冉登科

（國能新疆屯寶礦業(yè)有限責任公司，新疆昌吉 831100）

在高能耗行業(yè)去產(chǎn)能化的持續(xù)發(fā)展背景下，對能源結構進行優(yōu)化，切實有效落實環(huán)保、綠色能源大趨勢成為社會關注的熱點[1]。國家針對煤礦產(chǎn)業(yè)提出了明確的煤炭清潔高效目標，這無疑是對原煤入選率的考驗，需要對煤炭分質分級實施等級化利用，促使煤炭資源的利用率得到全面提升[2]。智能化建設是當前我國各個行業(yè)提升生產(chǎn)效率和質量的必然趨勢，在全新的要求下，國家安全總局也發(fā)布了明確的文件，鼓勵煤礦以及相關行業(yè)能夠加大科技創(chuàng)新力度，并加快機械化、智能化建設速度，形成全智能化生產(chǎn)體系[3-4]?，F(xiàn)結合煤礦洗選廠的實際情況對其進行智能化改造設計的相關情況做如下總結。

1.基本情況

我煤礦洗選廠是一座現(xiàn)代化的選煤廠，初設為3.0Mt/a重介洗選系統(tǒng)，原煤煤種主要為不粘煤以及長焰煤?，F(xiàn)階段洗選廠的主要工藝為+200mm大塊人工手選；8/13～200mm塊煤采用重介淺槽分選；-8/13mm沫煤不分選；+0.5mm粗煤泥采用分級旋流器+振動弧形篩+煤泥離心機聯(lián)合回收；-0.5mm細煤泥采用濃縮機+壓濾機脫水回收的聯(lián)合洗選工藝。洗水達到廠內一級閉路循環(huán)。隨著礦井產(chǎn)能的提升，洗選廠的產(chǎn)能也隨之擴大。

2.煤礦洗選廠系統(tǒng)智能化改造設計

2.1 總體要求

隨著公司數(shù)字化、智能化建設速度的加快，洗選廠智能化管理需求也日益強烈。我洗選廠在數(shù)年的運作期間，經(jīng)歷了多次升級改造，仍然無法滿足現(xiàn)階段自動化程度要求，表現(xiàn)出智能化水平落后特點。為此，在本次改造設計期間，結合提升生產(chǎn)系統(tǒng)智能化程度的要求下，建立基于全新網(wǎng)絡傳輸平臺架構下的數(shù)據(jù)自動化采集與完善的管理系統(tǒng)，具體表現(xiàn)如下：

（1）促使現(xiàn)階段生產(chǎn)系統(tǒng)能夠從自動化向智能化轉變。

（2）對以往生產(chǎn)現(xiàn)場的人員架構做出合理調整，最大程度上控制現(xiàn)場員工數(shù)量，生產(chǎn)系統(tǒng)中的11個人工巡視崗位優(yōu)化為4個工程師專業(yè)巡視崗位即可，最大程度上滿足人少即安全的基本理念。

（3）對現(xiàn)有生產(chǎn)組織架構和模式做出合理調整，促使專業(yè)調度職能得到有效弱化，帶動生產(chǎn)指揮實現(xiàn)信息化與扁平化改革。

（4）對現(xiàn)階段信息和指令的傳輸流程做出優(yōu)化，改善以往人為傳輸帶來的信息丟失或者誤傳等問題，最大程度上達到無縫隙銜接效果。

（5）對生產(chǎn)指標數(shù)據(jù)化做出優(yōu)化處理，為公司數(shù)字礦山建設目標提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 無線網(wǎng)絡信息系統(tǒng)平臺設計

結合煤礦洗選廠的具體情況，本次通信系統(tǒng)在基于工廠的運作特性上，打造全新的無線通信系統(tǒng)，具體包括監(jiān)測數(shù)據(jù)采集功能、視頻調度功能、語音基本業(yè)務功能等三大基本功能。該系統(tǒng)主要是通過多個用戶（群體、部門）共同構建起一組無線電信通，并動態(tài)地配合這些信道的專用移動通信系統(tǒng)，具有群組內用戶共享信道、呼叫接入速度較快、半雙工通信方式等特點，同時還能夠實現(xiàn)群組以及私密性的呼叫[5]，在進行呼叫的過程中，不再需要撥號處理，只需要通過PTT鍵按壓即可實現(xiàn)有效通話。因集群通信系統(tǒng)本身有特定的組呼功能、調度功能以及快速呼叫等特點，能夠更好地在通信過程中發(fā)揮優(yōu)化作用。根據(jù)本次所設計的通信系統(tǒng)，主要引入TD-LTE技術，能夠實現(xiàn)語音時延較小、呼叫建立時間相對較短等特點。通信主要模塊功能如下：

