楊麗娜

(潞安化工集團 余吾煤業(yè)公司，山西 屯留 046100)

煤炭資源在我國能源結(jié)構(gòu)體系中占據(jù)非常重要的地位，為我國社會經(jīng)濟發(fā)展做出了非常重要的貢獻。選煤是煤礦生產(chǎn)中重要的環(huán)節(jié)，直接決定了煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。隨著工業(yè)領(lǐng)域技術(shù)水平的不斷發(fā)展和提升，對選煤技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)前很多選煤廠在生產(chǎn)時存在不足，比如：設(shè)備的工藝參數(shù)主要依靠人工經(jīng)驗進行設(shè)定；檢測儀器儀表精度無法達到實際使用需要；整體智能化水平較低；控制系統(tǒng)主要針對某個設(shè)備或環(huán)節(jié)進行控制，實現(xiàn)全流程控制的情況相對較少[2-3]。因此有必要建設(shè)智能化選煤廠，實現(xiàn)選煤全流程的智能化控制[4]。本文主要結(jié)合筆者實踐經(jīng)驗，闡述了智能化選煤廠的建設(shè)框架，以期能夠促進選煤廠的智能化發(fā)展。

1 智能化選煤廠的目標和內(nèi)涵

1.1 智能化選煤廠目標

從選煤廠企業(yè)的層面而言，建設(shè)智能化選煤廠的根本目標是為了提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。企業(yè)經(jīng)濟效益等于產(chǎn)品銷售金額減去加工成本和原材料成本。通過建設(shè)智能化選煤廠能夠?qū)θ肆Y源、財務(wù)、設(shè)備、生產(chǎn)、銷售、物質(zhì)消耗等實現(xiàn)精細化管理，從而提高分選的精確度、設(shè)備運行的智能化程度，優(yōu)化分選條件、工藝參數(shù)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[5]。

1.2 智能化選煤廠內(nèi)涵

由于煤礦領(lǐng)域的智能化發(fā)展仍然處在起步階段，很多概念和技術(shù)仍然不成熟，有待進一步發(fā)展。針對智能化選煤廠的基本內(nèi)涵，不同學(xué)者和技術(shù)人員有各自的見解[6]。筆者在綜合專家學(xué)者意見的基礎(chǔ)上，認為選煤智能化的基本內(nèi)涵主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，必須以當(dāng)前先進的人工智能技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)為手段；第二，可以實現(xiàn)選煤全流程的信息收集及其自動化控制，實現(xiàn)選煤全流程工藝優(yōu)化，保障煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量；第三，可以依靠智能控制實現(xiàn)全生產(chǎn)鏈精準分離，依靠智能管理實現(xiàn)精細管理，依靠智能裝備保障與提升生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性和智能程度。

2 智能化選煤廠的建設(shè)框架

在明確智能化選煤廠的基本目標和內(nèi)涵后，可以搭建其整體的框架。在建設(shè)智能化選煤廠時必須以工業(yè)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以當(dāng)前先進的大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)作為技術(shù)手段。圖1為智能化選煤廠的整體設(shè)計框架。整個框架共包含三大部分：基礎(chǔ)平臺、智能化核心建設(shè)內(nèi)容、分析與決策支持系統(tǒng)。

2.1 基礎(chǔ)平臺

基礎(chǔ)平臺的作用是為智能化選煤廠提供數(shù)據(jù)庫和知識庫支撐。需要利用大量的傳感器對設(shè)備運行時的數(shù)據(jù)信息進行采集，同時還要采集煤炭半成品、成品的質(zhì)量信息，并建立工藝、設(shè)備狀態(tài)及產(chǎn)品質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。所有數(shù)據(jù)分類存儲到數(shù)據(jù)庫中，基礎(chǔ)平臺中還包含有專家知識庫。建設(shè)基礎(chǔ)平臺的難點在于數(shù)據(jù)的標準化，因為當(dāng)前選煤廠中使用的設(shè)備和系統(tǒng)來自于不同的廠家，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式存在一定的差異。如何實現(xiàn)生產(chǎn)全流程數(shù)據(jù)的標準化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通共享是亟需解決的瓶頸問題。

2.2 智能化核心建設(shè)內(nèi)容

由圖可知，智能化建設(shè)的主要內(nèi)容包括智能控制、智能管理、智能裝備和智能設(shè)計。智能控制主要是對生產(chǎn)過程中的工藝和裝備進行智能化控制；智能管理主要是對生產(chǎn)調(diào)度、銷售計劃、設(shè)備故障診斷、設(shè)備運行和維護等進行智能化管理；智能裝備主要是對選煤過程中使用的設(shè)備、儀器儀表及其它附屬設(shè)施進行智能化建設(shè)；智能設(shè)計主要是對選煤廠建設(shè)以及新工藝、新產(chǎn)品開發(fā)進行的設(shè)計。

