选煤厂的智能化以自动化为前提，依据煤炭洗选工程设计规范，万利一矿选煤厂已基本实现自动化。该厂借鉴化工行业或其他行业的硬件、思路，在充分吸取神东、宁煤、陕煤化等公司在智能化选煤厂成功经验的基础上，积极推动选煤厂智能化建设，形成了经济实用、先进可靠的新模式。

1 选煤厂智能化现状

万利一矿选煤厂属矿井型动力煤选煤厂，生产能力10.00Mt/a。选煤工艺为：原煤50mm和6mm分级，大于50mm原煤和50～6mm原煤重介浅槽分选，小于6mm末煤不分选，粗煤泥采用高频筛脱水回收，细煤泥采用浓缩压滤回收。原煤细粒级分级利用弛张筛深度脱粉技术。全厂配备3套重介浅槽分选系统，可实现5种生产系统切换。

1.1 供配电系统

变压器具有过流保护、电流速断保护及瓦斯、温度超限报警保护等功能，并进入现有10kV综合自动化系统和集控系统统一检测。现有10kV综合自动化系统与ABPLC进行实时通讯，并上传各种测量值，在工控机上可设定各种保护值。全厂75kW以上低压电动机、所有高压电动机带定子和轴承温度监测传感器，并进入集控系统予以监测。

1.2 集中控制系统

所有设备的集中控制包括程序启机、停机、集中连锁、事故闭锁、报警、信号、单机启停、就地解锁等；全厂设备以3种模式运行：顺序控制、单机集中控制及单机就地控制。手动集控方式可以按需要随时开、停任一设备，对工艺参数进行设定和人工干预可调控参数。通过对采集的工艺参数进行处理，自动形成工艺参数的工况历史曲线，与控制指标所做出的报警线相比较，如遇“超限”则实时报警，及时调控有关参数。该系统还可以准确诊断故障地点，故障种类，故障发生时间，了解故障排除情况。故障种类包括监测设备短路、过载，离心机油压，胶带机跑偏、打滑、撕裂，溜槽堵塞等各种故障。

1.3 重介、压滤及药剂管理系统

密度实现自动调节，所有桶位、料位、液位、压力、密度、浓度做到自动平衡控制和监测。其中所有的桶位控制、合格介质密度控制、分级浓缩旋流器的压力控制等关键参数必须形成PID回路控制模式。对快开隔膜压滤机、浓缩机、絮凝剂制备添加系统实现自动控制，主要参数自动采集、调节，并能动态阅览选煤厂主要设备运行状况。对各种报警自动进行记录，事故报警历史记录时间不低于30d。通过对采集的煤仓料位、各种液位进行检测，形成柱状图，指导工艺系统设备的开停，减少设备空机运转时间，稳定了产品质量，提高了工艺系统的效率。对主要工艺参数进行统计和分析，自动形成各主要参数的变化趋势和历史曲线；合格介质密度、所有皮带秤的流量等以模拟量信号上传到控制系统的参数必须形成历史曲线，可以连续累加的参数要形成任意时间段的自动统计。

1.4 自动计量系统

将密度计、液位计、压力传感器、流量计、胶带秤信号等纳入集控系统。

1.5 通讯系统技术与工业电视监控系统

全厂采用无线对讲调度通信系统，实现通讯畅通。工业电视采用视频数字压缩方式上传至选煤厂计算机管理网络，各网络工作站可实时调看所有的工业电视信号。

1.6 照明

现场不设照明开关单层建筑物独立控制，而是采用PLC控制系统实现远程、自动(时间控制)启停。

1.7 安全监测保护及火灾监测和预防

各设备均有必要的安全检测保护，在安全检测系统中配置瓦斯与一氧化碳传感器。在高低压配电室、电缆桥架、电缆沟设置火灾自动监测报警系统。

电气控制系统、集中控制系统、通讯上传等自动化，为实现选煤厂智能化奠定了坚实的基础，升级改造是为了整合、提升，并需要设置现场硬件及软件管理系统和平台。

2 创建智能化选煤厂的思路

根据工艺特性，将选煤厂分割为若干模块，通过现场监测等手段将数据集中于平台和管理系统中。

2.1 网络建设

采用3层网络架构，包括设备层、控制层、执行层。选煤厂现有子系统都是各自敷设光缆后接入选煤厂集控室，为方便将来选煤厂的扩展升级，统一布置了有线和无线4G网络。

2.1.1 有线网络建设

已有系统维持现状，为将来其他有线系统的扩展加入，对选煤厂现有的网络进行统一规划，在各个车间之间采用多芯光缆建立主干光纤网，各新系统或新设备单独配置相应的接入交换机、汇聚交换机和核心交换机。

2.1.2 无线4G专用网络搭建

在选煤厂搭建无线4G专用网络覆盖整个矿区(仅覆盖地面部分，不含地下部分)，方便移动操作终端、PAD、CPE等设备的接入及信号传输，实现移动终端在选煤厂的移动操作、移动监视、移动管理和移动智能决策。

