密控系統(tǒng)。浮選系統(tǒng)采用3臺噴射式浮選機，需人工化驗指導現(xiàn)場加藥，化驗結果滯后于生產(chǎn)，且受人為因素影響大。壓濾系統(tǒng)共有10臺壓濾機，其中淺槽車間有1臺煤泥壓濾機，主廠房有4臺精煤壓濾機，壓濾車間有5臺尾煤壓濾機，均為單機自動化，只能通過現(xiàn)場控制柜進行操作，控制壓濾機的排隊卸料。

濃縮系統(tǒng)共有2臺濃縮機和2臺絮凝劑添加裝置，目前通過現(xiàn)場操作面板手動調(diào)節(jié)配藥時間（對應配藥濃度）和加藥泵頻率（對應加藥量）?，F(xiàn)場調(diào)節(jié)的參考因素只有濃縮機底流濃度（人工濃度壺測量）和壓濾成餅情況（詢問壓濾崗位司機）。藥劑添加憑經(jīng)驗，無法做到精確量化。

現(xiàn)有自動化系統(tǒng)完善，主要針對選煤廠自動化系統(tǒng)硬件進行升級，具體包括閥門、閘板升級，增加攝像頭、傳感器等；智能化環(huán)境建設，主要是指構建智能化所需的無線網(wǎng)絡及后臺服務系統(tǒng)；生產(chǎn)系統(tǒng)整合連接，包括單機自動化設備的智能接入，同現(xiàn)有工控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

2.生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化研究

選煤廠智能化的最終目標是為選煤廠增加經(jīng)濟效益，增加經(jīng)濟效益的途徑有兩種，一是降本，二是增效。降本主要包括降低人員、電力、維修、介質(zhì)消耗、藥劑消耗成本；增效主要是穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量所帶來的收益。本次規(guī)劃主要針對生產(chǎn)系統(tǒng)這個方面對選煤廠進行智能化改造。實施的主要步驟為通過對現(xiàn)有系統(tǒng)完善升級，將現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)與智能化系統(tǒng)進行整合，構建選煤廠智能化環(huán)境和配置智能硬件，對選煤廠自動化、信息化進行升級，最終實現(xiàn)選煤廠的智能化，為企業(yè)創(chuàng)造效益。

(1)生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平臺

針對選煤廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀，構建工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平臺，通過對現(xiàn)有的設備保護、監(jiān)控器、傳感器等進行自動化升級，實現(xiàn)智能設備在線監(jiān)測，實時返回生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，智能調(diào)整生產(chǎn)，保證生產(chǎn)的連續(xù)和安全。

工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平臺包括智能淺槽分選、智能重介旋流器分選、智能浮選、智能壓濾控制、智能濃縮加藥五個子系統(tǒng)，主要面向于選煤廠生產(chǎn)管理。在最底層的過程控制層面智能化需要做的基礎工作包括：第一，完善現(xiàn)有系統(tǒng)，主要針對選煤廠硬件的自動化升級，具體包括閥門、閘板升級，增加攝像頭、傳感器等；第二，智能化環(huán)境建設，主要是指構建智能化所需的無線網(wǎng)絡及后臺服務系統(tǒng)；第三，生產(chǎn)系統(tǒng)整合連接，包括單機自動化設備的智能接入，同現(xiàn)有工控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。實現(xiàn)智能分選、智能任務協(xié)作、系統(tǒng)智能運行、智能啟停、機器視覺故障預警、在線監(jiān)測管理。

①信息數(shù)據(jù)化

已接入PLC進行監(jiān)測和控制的設備，通過同現(xiàn)有PLC系統(tǒng)通訊，獲得設備及現(xiàn)有系統(tǒng)的運行、故障、保護、頻率、桶位、壓力、電流等數(shù)據(jù)，并可對設備進行啟?？刂啤?shù)的設定調(diào)節(jié)。未接入PLC的設備，將對其進行接入升級。對于單機自動化設備，將其與智能化系統(tǒng)直接進行通訊，實現(xiàn)單機自動化設備的信息化/數(shù)字化，并建立連接，可實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測和生產(chǎn)過程控制。

②數(shù)據(jù)網(wǎng)絡化

數(shù)據(jù)采集完成后的第二道工序是數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸，在目前現(xiàn)有選煤廠成熟的工控網(wǎng)絡基礎上，針對不同的應用場景，會引入一些高效的先進的物聯(lián)網(wǎng)技術，例如WiFi、ZigBee、RFID等實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡化，將各個生產(chǎn)場景、設備進行連通，所有采集到的終端數(shù)據(jù)需要進行存儲，在本地增加服務器建立數(shù)據(jù)中心，打造端到端交互的中心樞紐。

③網(wǎng)絡智能化

智能化集中體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)的分析處理上，通過對歷史大數(shù)據(jù)的分析，結合系統(tǒng)的自學習功能，提取出數(shù)據(jù)間的相關性，構建出用以指導智能生產(chǎn)的模型，主要的智能分析模型包括經(jīng)濟效益分析預測模型，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定模型以及設備可靠性維護模型。