圖1 智能化選煤廠的整體框架設(shè)計

2.3 分析與決策支持系統(tǒng)

該部分主要包含三方面內(nèi)容：①生產(chǎn)工藝過程質(zhì)量和效果分析；②煤炭產(chǎn)品的經(jīng)濟效益分析；③設(shè)備的運行維護情況分析。通過上述分析，可以及時發(fā)現(xiàn)選煤廠運行過程中存在的產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備故障問題，并及時采取措施對存在的問題進行優(yōu)化改進，保障產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益及設(shè)備的健康狀態(tài)。

3 智能化選煤廠關(guān)鍵技術(shù)

3.1 跳汰機智能分選及遠程決策技術(shù)

我國當(dāng)前階段使用的跳汰機控制系統(tǒng)普遍采用簡單的PID控制策略，很多時候需要通過人工方式進行調(diào)節(jié)，人為影響因素比較嚴重。在設(shè)定工藝參數(shù)時，過分依賴產(chǎn)品灰分這一指標，忽略了其他指標的影響。另外，整個生產(chǎn)過程中缺乏在線檢測裝置。針對上述問題，結(jié)合當(dāng)前階段先進的技術(shù)手段，設(shè)計了跳汰機智能分選及遠程決策系統(tǒng)，其整體框架如圖2所示。系統(tǒng)可以進行機器學(xué)習(xí)，根據(jù)原材料的基本屬性，實時預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量，對工藝過程參數(shù)進行智能化設(shè)定。對分選效果及排料產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)進行分析，通過數(shù)據(jù)挖掘?qū)Ω黜椫笜撕凸に噮?shù)進行深入優(yōu)化。

3.2 重介分選工藝的智能化控制技術(shù)

重介分選設(shè)備傳統(tǒng)控制系統(tǒng)工作時存在的問題與跳汰機基本類似。設(shè)計的重介分選工藝的智能化控制系統(tǒng)基本原理如圖3所示。智能化控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果可以主要從以下兩個方面進行闡述：第一，操作靈活度高。受洗煤工藝過程及原料性質(zhì)影響。重介質(zhì)的質(zhì)量會出現(xiàn)不同程度的波動，這對控制系統(tǒng)提出了更高的要求，質(zhì)量波動必然會在一定程度上影響系統(tǒng)的工作質(zhì)量。智能化控制系統(tǒng)可以基于原材料屬性和工藝參數(shù)波動對重介分選過程進行智能控制，提升分選效果。第二，通過使用智能化控制系統(tǒng)可以減少重介設(shè)備操作人員的數(shù)量，降低人工成本。

圖2 跳汰機智能分選及遠程決策系統(tǒng)框圖

圖3 重介分選工藝的智能化控制系統(tǒng)框圖

3.3 煤泥水處理過程智能控制技術(shù)

煤泥水系統(tǒng)中配置絮凝劑以及控制絮凝劑的添加量是非常重要的環(huán)節(jié)，會對煤泥水處理的質(zhì)量和效果產(chǎn)生重要影響。絮凝劑的主要作用是加速煤泥沉降，促進煤泥與水的分離。設(shè)計的煤泥水處理過程智能控制系統(tǒng)基本原理如圖4所示。與傳統(tǒng)的煤泥水處理控制系統(tǒng)相比較，智能控制系統(tǒng)的優(yōu)勢有：第一，選煤過程中，受其他工藝環(huán)節(jié)的影響，煤泥水流量會出現(xiàn)很大的波動。該系統(tǒng)可以自動識別流量大小，進而對絮凝劑的添加量進行調(diào)整；第二，當(dāng)入選原煤屬性出現(xiàn)較大波動，比如泥化含量、細粒砂含量波動等，系統(tǒng)可以考慮原煤屬性智能化配置絮凝劑，保障煤泥水的處理效果。

4 結(jié) 語

近年來我國正在大力推進智能制造建設(shè)工程，如何實現(xiàn)選煤過程的智能化控制是選煤領(lǐng)域比較熱門的話題。選煤廠的智能化建設(shè)正處于起步階段，很多技術(shù)不成熟。在建設(shè)智能化選煤廠時比較關(guān)鍵的問題是要打通設(shè)備、數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)軟件之間的“信息孤島”，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的互通共享。只有這樣才能夠真正基于工業(yè)大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)選煤生產(chǎn)全流程智能化控制。

圖4 煤泥水處理過程智能控制的原理框圖