2.2.1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能

煤礦洗選廠的實際工作環(huán)境表現(xiàn)出敷設著各種有線網(wǎng)絡、工作環(huán)境相對惡劣的特點，這使得傳輸線路在實際運作中極易發(fā)生各種故障問題，有著較高的維護難度。為此，本次結合智能化要求，在考慮實際運作環(huán)境下，提出了無線信息高速路，在單區(qū)域的上行、下行傳輸能力分別為50Mbps、100Mbps，可以對現(xiàn)有的有線檢測系統(tǒng)進行全面整合。數(shù)據(jù)計入設備主要通過以太網(wǎng)接口、WiFi以及廠內現(xiàn)階段的監(jiān)測監(jiān)控設備來實現(xiàn)相互連接，CPE能夠將這些設備的控制數(shù)據(jù)經(jīng)由網(wǎng)絡傳輸?shù)较鄳恼{度中心，再借助IP網(wǎng)絡將其傳輸?shù)綄谋O(jiān)控服務器[6]。

2.2.2 視頻調度功能

本次基于智能化建設要求，能夠通過移動監(jiān)控點手持臺實現(xiàn)對現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)的快速回傳，具體視頻調度運作流程如圖1所示。

圖1 應用場景和業(yè)務流程

根據(jù)圖1來看，不難發(fā)現(xiàn)該視頻調度功能能夠實現(xiàn)多媒體視頻的調度處理，從而促使緊急事件處置響應能夠實現(xiàn)全面提升。

2.2.3 語音基本業(yè)務功能

在本次通信平臺中，為了保障煤礦洗選廠的快速信息對接，提供了基于群組范圍內的多用戶呼叫語音業(yè)務功能。每個群組設置一個唯一的標識號，在這個標識號下即可實現(xiàn)一對多的組群呼叫。組內的每一位成員均能夠根據(jù)需求發(fā)起呼叫。組內成員在輸入相應的組號之后，隨后按下PTT鍵即可發(fā)起組呼。在進行組呼期間，在一定時間段內每位成員均具備說話權利。

本次所設計的組呼語音業(yè)務功能模塊還能夠支持通話組掃描，用戶將通話組掃描功能開啟之后，即擴大對群組的監(jiān)聽范圍。同時能夠實現(xiàn)遙控啟停的功能，通過遙控操作即可將移動臺功能開啟或關閉。該系統(tǒng)還能夠支持脫網(wǎng)直通：DMO是群組功能非常重要的補充，即意味著脫網(wǎng)直通模式，在用戶所處的具體位置，若缺乏Witen信號，那么終端之間經(jīng)由DMO功能同樣能夠實現(xiàn)快速通信，無需任何網(wǎng)絡參與。系統(tǒng)還能夠實現(xiàn)限時支持通話，在私密呼叫、組呼主講、電話互聯(lián)業(yè)務等功能下即可實現(xiàn)快速通信。呼叫轉移、支持呼叫轉移又稱為呼叫前轉，能夠將用戶的點呼來電直接轉移到其他號碼上。支持呼叫記錄，其能夠實現(xiàn)對語音點呼、語音組呼、視頻上傳、視頻點呼等各方面信息進行詳細記錄，并完成對各業(yè)務使用情況和計費信息作出統(tǒng)計分析。

2.3 現(xiàn)場移動控制系統(tǒng)

煤礦洗選廠區(qū)域范圍內的巡視人員能夠借助手持終端實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的移動控制與全面監(jiān)測，具體包括搭建沿著巡檢主要區(qū)域和路線，確保整個廠區(qū)范圍內能夠實現(xiàn)無線網(wǎng)絡的全面覆蓋；具體區(qū)域范圍涵蓋了篩分車間、原煤倉下、轉載站、棧橋、壓風機房、變配電所、辦公樓等廠區(qū)范圍，在本地設計中，基于原有兩臺移動終端上再次增加了8臺控制終端。具體功能如下。

2.3.1 監(jiān)控功能

移動終端能夠幫助管理和巡檢人員實現(xiàn)具體項目操作，通過終端設備能夠對設備的實際運行情況實現(xiàn)實時動態(tài)查看，在手持終端上點擊即可確定某個設備所能夠彈出的具體設備信息，同時能夠通過設備的具體操作按鈕實現(xiàn)對設備的有效控制。

2.3.2 監(jiān)測功能

生產(chǎn)現(xiàn)場管理人員在值班期間，通過ET1就能夠對區(qū)域范圍內的設備運作情況進行監(jiān)測，當設備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動報警，并提示故障內容，以便及時作出有效的處理。

2.3.3 實時查看

通過手持終端能夠對區(qū)范圍內各個設備的實時運作數(shù)據(jù)進行查看，通過對信息進行調取即可核對其工藝流程與調度室畫面是否達到一致，并做好相應的查看和檢查記錄[7]。

2.4 智能監(jiān)測控制系統(tǒng)

