重介洗選過(guò)程控制的調節大多局限于PID調節，洗選控制系統存在多變量、強耦合、大滯后的特點(diǎn)，易使控制指標形成較大波動(dòng)。團隊為解決該問(wèn)題，將MPC模型預測控制技術(shù)（圖1）應用于選煤廠(chǎng)重介分選過(guò)程控制，研究適用于存在隨機性干擾、大滯后和帶約束條件的多變量閉環(huán)系統辨識方法，建立了適用于多工況的在線(xiàn)遞推辨識以及在線(xiàn)抗干擾遞推辨識傳遞函數模型；基于辨識得到的過(guò)程控制模型，設計動(dòng)態(tài)矩陣控制算法模型預測控制器，實(shí)現了重介分選精煤灰分的穩定控制，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(chǎng)室內場(chǎng)所占比較大，環(huán)境復雜，傳統的定位技術(shù)為了保證定位精度，需要鋪設大量基站，且硬件成本相對較高、易受遮擋。基于上述原因，團隊開(kāi)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（圖2），該系統具有無(wú)需弱電和入網(wǎng)施工、成本低、易維護、不易受遮擋和干擾、定位結果連續穩定可靠、精度高、斷網(wǎng)斷電仍可定位等優(yōu)勢，定位精度<1m。

為解決選煤廠(chǎng)日常檢修過(guò)程中停送電的工作效率、安全性等問(wèn)題，團隊開(kāi)發(fā)了低壓停送電智能操作機器人（圖3），該機器人融合了激光導航、模式識別、無(wú)線(xiàn)信號傳輸、智能控制、機電控制等多種技術(shù)手段，配套六自由度機械臂對低壓抽屜回路進(jìn)行推入/抽出操作。采用激光SLAM+慣性的組合導航控制方案，自動(dòng)生成環(huán)境地圖，且適應周?chē)h(huán)境動(dòng)態(tài)變化；操作執行機構主要由機械臂、末端工裝、智能相機以及機械臂控制器組成，操作準確率100%。

中選自控在2012年就開(kāi)發(fā)了選煤廠(chǎng)iCoalMES智能管理決策平臺（圖4），是行業(yè)內同類(lèi)軟件最早的開(kāi)發(fā)者之一，團隊在此基礎上基于基礎自動(dòng)化、智能控制、智能檢測等業(yè)務(wù)，依托高效、安全、無(wú)死角的統一網(wǎng)絡(luò )架構，建設現代化云平臺與數據中心，以數據和業(yè)務(wù)驅動(dòng)生產(chǎn)管理的信息化、流程化、標準化、科學(xué)化，將生產(chǎn)管理過(guò)程與生產(chǎn)控制過(guò)程緊密結合，以生產(chǎn)過(guò)程數據指導管控業(yè)務(wù)，提高管理效率、降低管理成本、優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節、制定最佳生產(chǎn)組織方式。

MPC模型預測控制技術(shù)在山東能源集團棗莊礦業(yè)集團有限公司三河口選煤廠(chǎng)實(shí)現了選煤行業(yè)的首次應用示范，后續多個(gè)智能化項目也相繼使用，實(shí)現了重介分選精煤灰分的穩定控制，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)強度，實(shí)現了選煤廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程固定崗位的“無(wú)人或少人值守，有人巡視”，達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。重介智能洗選系統界面如圖5所示。

“磁耘”人員定位系統（圖6）在國能包頭能源有限責任公司李家壕選煤廠(chǎng)率先投入使用，后續在國能包頭能源萬(wàn)利一礦韓家村選煤廠(chǎng)、陜煤集團神木紅柳林礦業(yè)有限公司選煤廠(chǎng)相繼使用。該系統除定位、一鍵報警、人員誤入危險區域報警、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)識別報警等功能，為人員安全提供了一層保障，為選煤廠(chǎng)安全管理提供有力支持，助力選煤廠(chǎng)安全生產(chǎn)。

圖6 “磁耘”人員定位系統界面

低壓停送電智能操作機器人（圖7）是業(yè)內首臺低壓操作機器人，在陜西神延煤炭有限責任公司西灣煤礦選煤廠(chǎng)投入使用，機器人操作停送電準確率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(wú)需配置巡檢人員，實(shí)現了無(wú)人值守的配電室。低壓停送電操作機器人后續在陜煤集團神木紅柳林礦業(yè)有限公司選煤廠(chǎng)、國能榆林能源有限責任公司青龍寺選煤廠(chǎng)相繼使用。

