重介洗選過程控制的調(diào)節(jié)大多局限于PID調(diào)節(jié)，洗選控制系統(tǒng)存在多變量、強(qiáng)耦合、大滯后的特點(diǎn)，易使控制指標(biāo)形成較大波動(dòng)。團(tuán)隊(duì)為解決該問題，將MPC模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)（圖1）應(yīng)用于選煤廠重介分選過程控制，研究適用于存在隨機(jī)性干擾、大滯后和帶約束條件的多變量閉環(huán)系統(tǒng)辨識(shí)方法，建立了適用于多工況的在線遞推辨識(shí)以及在線抗干擾遞推辨識(shí)傳遞函數(shù)模型；基于辨識(shí)得到的過程控制模型，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)矩陣控制算法模型預(yù)測(cè)控制器，實(shí)現(xiàn)了重介分選精煤灰分的穩(wěn)定控制，精煤灰分波動(dòng)＜±0.5%，精煤產(chǎn)品回收率可提高0.98%。

選煤廠室內(nèi)場(chǎng)所占比較大，環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)的定位技術(shù)為了保證定位精度，需要鋪設(shè)大量基站，且硬件成本相對(duì)較高、易受遮擋。基于上述原因，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了以地磁定位為核心，融合多源信息的“磁耘”人員定位系統(tǒng)（圖2），該系統(tǒng)具有無需弱電和入網(wǎng)施工、成本低、易維護(hù)、不易受遮擋和干擾、定位結(jié)果連續(xù)穩(wěn)定可靠、精度高、斷網(wǎng)斷電仍可定位等優(yōu)勢(shì)，定位精度<1m。

為解決選煤廠日常檢修過程中停送電的工作效率、安全性等問題，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了低壓停送電智能操作機(jī)器人（圖3），該機(jī)器人融合了激光導(dǎo)航、模式識(shí)別、無線信號(hào)傳輸、智能控制、機(jī)電控制等多種技術(shù)手段，配套六自由度機(jī)械臂對(duì)低壓抽屜回路進(jìn)行推入/抽出操作。采用激光SLAM+慣性的組合導(dǎo)航控制方案，自動(dòng)生成環(huán)境地圖，且適應(yīng)周圍環(huán)境動(dòng)態(tài)變化；操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由機(jī)械臂、末端工裝、智能相機(jī)以及機(jī)械臂控制器組成，操作準(zhǔn)確率100%。

中選自控在2012年就開發(fā)了選煤廠iCoalMES智能管理決策平臺(tái)（圖4），是行業(yè)內(nèi)同類軟件最早的開發(fā)者之一，團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上基于基礎(chǔ)自動(dòng)化、智能控制、智能檢測(cè)等業(yè)務(wù)，依托高效、安全、無死角的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，建設(shè)現(xiàn)代化云平臺(tái)與數(shù)據(jù)中心，以數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)管理的信息化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化，將生產(chǎn)管理過程與生產(chǎn)控制過程緊密結(jié)合，以生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)指導(dǎo)管控業(yè)務(wù)，提高管理效率、降低管理成本、優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)、制定最佳生產(chǎn)組織方式。

MPC模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)在山東能源集團(tuán)棗莊礦業(yè)集團(tuán)有限公司三河口選煤廠實(shí)現(xiàn)了選煤行業(yè)的首次應(yīng)用示范，后續(xù)多個(gè)智能化項(xiàng)目也相繼使用，實(shí)現(xiàn)了重介分選精煤灰分的穩(wěn)定控制，精煤灰分波動(dòng)<±0.5%，精煤產(chǎn)品回收率提高0.98%，同時(shí)降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了選煤廠生產(chǎn)過程固定崗位的“無人或少人值守，有人巡視”，達(dá)到了智能化控制與生產(chǎn)優(yōu)化的目的，提升了企業(yè)生產(chǎn)管理決策的智能化水平。重介智能洗選系統(tǒng)界面如圖5所示。

