重介分选智能化控制技术的研究与应用

陈德奋，李丽丽，孟 涛，朱思斌，李 旭，刘正学

(枣庄矿业集团 三河口矿业公司选煤厂，山东 枣庄 277000)

1 概 述

煤矿智能化是煤矿综合自动化发展的新阶段，按照《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》(发改能源〔2020〕283号)、《山东省煤矿智能化建设实施方案》(鲁能源煤炭字〔2019〕280号)及《智能化煤矿(井工)分类、分级技术条件与评价指标体系》等文件要求，建立智能化选煤系统，实现智能选煤过程管控常态化运行，建立满足指导生产及参数调整要求的数学分析模块，实现全系统生产实时智能管控，工艺参数实时智能调整，分选效果智能预判，做到产品质量稳定受控是目前选煤厂的发展方向。

三河口选煤厂按照智能建设标准要求，结合自身实际，坚持“总体规划、分步实施、重点突破、务求实效”的基本原则，利用物联网、互联网、大数据技术，从重介分选各环节的智能化控制技术入手，着力打造示范型智能化选煤厂。

2 重介分选各环节的智能化控制技术研究与应用

2.1 重介分选密度的智能控制

该控制系统是通过在线测灰仪与采样机的有机结合，采样机布置于综合精煤产品胶带机。采样机与浮选精煤卸料刮板机联动，浮选精煤卸料时停止采样，保证所采样品全部为重介精煤，并通过测灰仪的现场精准标定，实现重介精煤煤质的快速检测、精准分析；通过压差式密度计、磁性物含量计，检测当前旋流器悬浮液实时密度、磁性物含量；分别根据不同煤层原煤浮沉试验数据，建立浮沉组成数学模型，开发基于MPC先进控制算法的重介悬浮液密度智能控制系统，通过灰分指标反馈PLC控制系统，PLC对现场仪器仪表信号进行采集和精准控制，实现了密度的高精度控制，同时自动补水和自动分流无扰切换，扩大了密度调控范围，为灰分回控奠定了坚实基础；设自动、智能两种控制模式，实现灰分与密度的闭环控制。密度自动设定上位机转化界面如图1所示。

图1 密度自动设定上位机转化界面

本控制系统中的控制重点和难点是根据3上、3下煤不同煤质数据建立不同工况下辨识模型，精确标定先进控制算法的控制时域、预测时域，消除不同密度级工况下控制超调量问题。三河口选煤厂通过此项目的实施，实现了密度—灰分的智能闭环控制，稳定了产品质量，提高了重介精煤的质量和产率，实现选煤厂的优质高效运作。

2.2 智能给煤与智能节能控制

为实现智能给煤与节能控制，三河口选煤厂利用入选原料煤在线质量检测数据与实际分选密度结合，建立各产品产率数学模型；分析给煤量与各台给煤机供料频率以及精煤、中煤、矸石生产量与频率关系，开发智能给煤与节能控制系统平台，通过控制系统参数与底层PLC变量之间的通讯，智能控制供料及产品胶带机运行频率，实现空载低速、重载智能调速，使系统达到最佳处理能力和运输设备的节能控制。

2.3 重介旋流器智能防堵塞控制系统

由于入洗原煤不可避免的超粒或杂物进入选煤系统，在生产中经常出现旋流器二段堵塞的情况，如不及时发现会使大量原煤进入精煤(筛)，造成精煤产品质量事故的发生。为及时发现旋流器堵塞问题，三河口选煤厂研究出了一套旋流器二段入料口堵塞报警控制系统，在生产中协助集控人员及时发现堵塞问题，并代替岗位司机完成智能巡检功能。

本系统主要依靠巡检机器人采集矸石筛筛面视频信号并进行对比分析，再配合控制系统中重介旋流器的悬浮液入料压力变化曲线、入洗胶带机给煤情况等数据作为共同分析数据，准确及时地判断重介旋流器是否有堵塞故障。若有，集控室的上位机操作界面就会弹出报警信息，巡检机器人快速准确到达报警位置，同时结合语音系统发出语音报警，并自动停止给煤，以最快的速度、最少的影响范围结束事故影响，避免了因堵塞造成的煤质波动。

本系统主要由智能AI视频分析系统、巡检机器人系统、区域入侵广播系统3部分组成。智能AI视频分析系统采集正常和非正常生产的视频图像，通过预处理、样本清洗、打标签、模型搭建及训练调试，最终确认为深度学习模型。巡检机器人运行状态如图2所示。