選煤廠(chǎng)iCoalMES智能管理決策平臺（圖8），在國能準能集團有限責任公司準能選煤廠(chǎng)、國能準能集團有限責任公司哈爾烏素選煤廠(chǎng)，國能包頭能源李家壕煤礦選煤廠(chǎng)投入使用，覆蓋了生產(chǎn)、運輸、銷(xiāo)售、經(jīng)營(yíng)全環(huán)節，以選煤智能為核心，打造全域感知、全局協(xié)同、全線(xiàn)智能的智能選煤廠(chǎng)體系，全面推進(jìn)選煤廠(chǎng)數字化、智能化轉型，深入挖掘數據帶來(lái)的價(jià)值，實(shí)現選煤廠(chǎng)設備智能運行與運維、狀態(tài)智能監測、過(guò)程智能控制、工藝參數智能設定、管理智能精細和決策智能調節的目標。

汽車(chē)智能裝車(chē)系統包含汽運銷(xiāo)售管理系統、定量裝車(chē)系統。汽運銷(xiāo)售管理系統在山西焦煤霍州煤電集團有限公司呂臨能化選煤廠(chǎng)、國能包頭能源李家壕煤礦選煤廠(chǎng)得到了成功應用，該系統使原來(lái)的3班12人減少為目前的3人；定量裝車(chē)系統在神延煤炭西灣煤礦選煤廠(chǎng)、淮北礦業(yè)（集團）有限責任公司渦北選煤廠(chǎng)投入使用，平均單輛裝車(chē)速度提升了1/3，裝車(chē)合格率98.3%，實(shí)現了有人監視、無(wú)人操作的智能化裝車(chē)新模式，提高了工作質(zhì)量及裝車(chē)效率，降低了職工的勞動(dòng)強度。汽車(chē)智能裝車(chē)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）有限責任公司趙固二礦選煤廠(chǎng)、山西天地王坡煤業(yè)有限公司洗選廠(chǎng)等10余個(gè)智能化選煤廠(chǎng)項目投入使用。智能視頻分析技術(shù)的應用為選煤廠(chǎng)安全生產(chǎn)管理提供了有力的保障，防止事故發(fā)現不及時(shí)造成更大的經(jīng)濟損失。

圖10　智能視頻分析技術(shù)應用場(chǎng)景及檢測精度

智能化的發(fā)展建設過(guò)程中總會(huì )遇到各種各樣的技術(shù)難題，但團隊成員從來(lái)沒(méi)有認輸過(guò)。“辦法總比困難多，有條件要上，沒(méi)有條件創(chuàng )造條件也要上！”這是團隊每個(gè)人發(fā)自?xún)刃牡墓沧R。

為了克服因洗選系統工藝參數變化產(chǎn)生的隨機性干擾技術(shù)難題，團隊與大連理工大學(xué)進(jìn)行了深度的產(chǎn)學(xué)研合作，項目成員與算法專(zhuān)家全程對接，在現場(chǎng)進(jìn)行了幾個(gè)月的研究調試，山東能源三河口礦業(yè)公司選煤廠(chǎng)也積極配合進(jìn)行各類(lèi)煤質(zhì)化驗，參與制定研究方案。針對系統大滯后問(wèn)題，團隊結合先驗知識添加激勵信號測試，根據激勵信號測試動(dòng)態(tài)響應確定滯后時(shí)間；同時(shí)利用原煤灰分浮沉化驗數據劃分工況，構建滑模函數及評價(jià)指標，實(shí)現了不同工況模型無(wú)擾切換；基于辨識得到的過(guò)程控制模型，設計了基于動(dòng)態(tài)矩陣控制算法的模型預測控制器，最終實(shí)現了重介選煤生產(chǎn)過(guò)程合介密度的動(dòng)態(tài)調整與提前預測。

“磁耘”人員定位系統屬于軍用技術(shù)在民用領(lǐng)域的轉化應用，但面對選煤廠(chǎng)這種工業(yè)場(chǎng)景應用，雖然技術(shù)原理可行，但仍有一些關(guān)鍵技術(shù)需要研究和驗證。為此，團隊專(zhuān)門(mén)成立了技術(shù)攻關(guān)組駐場(chǎng)測試，累計測量區域面積超過(guò)百萬(wàn)平方米，驗證場(chǎng)景上千個(gè)，提出了一套基于磁阻傳感器的參數自適應校正方法，以降低磁阻傳感器的測量誤差。另外，研究表明周?chē)h(huán)境中的干擾磁場(chǎng)主要來(lái)源于電氣設備，團隊通過(guò)提高磁阻傳感器的采樣頻率、優(yōu)化低通濾波器設計參數等技術(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器人的研發(fā)參考了較為成熟的中壓柜操作機器人，但經(jīng)過(guò)團隊對低壓配電柜操作機器人的研究和反復探討，一致認為該款機器人與中壓柜的操作機器人相比難度較大。相較于中壓柜，低壓柜的操作方式及抽屜模數具有多樣性，為此，團隊在實(shí)驗室采購了一批包含多種操作方式、多種抽屜模數的配電柜，反復討論、驗證最佳的解決方案，不斷地嘗試改造低壓操作機器人結構進(jìn)行測試，用時(shí)6個(gè)月，最終確定1版可自動(dòng)識別抽屜操作方式、抽屜模數，同時(shí)根據抽屜操作方式自動(dòng)更換末端操作工裝的高適應性低壓停送電智能操作機器人。