“磁耘”人員定位系統(tǒng)（圖6）在國(guó)能包頭能源有限責(zé)任公司李家壕選煤廠率先投入使用，后續(xù)在國(guó)能包頭能源萬利一礦韓家村選煤廠、陜煤集團(tuán)神木紅柳林礦業(yè)有限公司選煤廠相繼使用。該系統(tǒng)除定位、一鍵報(bào)警、人員誤入危險(xiǎn)區(qū)域報(bào)警、超時(shí)滯留等常用功能，還具備暈倒昏迷、高空跌落等人員異常情況自動(dòng)識(shí)別報(bào)警等功能，為人員安全提供了一層保障，為選煤廠安全管理提供有力支持，助力選煤廠安全生產(chǎn)。

圖6 “磁耘”人員定位系統(tǒng)界面

低壓停送電智能操作機(jī)器人（圖7）是業(yè)內(nèi)首臺(tái)低壓操作機(jī)器人，在陜西神延煤炭有限責(zé)任公司西灣煤礦選煤廠投入使用，機(jī)器人操作停送電準(zhǔn)確率100%，定位精度10mm，停送電時(shí)間效率提高80%以上，同時(shí)配電室無需配置巡檢人員，實(shí)現(xiàn)了無人值守的配電室。低壓停送電操作機(jī)器人后續(xù)在陜煤集團(tuán)神木紅柳林礦業(yè)有限公司選煤廠、國(guó)能榆林能源有限責(zé)任公司青龍寺選煤廠相繼使用。

選煤廠iCoalMES智能管理決策平臺(tái)（圖8），在國(guó)能準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司準(zhǔn)能選煤廠、國(guó)能準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司哈爾烏素選煤廠，國(guó)能包頭能源李家壕煤礦選煤廠投入使用，覆蓋了生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售、經(jīng)營(yíng)全環(huán)節(jié)，以選煤智能為核心，打造全域感知、全局協(xié)同、全線智能的智能選煤廠體系，全面推進(jìn)選煤廠數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，深入挖掘數(shù)據(jù)帶來的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)選煤廠設(shè)備智能運(yùn)行與運(yùn)維、狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)、過程智能控制、工藝參數(shù)智能設(shè)定、管理智能精細(xì)和決策智能調(diào)節(jié)的目標(biāo)。

汽車智能裝車系統(tǒng)包含汽運(yùn)銷售管理系統(tǒng)、定量裝車系統(tǒng)。汽運(yùn)銷售管理系統(tǒng)在山西焦煤霍州煤電集團(tuán)有限公司呂臨能化選煤廠、國(guó)能包頭能源李家壕煤礦選煤廠得到了成功應(yīng)用，該系統(tǒng)使原來的3班12人減少為目前的3人；定量裝車系統(tǒng)在神延煤炭西灣煤礦選煤廠、淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司渦北選煤廠投入使用，平均單輛裝車速度提升了1/3，裝車合格率98.3%，實(shí)現(xiàn)了有人監(jiān)視、無人操作的智能化裝車新模式，提高了工作質(zhì)量及裝車效率，降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。汽車智能裝車場(chǎng)景如圖9所示。

智能視頻分析技術(shù)（圖10）在焦作煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司趙固二礦選煤廠、山西天地王坡煤業(yè)有限公司洗選廠等10余個(gè)智能化選煤廠項(xiàng)目投入使用。智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用為選煤廠安全生產(chǎn)管理提供了有力的保障，防止事故發(fā)現(xiàn)不及時(shí)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖10　智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景及檢測(cè)精度

智能化的發(fā)展建設(shè)過程中總會(huì)遇到各種各樣的技術(shù)難題，但團(tuán)隊(duì)成員從來沒有認(rèn)輸過?！稗k法總比困難多，有條件要上，沒有條件創(chuàng)造條件也要上！”這是團(tuán)隊(duì)每個(gè)人發(fā)自內(nèi)心的共識(shí)。

