针对选煤生产过程存在生产工艺复杂、设备选型多样化、部分生产信息采集要求特殊，难度大的问题，造成选煤生产集控系统控制逻辑较为粗放，涉及到影响煤质、系统处理量的环节还需要人为的进行过多干预，生产过程中的决策管理较为滞后。集控系统虽然一定程度上降低了岗位人员的劳动强度，但其人员并没有从现场的固定生产岗位中解放出来的问题。设计以洗煤厂生产过程中遇到的突出的且没有硬件障碍的问题作为改造的切入点，通过自动化、信息化两方面建设入手，分单元、分系统的逐步实现洗煤生产过程控制所需要的智能化功能，提高设备的单机智能化水平，消除设备之间的信息通讯和控制“孤岛”，实现各控制单元、子系统的对接整合，顺利完成洗煤生产过程中的检测数据化、管理信息化、控制智能化。

具体研究方法：在自动化方面构建视频随动控制系统实现将洗煤视频监控系统与洗煤生产集控系统联动控制。针对洗煤生产过程中的控制难点，通过模糊控制技术，开发完成了顺（逆）煤流一键启停、洗水自平衡控制、密度智能跟踪、煤泥旋流器压力自平衡调节、给煤机PID变频调节、压滤机一键联机自动控制、现场智能控制终端7大过程智能控制系统(单元)，减少了人员对生产流程的干预，提高了生产控制系统的智能化水平。同时设计构建了洗煤厂电力监控平台，实现配电场所视频巡检、边界入侵、网络化配电管理，做到配电系统的实时监测和配电室“无人则安”的本质安全目标；在信息化方面高煤公司洗煤厂通过构建设备运行状态监测系统和智能润滑系统进一步加强对生产设备的监测、检查、维护保养，提高设备运行稳定性。同时设计构建了CMES数据平台，实现生产煤质数据的采集、录入、查询、统计等功能，逐步形成并完善煤质数据管理库，为形成洗煤系统的智能化管理提供高效、准确的数据分析。开发了基于手机APP移动办公的MRP物资信息管理系统，在实现物资闭环管理的同时，提高了办公效率。开发了手机APP智能巡检系统，实现了岗位管理模式的转变。

1、设计改造思路

智能化洗煤厂的建设是以构建数字化工厂为基础的，利用物联网技术、大数据分析技术、整体可视技术，结合信号处理、推理预测等加强信息管理和服务，并掌控生产流程、提高生产过程中的可控性、减少生产线上人工干预、即时正确地采集生产线数据，以及合理的管理生产进度等。依据高煤公司洗煤厂自动化发展现状水平，建设智能化洗煤厂应在原有产自动控制系统的基础上，通过自动化、信息化两方面建设入手，分单元、分系统的逐步实现洗煤生产过程控制所需要的智能化功能，提高设备的单机智能化水平，最后实现各控制单元、子系统的对接整合，消除设备之间的信息通讯和控制“孤岛”，实现各控制单元、子系统的对接整合，顺利完成洗煤生产过程中的检测数据化、管理信息化、控制智能化。

2、方案实施

2.1 自动化建设方面

2.1.1 构建视频随动控制系统

设计构建了覆盖全厂生产岗点、主要生产设备的数字监控系统，配置24个高清LCD显示屏实时显示视频采集信息，配合完成视频随动软件的开发设计。通过开发的智能联动软件，将洗煤视频监控系统与洗煤生产集控系统联动控制，实现了设备启动、故障报警、多系统场景切换下的相关视频信号的智能自动投切等功能，生产系统与视频联动界面如图1所示。

图1 生产系统与视频联动界面

2.1.2 构建智能化控制系统

为了实现洗煤生产过程中的智能控制，针对洗煤生产的控制难点，通过模糊控制技术，开发完成了顺（逆）煤流一键启停、洗水自平衡控制等6大智能控制系统，减少了人员对生产流程的干预，实现了生产控制系统的智能化。