(2)智能淺槽分選

密度系統(tǒng)的穩(wěn)定性是選煤廠生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，直接影響選煤廠的經(jīng)濟效益。在補水管道上增加流量計，在淺槽合介入料管上增加磁性物含量計，通過計算機數(shù)據(jù)模擬計算，使補水閥和分流閥有機結合，與分選密度聯(lián)鎖，共同調(diào)節(jié)合介密度、桶位、合介中非磁性物含量，最終實現(xiàn)密度系統(tǒng)的智能控制，提高合介桶密度系統(tǒng)穩(wěn)定性。增加的硬件參數(shù)為：磁性物含量計DN100，精度±1%，0-1000g/L；流量計DN100。

(3)智能重介旋流器分選

①密度控制及優(yōu)化。在合介桶補水管路上增加流量計，將補水、分流閥有機結合，并與分選密度聯(lián)鎖，通過設定目標分選密度，各環(huán)節(jié)聯(lián)動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)旋流器密度系統(tǒng)的智能控制，提高合介桶密度系統(tǒng)穩(wěn)定性。增加的硬件參數(shù)為：流量計DN100。

②旋流器生產(chǎn)壓力優(yōu)化。介旋流器入料壓力的增加將帶來兩方面的優(yōu)點，第一，物料的流速增加可提高重介旋流器的單位處理能力，第二，入料初速度的增加將導致離心強度增加從而加速分選過程，提高分選效果。但是壓力過大也將帶來使重介旋流器內(nèi)的密度分布更加不均勻使分選效果降低以及增加設備磨損等缺點。計劃配合煤質(zhì)單機檢查化驗，通過對旋流器壓力累積數(shù)據(jù)的智能分析，探尋不同工況下最優(yōu)的壓力范圍，保證分選效果，降低能耗及設備損耗。

③介質(zhì)性質(zhì)優(yōu)化。由于循環(huán)懸浮液中保持一定數(shù)量的煤泥，能增加懸浮液的穩(wěn)定性，直接影響重介旋流器的分選效果。計劃通過試驗、煤質(zhì)單機檢查及數(shù)據(jù)模擬與分析，找出最適宜磁性物含量和懸浮液中煤泥含量的組合。將PLC中磁性物含量計測定的數(shù)據(jù)接入智能分選系統(tǒng)，實現(xiàn)懸浮液煤泥含量的在線檢測反饋，配合密控系統(tǒng)分流操作執(zhí)行，優(yōu)化懸浮液組成。

④二段入料堵料報警優(yōu)化。通過在線監(jiān)控旋流器壓力異常，自動判斷二段入料堵料，結合智能報警、智能任務模塊快速通知相關操作人員，大大提高事故處理的效率，降低由此帶來的生產(chǎn)事故影響。

(4)智能浮選

設計增加礦漿灰分在線檢測儀和智能加藥站等設備，與現(xiàn)有加藥設備整合，構建智能浮選系統(tǒng)，對一、二次浮選的礦漿“實時在線檢測”，根據(jù)灰分檢測值以及入料濃度、流量檢測值，實時調(diào)整智能加藥站的藥劑制度和浮選設備的參數(shù)，進而提高浮選系統(tǒng)的分選精度和穩(wěn)定性。實現(xiàn)浮選生產(chǎn)過程趨于“精礦灰分合格穩(wěn)定、回收率高、藥耗低、無人值守”的理想狀態(tài)穩(wěn)定運行。

(5)智能壓濾控制

開發(fā)智能壓濾模塊，并將壓濾機PLC的Modbus信號轉為ModbusTCP信號后接入服務器后臺。通過引入智能邏輯自動判斷壓濾機進料結束和智能排隊卸料，通過智能壓濾模塊讀取壓濾機狀態(tài)信息以及對壓濾機進行控制?？梢詫崿F(xiàn)壓濾入料桶自動補料，入料閥門自動開關，濃縮底流泵自動啟停；自動判斷壓濾進料結束；壓濾機智能排隊卸料。

(6)智能濃縮加藥

在濃縮機入料和底流增加在線濃度計，將絮凝劑添加裝置接入智能化系統(tǒng)，濃度計數(shù)據(jù)、加藥泵啟停、頻率設定、運行狀態(tài)等信號接入智能化系統(tǒng)，通過PAD遠程控制絮凝劑添加裝置參數(shù)，具體功能規(guī)劃：通過移動PAD遠程控制絮凝劑添加裝置參數(shù)；通過移動PAD終端對絮凝劑添加裝置進行狀態(tài)監(jiān)測和控制；通過移動PAD終端監(jiān)測煤泥水系統(tǒng)狀態(tài)，實現(xiàn)讀取濃縮機電流、入料濃度、壓濾機入料時間信息，指導加藥；通過移動PAD終端遠程調(diào)節(jié)配藥時間和加藥泵頻率，實現(xiàn)對加藥裝置的遠程控制。

3.總結

生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化目標可以概括為：降本增效、穩(wěn)質(zhì)提效、安全高效，最終目的是要增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。為適應未來工業(yè)的發(fā)展形勢，尤其是在這煤炭企業(yè)改革創(chuàng)新新階段，發(fā)展智能選煤廠對進一步提高管理水平，降低生產(chǎn)成本，挖掘企業(yè)經(jīng)濟效益，實現(xiàn)選煤廠正常連續(xù)及安全生產(chǎn)具有重要意義。