為了克服因洗選系統(tǒng)工藝參數(shù)變化產(chǎn)生的隨機(jī)性干擾技術(shù)難題，團(tuán)隊(duì)與大連理工大學(xué)進(jìn)行了深度的產(chǎn)學(xué)研合作，項(xiàng)目成員與算法專家全程對(duì)接，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了幾個(gè)月的研究調(diào)試，山東能源三河口礦業(yè)公司選煤廠也積極配合進(jìn)行各類煤質(zhì)化驗(yàn)，參與制定研究方案。針對(duì)系統(tǒng)大滯后問題，團(tuán)隊(duì)結(jié)合先驗(yàn)知識(shí)添加激勵(lì)信號(hào)測(cè)試，根據(jù)激勵(lì)信號(hào)測(cè)試動(dòng)態(tài)響應(yīng)確定滯后時(shí)間；同時(shí)利用原煤灰分浮沉化驗(yàn)數(shù)據(jù)劃分工況，構(gòu)建滑模函數(shù)及評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了不同工況模型無擾切換；基于辨識(shí)得到的過程控制模型，設(shè)計(jì)了基于動(dòng)態(tài)矩陣控制算法的模型預(yù)測(cè)控制器，最終實(shí)現(xiàn)了重介選煤生產(chǎn)過程合介密度的動(dòng)態(tài)調(diào)整與提前預(yù)測(cè)。

“磁耘”人員定位系統(tǒng)屬于軍用技術(shù)在民用領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，但面對(duì)選煤廠這種工業(yè)場(chǎng)景應(yīng)用，雖然技術(shù)原理可行，但仍有一些關(guān)鍵技術(shù)需要研究和驗(yàn)證。為此，團(tuán)隊(duì)專門成立了技術(shù)攻關(guān)組駐場(chǎng)測(cè)試，累計(jì)測(cè)量區(qū)域面積超過百萬平方米，驗(yàn)證場(chǎng)景上千個(gè)，提出了一套基于磁阻傳感器的參數(shù)自適應(yīng)校正方法，以降低磁阻傳感器的測(cè)量誤差。另外，研究表明周圍環(huán)境中的干擾磁場(chǎng)主要來源于電氣設(shè)備，團(tuán)隊(duì)通過提高磁阻傳感器的采樣頻率、優(yōu)化低通濾波器設(shè)計(jì)參數(shù)等技術(shù)手段，把工作環(huán)境中的干擾磁場(chǎng)進(jìn)行了較好的分離，保證了地磁定位性能。

研究初始，低壓停送電智能操作機(jī)器人的研發(fā)參考了較為成熟的中壓柜操作機(jī)器人，但經(jīng)過團(tuán)隊(duì)對(duì)低壓配電柜操作機(jī)器人的研究和反復(fù)探討，一致認(rèn)為該款機(jī)器人與中壓柜的操作機(jī)器人相比難度較大。相較于中壓柜，低壓柜的操作方式及抽屜模數(shù)具有多樣性，為此，團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室采購(gòu)了一批包含多種操作方式、多種抽屜模數(shù)的配電柜，反復(fù)討論、驗(yàn)證最佳的解決方案，不斷地嘗試改造低壓操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，用時(shí)6個(gè)月，最終確定1版可自動(dòng)識(shí)別抽屜操作方式、抽屜模數(shù)，同時(shí)根據(jù)抽屜操作方式自動(dòng)更換末端操作工裝的高適應(yīng)性低壓停送電智能操作機(jī)器人。

選煤廠iCoalMES智能管理決策平臺(tái)的建設(shè)需要多元化的人才，既要熟知生產(chǎn)業(yè)務(wù)，也少不了網(wǎng)絡(luò)、軟件開發(fā)、自動(dòng)控制及電氣等跨學(xué)科的知識(shí)融合，還要具有生產(chǎn)管理、決策分析等思維能力。團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以學(xué)促干、以干踐行，解決了數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡(luò)互通、生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)同、業(yè)務(wù)層的聯(lián)動(dòng)、數(shù)據(jù)分析、智能決策等一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，最終打造了集生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)控制、管控一體化的選煤廠iCoalMES智能管理決策平臺(tái)。