(1)开发顺（逆）煤流一键启停系统

针对传统洗煤生产系统“逆煤流开车，顺煤流停车”的控制方式，存在系统空载调整等待时间长，造成生产用电浪费及设备不必要的磨损。高煤公司洗煤厂设计开发预检测模拟系统，控制系统自动监测各设备是否具备启动条件，待设备备妥之后，开始进行系统启车，同时采用“顺逆煤流联合一键启停”的控制方式代替传统顺序控制方式，有效减少系统空载等待时间和不必要的设备磨损。

(2)煤泥旋流器压力自平衡调节系统

高煤公司洗煤厂基于对5台分级旋流器液位、压力数据在线检测，配置变频器，构建了煤泥旋流器压力自平衡调节控制系统，实现分级旋流器的稳压变频自动调节，确保选旋流器始终处于良好的工况条件，稳定设备浓缩、分级效率，减少在细粒级煤泥管理中的跑粗、夹细现象，煤泥旋流器压力自平衡调节控制组态画面如图2所示。

图2 煤泥旋流器压力自平衡调节控制组态画面

(3)给煤系统PID变频控制

在重介洗煤上产过程中，入料量的稳定性是影响洗煤产品指标的重要因素之一。为此高庄洗煤厂通过设计采集电子皮带秤的检测流量数据，给煤机安装配置变频器，构建给煤机PID变频调节模式，实现了生产系统给煤量的自动跟踪调节，确保洗煤生产系统的入料稳定性，给煤系统PID变频控制组态画面如图3所示。

图3 给煤系统PID变频控制组态画面

(4)密度智能跟踪控制

针对重介洗煤生产过程中，人工手动密度控制存在的误差大、不及时的问题。通过多年的煤质数据积累，设计建立了精煤灰分变化和分选密度的数学模型关系，采用模糊PID解耦控制方法，解决密度与分流、补加水之间强耦合关系的问题，使悬浮液密度能够自动稳定在需求区间内，为洗煤厂的选煤环节提供了更精确高效的密度控制方法，密度、灰分曲线分析与密度智能跟踪控制组态如图4所示。

图4 密度、灰分曲线分析与密度智能跟踪控制组态

(5)构建煤泥水自平衡系统

煤泥水系统是洗煤生产管理的关键环节。传统的煤泥水系统的控制方式为流量计加远程控制，需要人工干预，这种控制方式存在诸多不稳定因素，经常出现缺水、漾水等现象。针对以上问题，自09年以来，高煤公司洗煤厂不断对煤泥水系统进行深入研究，开发了洗水自平衡控制系统，构建了4级液位控制模式以及四级操作权限分配模式，完成了煤泥水系统调水优先级的智能判定，实现了煤泥水一级闭路循环以及各泵房的无人值守，液位色列图如图5所示。

图5 液位色列图

(6)压滤机联机自动化

改造前，高庄洗煤厂压滤机系统控制需要操作人员在控制柜前进行设备操作，入料过程的启停依据经验判断，误差较大，极易引起产品水分过高或卸料困难。当对一台设备操作时，其它设备需处于工作等待状态，严重影响了压滤系统的运行效率。同时操作人员需要时刻关注入料桶液位和运输设备运转状况，造成压滤系统无法连续运行。

针对这一问题，项目设计通过底流排序抽取、滤液微小流量检测、压滤“谦让”卸料自动控制程序的开发，完成压滤机单机自动控制与主洗控制系统的嵌入式融合，实现全厂压滤系统一键启停联机控制的功能。改造后不仅提高了煤泥水循环系统压滤环节的运行效率，同时因压滤机和煤泥运输设备和各泵房底流泵均处于联合自动控制状态，可将原有操作人员从固定的岗位上解放出来，实现系统“无人值守、有人巡检”的目的，压滤机联动控制组态画面如图6所示。

图6 压滤机联动控制组态画面

2.1.3 实现网络化智能配电管理

针对洗煤厂变配电管理现状，高煤公司洗煤厂设计构建了洗煤厂电力监控平台，实现了配电场所视频巡检、边界入侵、网络化配电(远程分合闸)功能，做到配电系统的实时监测和配电室无人则安的本质安全目标。网络化配电流程管理界面如图7所示，边界入侵下的视频动态跟踪如图8所示。