2.2 终端应用

根据4G专网网络通讯模式、数据通讯数据量、人员使用条件，并结合项目投资以及性价比，智能终端选型将满足生产要求。智能终端实现对讲、检修工单推送、移动办公等功能，全厂岗位人员人手1台(如图1)。移动控制平板实现现场移动控制，代替了集控员集控室控制；系统状态实时监控，历史数据查询；由现场专业工程师配发，监测生产情况(如图2)。

图1  智能终端

图2  移动控制平板

2.3 设备在线监测

以人工和在线点检相结合的方式对设备进行故障智能诊断。在被监测设备的合适位置设置无线温度传感器、红外测温传感器或无线温度振动一体传感器，并采用可调节的频率间隔发送数据至无线网关。无线网关收集存储设备运行过程中的各类信号，通过光纤、4G等方式最终将数据传输至设备状态监测服务器，实现对设备振动、温度参数的监测与分析。在线监测通过对自动采集设备运行状态的数据，对比设备的健康状态标准进行智能分析，根据设备状态自动推送不同等级报警信息至手持终端，使设备故障隐患在第一时间得到处理(如图3)。

图3  设备在线监测

2.4 能源管理

2.4.1 电耗管理

为了解生产过程的耗电情况，分别在每台高压配电柜、低压进线柜安装多功能电表，并将耗电量信息采用通讯方式接入集控系统，为MES系统进行电耗分析提供数据基础。

2.4.2 介耗管理

为统计分析生产过程的介耗情况，构建的智能抓介系统分为介质堆识别、吸介策略和电磁吸盘运行控制3个方面。介质堆识别主要为：结合介质库粉尘和湿度条件，优化选择激光距离传感器的参数；吸介结合建立的堆体表面模型，运用路径规划算法，选取最优化介质吸取点；电磁吸盘选用电控强力吸盘，采用变频控制器，利用双脉冲前馈防摇摆控制原理合理高效地控制吸盘的摇摆。统计每次加介数据，采用通讯方式将介耗信息接入集控系统，为MES系统进行介耗分析提供数据基础。

2.4.3 水耗管理

为掌握生产过程的用水量情况，分别在循环水池补加清水进水管、主厂房及介质库各种桶的补加水管、主厂房冲洗水管等管路上安装电磁流量计，并将水量信息(瞬时流量、累积流量)上传至集控系统，为MES系统提供水耗分析数据。

2.4.4 药剂管理

采用智能加药系统，自动采集煤泥水特性数据(由后台策略机给定)，根据煤泥性质自动加药，实现煤泥水处理环节的智能精准控制，减少药剂消耗，提高煤泥水处理效率。

2.5 视频联动

实现WEB方式浏览；通过智能手机播放(RTSP协议)；通过管理中心平台实时浏览；录像文件可直接播放(VLC/CorePlayer/暴风影音等)。视频信号自动跟随正在启机的重要设备或危险性较高的设备显示实时画面。可与PLC报警联动控制，可以启动相近的摄像机调整摄像方向对报警设备进行监控。提供全天候及全方位的画面监视功能。各类终端可以实现多画面显示，多个画面之间的操作相互独立。

2.6 智能停送电管理

智能化停送电平台是利用移动通信终端，借助无线4G专网，对停送电流程进行信息化、智能化升级，实现停送电业务的自动流程化管理，实现电子停电牌、电子记录、无纸化停送电作业。根据设备间逻辑关系和生产连接关系制定停送电智能化管理逻辑，实现自动判断、职能审批，减少人为误判疏漏。整体方案分为门禁系统和停送电管理模块。

2.7 平台建设

根据选煤厂生产调度指挥现状，建立统一的调度指挥中心，整合生产集控、安全监测等子系统，实现各个子系统之间数据共享和信息融合，从而实现统一调度、指挥和管理。

调度指挥中心与MES系统为互补关系。MES系统是所有子系统数据的处理、加工、筛分中心，通过MES系统中的大数据分析、数据挖掘、算法模型的决策有效指导生产；而调度指挥中心则提供了友好的人机界面，不但全面显示所有系统信息、设备信息、人员信息、生产过程信息，还实现人与机器、人与系统的无缝沟通，从而达到智能指导、智能选煤、智能生产的目标。系统管理包括对用户信息、用户权限、系统运行基础数据及运行日志、智能工作台、智能工作流、任务推送、生产看板等内容的管理。

3 生产工艺智能化

3.1 智能重介系统

重介选煤的密度控制是一个多参数、多任务、多设备同时参与的监控系统。不但要求发生在系统内的扰动能快速稳定，而且在原煤的灰分、煤泥含量等发生变化时，能自动调节控制系统以满足煤质要求。

在生产实际操作中，传统的重介选煤自动化控制多为单一环节的自动跟踪调控，如密度保持稳定、液位稳定等，相互之间没有建立内在的平衡关系。而智能重介分选不仅要精准调控某个生产环节的指标，而且要通过数学模型分析，建立指标之间的内在关联关系，从系统总体平衡的基准出发，实现智能分选。智能重介调控指标主要包括合介桶液位和悬浮液密度。