在設備上裝設相應的在線傳感器，能夠進行軟件配合以及數(shù)據(jù)采集處理，從而實現(xiàn)對設備的智能化監(jiān)測管理；構建人員定位系統(tǒng)管理人員的巡檢軌跡?；谠耗z帶機加裝金屬探測儀器，其能夠實現(xiàn)對鐵器尺寸的有效判定，同時達到二級觸發(fā)效果，在實施檢測期間，一旦發(fā)現(xiàn)有小尺寸的鐵器時就能夠將對應的膠帶運輸機關閉[8]，所有檢測信息均會如實記錄到MES系統(tǒng)中。煤礦洗選廠因受到業(yè)務的影響，對運輸中存在的大塊煤實現(xiàn)早期報警和識別處理，以確保煤礦洗選廠各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)均不會因直徑達到50cm的煤塊而受到影響，從而能夠更好地發(fā)現(xiàn)大塊煤，達到實時報警效果。針對所有的轉動部位和設備驅動均能夠實現(xiàn)振動與溫度的實時監(jiān)測，從而實現(xiàn)設備運行狀態(tài)的趨勢與監(jiān)控分析。

本次所設計的在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括三大模塊，即振動與溫度監(jiān)測、鐵器識別、粒度識別，其功能介紹如下：

2.4.1 振動和溫度監(jiān)測功能

振動分析功能主要采取軸承故障分析加速包絡和諧波相對應的技術來進行分析，包括了全新的軸承故障數(shù)據(jù)庫。結合變頻設備的邏輯控制報警功能，其能夠針對齒輪箱故障做出相應的CTA分析處理，傳統(tǒng)器則能夠與系統(tǒng)上位機軟件實現(xiàn)自動化對接，從而構建起全新的后臺數(shù)據(jù)庫，從而更好地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的集成處理。傳感器的具體防護等級應當為IP54級別及以上位置，其具體的檢測靈敏度、范圍、頻率均能夠與煤礦洗選廠的各項情況相匹配；所采集的數(shù)據(jù)包括了溫度、振動等相關信息；傳感器的使用以及安裝均能夠更好地滿足現(xiàn)場實際條件。

振動與溫度數(shù)據(jù)集成能夠較好地體現(xiàn)出監(jiān)控系統(tǒng)平臺信息，能夠結合設備的健康狀態(tài)級別做出預警報警，從而實現(xiàn)對傳感器健康狀態(tài)的分析，同時還能夠實現(xiàn)對傳感器的統(tǒng)一配置與集中管理。

2.4.2 鐵器識別監(jiān)測功能

在距離鐵器前方50m的位置安裝相應的探測儀器，能夠最大程度上控制周邊設備對探測器所帶來的電磁干擾問題，還能夠針對金屬探測儀器所設置的電氣設備來實現(xiàn)有效屏蔽處理。在與金屬探測儀電源相互連通之后，金屬探測器指示燈能夠及時亮起，初次使用會直接進入到菜單將模式設定為復位延遲，時間設定為1s，根據(jù)說明書要求可將金屬探測器的靈敏度做出相應的調整，并將范圍調整為1%～100%。

在于除鐵器電源連通之后，初次使用能夠根據(jù)說明書要求將延遲時間設定為1min～2min，最短的時間則設定為5s。

將皮帶機啟動，結合鐵器自定義的識別等級即可實現(xiàn)對鐵器的準確識別處理；金屬探測器能夠對探測結果做好記錄，為管理和流程改造提供客觀數(shù)據(jù)支持。還可通過MES系統(tǒng)來實現(xiàn)對結果的準確統(tǒng)計，與PLC控制系統(tǒng)相互連接，其能夠對PLC原有程序做出對應調整，明確觸發(fā)判斷。

2.4.3 粒度識別監(jiān)測功能

如何才能夠更為高效、安全地實現(xiàn)對大煤礦擁堵、堆積等問題進行處理是保障整個煤礦洗選廠實現(xiàn)正常安全運行的關鍵。通過分析發(fā)現(xiàn)導致該問題的最關鍵因素與皮帶上附著有大量大煤塊所致，若是能夠直接完成對大煤塊的檢測，并及時做出預防性處理，就能夠達到較為顯著的防患于未然的效果，更好地實現(xiàn)對時間的節(jié)省，促使整個煤炭產(chǎn)生的運輸效率得到顯著提升。本次智能化升級改造設計中引入了視頻圖像處理技術，來實現(xiàn)對大煤塊的快速識別處理，其主要工作原理是借助CCD攝像頭來實現(xiàn)對皮帶煤塊運輸情況的有效檢測，并更好地實現(xiàn)對圖像的連續(xù)收集處理；經(jīng)由圖像采集卡即可及時將所采集到的圖像信息傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)，系統(tǒng)在對相關信息進行分析后，即可實現(xiàn)對相關技術和模式的調換，根據(jù)判斷結果及時對大塊煤做出預警處理。

3.結語

在國家高度重視煤礦產(chǎn)業(yè)改革的背景下，煤礦洗選廠系統(tǒng)實現(xiàn)智能化改造已經(jīng)成為必然趨勢。本研究基于煤礦洗選廠的實際特點和需求提出了全新的智能化管控系統(tǒng)改造方案，在實際運用中較好地實現(xiàn)對人員的縮減，同時提升了整個生產(chǎn)運作流程的自動化、智能化水平，增強了生產(chǎn)運作的效率，能更好地保障生產(chǎn)人員的人身安全。