图7 网络化配电流程管理界面

图8 边界入侵下的视频动态跟踪

2.2 信息化建设方面

通过构建的设备运行状态监测系统和智能润滑系统进一步加强对生产设备的监测检查、维护保养力度，提高设备运行稳定性。同时项目设计构建了CMES数据平台，实现洗煤数据的采集积累。开发了基于手机APP移动办公的MRP物资信息管理系统，实现物资的闭环管理，提高了办公效率。开发了手机APP智能巡检系统，实现了岗位管理模式的转变。

2.2.1 设备运行状态监测系统

设备运行状态的稳定是确保智能化洗煤厂正常运行的基础，为此高庄洗煤厂构建了设备运行状态监测系统。通过安装配置传感设备，完成洗煤厂主要设备运行温度、流量、压力等数据的检测采集，为生产系统运行情况做更为深入的分析诊断，为实现“无人值守、专人巡视”管理模式的转变提供可靠的硬件基础。煤泥水管路压力在线监测如图9所示，振动筛激振器运行温度采集分析如图10所示。

图9 煤泥水管路压力在线监测

图10 振动筛激振器运行温度采集分析

2.2.2 构建智能润滑系统

针对人工设备润滑存在标准低、可控性差，易出现过量润滑或润滑不到位造成设备损坏的问题。高庄洗煤厂设计采用LOT型智能润滑系统对现有的手动润滑进行升级，通过配置相应的控制器实现自动定时、定量在线多点精准润滑。同时开发润滑管理软件和手机APP客户端，实现对主要设备润滑保养的检测、统计和分析。有效降低现场设备维护人员劳动强度的同时，有效的避免因润滑保养不到位造成的设备损坏问题。PC端和手机端的智能润滑系统监控界面如图11所示。

图11 PC端和手机端的智能润滑系统监控界面

2.2.3 开发手机APP智能巡检系统

开发手机APP设备智能巡检软件，建立巡检现场智能单元，自动生成二维码，完成定位和识别现场巡检人员及巡检人员所在位置。通过制定完善的巡检制度，建立标准数据库，将设备巡检分为运行人员的日常点检、专业人员的定期点检和专业技术人员的精密点检，三方面的人员对同一设备进行系统的维护、诊断和修理。日常点检、专业定期点检、专业精密点检、技术诊断与倾向管理、精度/性能测试检查相结合，形成“五层防护线”，保证了设备的健康运转，从而实现了由定岗到巡岗管理模式的转变。智能巡检系统手机APP巡检界面如图12 所示，二维码定位发生器界面如图13所示。

图12 智能巡检系统手机APP巡检界面

图12 二维码定位发生器界面

2.2.4 构建MRP移动终端办公平台

为强化洗煤厂生产物资计划、入库、领用等流程环节的管控，提高物资配件管理效率，洗煤厂设计构建移动终端办公平台，基于开发的手机APP软件，设计实施物资配件管理的移动审批，同时实现洗煤厂物资配件管理权限的分配及各流程管理的闭环，做到洗煤厂物资管理的高效化。移动终端流程审批界面如图14所示。

图14 移动终端流程审批界面

2.2.5 构建煤质数据管理平台

建立煤质数据管理平台，实现生产煤质数据的采集、录入、查询、统计等功能，逐步完善煤质数据管理库，并实现向手机终端进行数据推送，为形成洗煤系统的智能化管理提供高效、准确的数据分析。煤质数据管理平台界面如图15所示。

图15 煤质数据管理平台界面

2.3 构建智能调度中心

高煤公司洗煤厂通过自动化、信息化两方面的建设入手，分单元、分系统的完成了洗煤生产过程控制所需求的，且没有设备硬件障碍的智能化功能，提高了设备的单机智能化水平。同时为消除“自动化、信息化孤岛”，完成各系统智能化功能的集成，项目设计构建智能调度控制中心，完成视频随动系统、各智能化过程控制系统、智能化配电、智能巡检、智能润滑等各子系统之间的数据关联与信息交互，完善各信息流程的闭环，做到洗煤调度对生产流程、人员、设备的全方位智能监控。实现从设备层到控制层最后到管理决策层，这一自下而上的“信息、控制”的初步融合。