3.1.1 悬浮液密度控制智能化

密度控制系统的目标是实现密度在线动态自动调节，其技术路线：建立的数学模型可根据产品灰分数据，自动调节密度整定值，对比介质密度的给定值与检测的实际进入合格介质桶的密度值，经过PLC的数学运算，其输出控制电动调节阀的动作决定电动调节阀和电动执行器的开度以控制加水量，达到稳定介质密度的作用，保证分选效果。

(1) 过程变量大于设定值。如果介质密度高，经浅槽分选后，将会使部分矸石进入精煤，精煤质量降低。这时，经调节运算输出的4～20mADC信号传到加水调节阀，打开该阀，向管内加水。经过这一动态调节，使密度等于设定值，加水阀维持新的平衡状态。

(2) 过程变量小于设定值。如果介质密度低，经浅槽分选，部分精煤进入矸石系统，使精煤产率降低。这时，经调节器运算输出的4～20mADC信号传到加水调节阀，减少加水量，以达到工艺流程所需的设定密度值。

3.1.2 合格介质桶液位控制

液位过高，会溢出跑介；液位过低，会造成打空泵现象，入料不稳定。合格介质桶液位应保持在30%～40%，当系统检测到合格介质桶液位低时，自动补水、加介或减少分流箱开度，具体采用哪种方式，由智能策略选择最佳的途径，指导生产调节；当合格介质桶液位高时，打开分流箱开度以增大分流。且停机前把合格介质桶液位调到30%以下，以防止停泵时介质桶出现溢流。

3.2 智能浓缩系统

浓缩系统加药现状：旧系统非自动，新系统自动。对现有浓缩系统升级，增加通讯模块、浓度计、流量计、界面仪、计量泵等设备。具体实施如下：

(1) 在浓缩机入料管增加浓度计，检测入料浓度。

(2) 在各入料管加装电磁流量计检测入料流量，根据流量和浓度获得干煤泥量；增加通讯模块，将加药机、浓缩机相关信息纳入集中控制系统，根据界面仪反馈的数据自动调节加药机加药量，以达到闭环控制的效果。

(3) 在各浓缩机加药管路处增设计量泵，管径为DN50，用于控制药剂的添加量。

(4) 在每台浓缩池增设界面仪，在线监测循环水的澄清层和压缩层界面变化情况。

(5) 为保证系统的灵活性与可靠性，加药系统将设置2种操作模式：自动控制、手动控制。通过选择实现模式切换，防止因设备故障而影响生产。

(6) 将浓缩机与加药机实现联锁控制。

3.3 智能压滤系统

压滤系统现状：当前选煤厂共5台压滤机，已经实现的自动化功能包括：压滤机和上游搅拌桶、下游刮板形成单机系统；搅拌桶和底流泵之间实现自动启泵、停泵的功能；对压滤系统的远程控制。并配置岗位工对压滤机工作情况和效果进行巡检。

(1) 增加通讯模块，实现压滤机与集控系统的通讯，获取压滤机的实时运行信息。

(2) 所有压滤机单机控制系统已实现自动入料、卸料。对于可能出现的卸料不完全情况，及时进行提示，要求巡岗人员进行确认才能进入下一步流程，以保证设备安全完成卸料，否则，将此压滤机退出排队系统。对于出现其他故障现象的压滤机自动停机并自动退出排队系统，故障排除后再次进入排队系统进行有序工作。

(3) 对于集群操作方面，系统软件选择需要投运的系统，系统将根据设定的时间自动间隔排队运行，确保实现同时单台或多台压滤机放料。保证入料、排料有序进行，也可降低人员巡岗难度。

(4) 选煤厂煤泥自动化压滤系统由调度室集中操作，同时集控室操作画面上可看到压滤机的实时运行信息，岗位工也可根据需要通过触摸屏就地进行相关操作。由操作人员对系统运行和控制方式进行选择，以实现集中控制单台和多台压滤机的启动和自动顺序启停功能。

4 智能化选煤厂的实践效果

通过实施智能化管理，选煤厂的电力消耗、介质消耗、药剂消耗、设备备件消耗等可控成本合计下降了0.52元/t，每年可节约生产成本780万元，人力资本降低了17.5%，环境保护成本减少21%。生产系统运行效率提升5%以上，日均生产时间由18h缩短至17h，可控成本同比下降5%，其中电力消耗减少10%。将生产系统中11个巡视岗位变为4名专业工程师进行现场巡诊，共计减少了21人，真正将无人则安的安全理念落到了实处。职业健康有效改善，在岗员工每天减少168h直接接触粉尘、噪声时间。岗位巡视变为专业工程师巡诊，强化了设备诊断维护力量，促进了小岗位大维护的良性发展。

◎作者简介：孙银辉(1979—)，男，内蒙古通辽人，2001年毕业于包头钢铁学院煤炭综合利用专业，神华包头能源有限责任公司万利一矿选煤厂工程师。

◎引用格式：孙银辉．智能技术推动下创建智能化选煤厂的思路与实践［J］．煤炭加工与综合利用，2020(4)：11－15．