中選自控聚焦發(fā)展質(zhì)量效益，重點(diǎn)突出凈利潤(rùn)、科技投入強(qiáng)度、全員勞動(dòng)生產(chǎn)率等關(guān)鍵指標(biāo)，構(gòu)建人才存量結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化、人才增量向新興產(chǎn)業(yè)及重點(diǎn)崗位傾斜的員工健康配置機(jī)制，專業(yè)技術(shù)人才占比達(dá)到65%以上。

為激發(fā)科技人才隊(duì)伍的創(chuàng)新積極性，中選自控下發(fā)《平頂山中選自控系統(tǒng)有限公司科技項(xiàng)目管理辦法》和《平頂山中選自控系統(tǒng)有限公司科技創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)辦法》2個(gè)科技管理制度為科技創(chuàng)新保駕護(hù)航。2021年以“揭榜掛帥”形式發(fā)布了16個(gè)智能化選煤廠建設(shè)的技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目。其中，8個(gè)課題由團(tuán)隊(duì)成員自主開發(fā)，8個(gè)課題分別與大連理工大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等高校合作完成。

團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)與高校合作，持續(xù)加大產(chǎn)學(xué)研科技合作平臺(tái)建設(shè)，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研深度融合，陸續(xù)開展了與大連理工大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、河南理工大學(xué)、平頂山城建學(xué)院等一批高校的合作，提高科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化水平，開辟發(fā)展新領(lǐng)域、新賽道，不斷塑造團(tuán)隊(duì)發(fā)展的新動(dòng)能、新優(yōu)勢(shì)。

中選自控發(fā)揮在選煤廠智能化領(lǐng)域的科技優(yōu)勢(shì)，整合資源，加快智能化選煤廠建設(shè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展；強(qiáng)化科技攻關(guān)提升自主創(chuàng)新能力，在重大基礎(chǔ)理論、應(yīng)用基礎(chǔ)、關(guān)鍵核心技術(shù)和“卡脖子”難題上取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，不斷提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

研究方向以選煤核心業(yè)務(wù)為重點(diǎn)，開發(fā)選煤智能化工具，構(gòu)建完整的智能化體系。依托大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)與云計(jì)算智能環(huán)境，采用性能可靠的智能裝備，實(shí)施洗選加工全流程智能控制，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全過程MES智能管理，多維度全方位的信息資源融合共享、智能決策。

中選自控堅(jiān)持以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以客戶為中心，抓好選煤廠智能化的研究和經(jīng)營(yíng)工作，在選煤廠智能化建設(shè)方向取得較大突破，有力地保證了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)穩(wěn)中有序開展，盈利能力持續(xù)增強(qiáng)。

未來3年，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)推進(jìn)智能化選煤廠智能管理與控制技術(shù)升級(jí)，開展一體化管控平臺(tái)、洗選過程閉環(huán)控制技術(shù)、選煤廠生產(chǎn)輔助及保障技術(shù)、選煤廠智能控制裝備等方面的研究。推進(jìn)選煤大數(shù)據(jù)及專家知識(shí)技術(shù)研究，逐步搭建行業(yè)領(lǐng)先的大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)及專家知識(shí)系統(tǒng)；開展煤質(zhì)智能分析與產(chǎn)品預(yù)測(cè)平臺(tái)模塊研究，形成一套可本地、云端部署的，面向煤炭企業(yè)的煤質(zhì)分析、產(chǎn)品及效益預(yù)測(cè)、生產(chǎn)方案優(yōu)化分析模塊化產(chǎn)品，填補(bǔ)智能化選煤廠煤質(zhì)智能分析、產(chǎn)品預(yù)測(cè)及生產(chǎn)方案自主優(yōu)化板塊的空白，為選煤廠智能化建設(shè)注入強(qiáng)勁動(dòng)力。