3、项目建设成效

3.1 创新管理模式

实现了岗位由单一的“专人值守”到岗位“无人值守、专人巡视”的岗位集约化模式的转变。高庄洗煤厂两套重介洗煤系统改造前每班岗位人员为15人，改造后由8个巡检人员完成所有岗点巡检。优化后的空余人员成立卫生保洁班，专门负责生产现场环境卫生清理。满足了部分职工对于上大班的需求。

3.2 经济效益

通过智能化洗煤厂的建设，减少了生产线上的人工干预、提高了洗煤生产系统运行稳定性和生产过程中的可控性。经过改造前后对比，1#精煤灰分平均由7.47%提高至7.64%，灰分提高0.17%；2#精煤灰分由8.42%提高至8.61%，提高0.19%。同时，中煤、煤泥副产品发热量均较原来有所降低。结合高庄原煤可选性分析曲线分析，精煤回收率可提高0.5%左右。在节能减排方面，通过智能化洗煤厂建设，提高了生产系统的运行效率，减少了设备的空载运行时间，年预计节约电耗66万kw·h。

3.3 社会效益

项目建成后，以“巡岗制”代替原有“定岗制”，将人员从脏、累、苦、险岗位解放出来，同时借助全方位的视频监控体系，减少人员同生产设备（特别是振动筛等噪音大，工作环境差的岗点）接触时间，改善了职工工作环境，保证了职工的职业健康。

4、应用推广情况

本课题中的智能化洗煤厂关键技术已在枣矿集团高煤公司选煤厂成功构建，并投入使用，经试运行，系统稳定，实现项目预期目标。课题中的三点顺序检测的刮板智能型保护装置已受理国家实用新型专利；智能控制终端现已在枣庄矿业集团得到推广应用；智能型低压开关柜构建的选煤厂低压在线监测系统和网络式停送电管理流程已在集团得到推广，并在淮北、晋煤、临矿等煤矿集团公司部分洗煤厂开始逐步借鉴应用，为建设智能化洗煤厂提供参考。

5、结论

5.1 不足

(1)由于选煤厂工艺较为复杂及本项目中智能保护装置、智能仪表的大量投入实用，所以应注意通讯接口的选择及以太环网在厂区的敷设范围；为确保控制通讯的稳定性，在设备选型中用于回路基础控制的智能马达保护器尽量与PLC产品选择同一厂家，减少通讯调试工作量。

(2)在智能型控制箱的使用上，为确保通讯的稳定性，其上位机和智能控制箱的总数量不要超过所选PLC所允许的最大上位机数量。这就要求在PLC选型中，性能要求上要提高，同时需配置冗余的工业服务器完成PLC与上位机之间的信息交互。

(3)工程软件、智能设备的大量投入实用，意味着要保证系统运行的稳定性，我们需要配置软件、工业通讯方面的专业工程师进行日常维护，同时对设备维护人员提出更高的工作标准。

(4)用于厂房内的人员实时三维定位技术还有待开发提高。

5.2 展望

(1)探索构建浮选加药控制系统。针对浮选系统现有加药方式为手动加药，药剂添加不准确，容易造成药剂的浪费以及产品质量不稳定的问题，拟探索构建浮选加药控制系统。安装浮选加药计量装置，开发上位组态软件实现远程/就地加药控制，完成药剂储量的精准投加、统计及报表生成功能。

(2)对重点洗煤设备的故障监测诊断功能进行深度开发。设备的稳定性永远是将人员从固定岗位上解放、实现设备单机智能化的先决条件和装备基础，为此高煤公司洗煤厂计划与设备厂家沟通合作，对振动筛、旋流器等重点洗煤设备进行运行状态进行多方位采集监测，为设备运行状态的智能分析诊断做大数据积累。