图2 巡检机器人运行状态

重介旋流器智能防堵塞控制系统在三河口重介选煤厂的研发应用，解决了重介旋流器堵塞造成精煤产品质量事故的问题，保障了生产的可靠性和产品质量的稳定性，实现了巡检机器人在这一领域的新突破。

2.4 智能巡检

三河口选煤厂在脱介筛、配电室、胶带运输机等处进行了智能巡检机器人系统的研发并投用，实现智能巡检。

(1)脱介筛智能巡检机器人系统，能够取代巡检工对重介旋流器堵塞的迅速判断并停止给煤，避免了因堵塞造成的煤质波动。日常对筛子进行巡检，在筛子出现故障时快速到达故障位置，帮助调度室人员判断事故原因。该系统还有区域入侵报警功能，当设备带电情况下，有人员在筛子附近的危险区域，系统就会报警，并现场语音扩音广播提醒，做到多网合一，配合办公。

(2)智能配电巡检机器人系统，主要包括集中控制远程分合闸系统、选煤厂网管式停送电控制系统、巡检机器人系统、综保后台管理系统4部分，通过共同配合，PLC控制系统实现对低压660 V开关远程分合闸，实现精准有效的远程停送电。

集中控制远程分合闸系统与选煤厂主洗系统共用1套PLC，主要由西门子416H PLC、上位机WINCC 7.3、下位机Step 7 5.4及通讯模块 I/O模块组成，通过PLC对电动操作机构进行远程分合。

选煤厂网管式停送电控制系统，是基于三河口选煤厂开发的智能化软件决策平台终端服务系统，在该系统单独设立停送电管理模块，依据选煤厂的停送电制度，实现停送电申请的电子流程，在回路停送电流程审批完成后，由操作员远程操作需要停送电设备。

巡检机器人的配置包括巡检机器人本体、智能终端监控软件、轨道及其他辅助设施。智能终端控制软件与机器人进行通信，显示机器人发送的视频以及各巡检数据，并能够下发控制指令，控制机器人的巡检方式、运动方向，设置各传感器的报警阈值等。

综保后台管理系统通过485总线通讯方式采集各设备回路电机综合保护器实时数据，并通过以太网方式接入智能配电巡检机器人系统。当某一配电回路产生报警时，系统给巡检机器人发定位指令，巡检机器人自主移动到报警回路位置，并将视频、音频信号上传至集控中心。图3为远程停送电控制界面。

图3 远程停送电控制界面

三河口选煤厂智能配电巡检机器人系统的投入使用，实现了精准有效的远程停送电、智能化巡检和无人化值守，提高了工作效率，降低了生产成本，减轻了职工劳动强度，在提高重要设备巡维质量的同时，增加了人机安全可靠性。

(3)胶带机巡检机器人系统，主要由机器人本体、基站、轨道系统和地面工作站组成。机器人本体吊挂在轨道上在巷道内往复运行，能够完全代替巡检工可靠巡检。机器人搭载多种传感器，实时采集现场的图像、声音、红外热像及温度、烟雾、多种气体浓度等参数；机器人具有智能识别功能，采用智能感知关键技术算法，能够准确判断设备当前运行状态，并基于大数据分析预警技术，对胶带输送机运行故障超前预判、预警。与胶带输送机保护系统联动，实现对胶带机的故障视频识别、工控视频联动、自动预警、岗位巡查监督等功能；接入工业以太网环网，实现调度监控中心对带式输送机的远程监视，实现了偏远岗点可“无人值守”的先进的运输系统。

2.5 智能运维

三河口在重点设备关键部位安装了温度、振动、料位、液位、流量、密度、浊度、磁性物含量、称重、速度、压力、测灰仪等传感器，实现了对生产现场的实时检测，通过各传感器使用可以对重点设备做到提前预防、及时处理，避免设备事故的发生。图4是设备的温度振动检测界面，可以看到温度振动的实时检测数据，并进行统计、查询和故障报警。

图4 设备的温度振动检测界面

3 结 语

三河口选煤厂通过一系列的智能化技术研究与应用，重介分选智能水平得到进一步提升，实现预测性检修，降低点检人员工作量，提高效率，减少非计划停机时间，降低维护成本；减少人员对生产流程的干预，提高了生产的稳定性和产品质量的稳定性，节能、提质、增效；实现了岗位管理由“专人值守”到“无人值守、专人巡视”的集约化模式转变。选煤厂智能化还有很长路要走，未来在保证选煤生产安全前提下，实现选煤信息精细化、选煤工艺最优化和选煤决策智能化将是选煤人研究的课题。