選煤廠(chǎng)iCoalMES智能管理決策平臺的建設需要多元化的人才，既要熟知生產(chǎn)業(yè)務(wù)，也少不了網(wǎng)絡(luò )、軟件開(kāi)發(fā)、自動(dòng)控制及電氣等跨學(xué)科的知識融合，還要具有生產(chǎn)管理、決策分析等思維能力。團隊堅持以學(xué)促干、以干踐行，解決了數據共享、網(wǎng)絡(luò )互通、生產(chǎn)系統的協(xié)同、業(yè)務(wù)層的聯(lián)動(dòng)、數據分析、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)監測、生產(chǎn)控制、管控一體化的選煤廠(chǎng)iCoalMES智能管理決策平臺。

中選自控聚焦發(fā)展質(zhì)量效益，重點(diǎn)突出凈利潤、科技投入強度、全員勞動(dòng)生產(chǎn)率等關(guān)鍵指標，構建人才存量結構更加優(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制，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才占比達到65%以上。

為激發(fā)科技人才隊伍的創(chuàng )新積極性，中選自控下發(fā)《平頂山中選自控系統有限公司科技項目管理辦法》和《平頂山中選自控系統有限公司科技創(chuàng )新獎勵辦法》2個(gè)科技管理制度為科技創(chuàng )新保駕護航。2021年以“揭榜掛帥”形式發(fā)布了16個(gè)智能化選煤廠(chǎng)建設的技術(shù)攻關(guān)項目。其中，8個(gè)課題由團隊成員自主開(kāi)發(fā)，8個(gè)課題分別與大連理工大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)等高校合作完成。

團隊加強與高校合作，持續加大產(chǎn)學(xué)研科技合作平臺建設，加強產(chǎn)學(xué)研深度融合，陸續開(kāi)展了與大連理工大學(xué)、中國礦業(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，提高科技成果轉化和產(chǎn)業(yè)化水平，開(kāi)辟發(fā)展新領(lǐng)域、新賽道，不斷塑造團隊發(fā)展的新動(dòng)能、新優(yōu)勢。

中選自控發(fā)揮在選煤廠(chǎng)智能化領(lǐng)域的科技優(yōu)勢，整合資源，加快智能化選煤廠(chǎng)建設的產(chǎn)業(yè)發(fā)展；強化科技攻關(guān)提升自主創(chuàng )新能力，在重大基礎理論、應用基礎、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)核心競爭力。

研究方向以選煤核心業(yè)務(wù)為重點(diǎn)，開(kāi)發(fā)選煤智能化工具，構建完整的智能化體系。依托大數據、云平臺與云計算智能環(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(guò)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。

中選自控堅持以市場(chǎng)為導向，以客戶(hù)為中心，抓好選煤廠(chǎng)智能化的研究和經(jīng)營(yíng)工作，在選煤廠(chǎng)智能化建設方向取得較大突破，有力地保證了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)穩中有序開(kāi)展，盈利能力持續增強。

未來(lái)3年，團隊將繼續推進(jìn)智能化選煤廠(chǎng)智能管理與控制技術(shù)升級，開(kāi)展一體化管控平臺、洗選過(guò)程閉環(huán)控制技術(shù)、選煤廠(chǎng)生產(chǎn)輔助及保障技術(shù)、選煤廠(chǎng)智能控制裝備等方面的研究。推進(jìn)選煤大數據及專(zhuān)家知識技術(shù)研究，逐步搭建行業(yè)領(lǐng)先的大數據分析平臺及專(zhuān)家知識系統；開(kāi)展煤質(zhì)智能分析與產(chǎn)品預測平臺模塊研究，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)品及效益預測、生產(chǎn)方案優(yōu)化分析模塊化產(chǎn)品，填補智能化選煤廠(chǎng)煤質(zhì)智能分析、產(chǎn)品預測及生產(chǎn)方案自主優(yōu)化板塊的空白，為選煤廠(chǎng)智能化建設注入強勁動(dòng)力。