随着以物联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术为主要标志的人类第4次工业革命的到来，煤炭行业智能化转型升级和高质量发展步伐明显加快。作为煤矿地面生产单位，选煤厂一直是连接原煤生产和产品销售的效益之源。如何利用智能化技术的快速发展有效赋能传统选煤生产，正在成为广大选煤从业者在生产管理、技术创新过程中持续研究思考和不断探索实践的重要课题。
1 智能化选煤厂基本认知
1.1 智能化含义
智能化就是指事物在物联网、大数据、人工智能、计算与通信、智能控制等技术的支持下，所具有的能满足某方面需求的属性。智能化应具备4种能力：感知能力、记忆与思维能力、学习与自适应能力、行为决策能力。
通俗地讲，智能化就是让机器设备在无人值守的情况下自主地去工作，让人安全、轻松、愉快、体面地去工作。人的主要工作任务就变成了离线检修机器设备、远程适度干预生产过程、办公室或实验室研究管理和技术创新。
1.2 智能化选煤厂标准
智能化选煤厂是指通过智能化技术在选煤行业的应用，依托选煤大数据与专家知识库，形成全面感知、实时互联、数据共享、综合分析、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现选煤厂的智能控制、智能管理、智能决策，逐步做到少人或无人干预，最终达到选煤厂安全、高效、节能、环保运营。
选煤厂作为一种典型的流程制造工厂，是否为智能化选煤厂，首先要看其是否已经形成了比较完善的生产制造过程智能控制系统，从原料煤入厂到最终产品的形成，实现了全过程的智能化感知、控制、管理、决策是智能化选煤厂的基本标志。
1.3 智能化选煤厂建设的目的和价值
优化岗位结构、改善运行指标、提高安全水平应作为智能化选煤厂建设的3个主要目的，也是价值所在。
1）优化岗位结构。智能化不是绝对的减少用人，而是优化岗位结构，比如生产操作岗位一定会不断减少，机电检修岗位、技术岗位会相对增加，经过这样的结构优化，把人从繁重的体力劳动和重复的脑力劳动中解放出来，让人工作的更轻松，产生的效益更大。在现场生产管理过程中，排班是组织生产过程中常见的一个痛点问题，“三班倒”会给工人们造成诸多不便，也会给选煤厂高水平运转带来较多不确定性。随着选煤厂智能化程度的不断提高，将实现无人值守的“黑灯工厂”，排班问题也将不复存在。
2）改善运行指标。运行指标包括选煤生产数量指标、原料煤和产品的质量指标、生产过程消耗指标等3个方面：①数量指标：指入选原煤量越多越好，智能化选煤厂可以更好地实现全厂生产系统的高效协同，大幅提高生产连续性，提高设备利用率，最终会体现在生产效率的提高上；②质量指标：好的质量指标应该是不超标、不过剩，稳定合格，智能感知、智能检测系统能及时准确获取原料煤、设备工况、产品质量的细微变化，实时做出响应并进行优化调整，收窄质量波动区间；③消耗指标：既不是越低越好，也不是越高越好，而是合理最好，一味地压缩成本的做法不应提倡，煤炭行业本来就是一个高投入高产出的行业，没有必要的投入不可能有好的产出。随着智能检测技术的不断发展，生产成本的实时数据将被精确掌握，成本控制水平必将买上新台阶。
3）提高安全水平。安全水平可理解为机器设备的安全和健康以及人的安全、健康和幸福2个层面。现场作业人数的减少和智能化手段的使用将使选煤厂安全水平大幅提高，员工的健康指数、幸福指数也将得到有效提高。
2 智能化选煤厂建设基本思路
立足“五化三量三指数”，分期分批，循序渐进，加速推进智能化选煤厂建设。智能化是一个结果，实现智能化是一个循序渐进的过程。“五化”指机械化、自动化、信息化、数字化、智能化5个建设阶段，由于选煤生产涉及的作业点多、线长、面广，这5个建设阶段既不是并列关系，也不是递进关系，而是相互交织融合的有机整体，选煤工作者可根据各单位实际情况，从各个作业点、环节、系统、全厂所处不同发展阶段找思路；“三量”指前文提到的改善运行指标部分的内容，即原料煤和最终产品的数量、质量、消耗量（生产成本）。“三指数”指人和设备的安全指数、健康指数、员工幸福指数。
1）机械化。目前选煤厂原煤准备车间人工手选岗位多为人工劳动，劳动强度大、分拣效率低且稳定性差（受体力不支或情绪波动影响）、安全无法保障，该岗位急需实现机械化，现在的智能干选设备越来越多，设备价格也在不断降低，可选择范围也越来越大。手选岗位的存在已经跟智能化选煤厂的建设格格不入，这个环节已经具备条件直接进入智能化阶段，需要加快改造升级速度。
2）自动化。据不完全统计，全国60%以上的选煤厂有较大自动化升级空间，这部分选煤厂也是推进智能化选煤厂建设的重点。例如，跳汰机尚未实现复杂工况下的全自动控制，重介粉添加浓介制备环节仍是手动，浮选环节自动化进展缓慢，煤泥水系统絮凝剂、助滤剂等药剂的添加尚未真正实现全自动集中控制，压滤生产环节尚未实现全车间闭环自动控制等。
3）信息化。笔者所说的信息化指传统意义上的信息化概念，可简单理解为工作无纸化、网络化，需要借助计算机、网络和专业应用软件来实现。信息的纸质或口头传递均不利于信息的高效共享和资源化利用，需下决心进行取消。
4）数字化。把选煤厂各类非结构化信息转换成计算机可以直接识别、处理的数字信号，这就可以用计算机代替人直接处理、分析和利用。如目前均有视频监控系统，但视频信息的收集、分析和处理主要靠人工完成，若能把视频信息进行数字化转换，并利用专业软件分析处理，就可以把调度员（集控工）从大量重复的脑力劳动中解放出来，去做更有价值的事。
5）智能化。关于智能化，中国煤炭加工利用协会从2019年开始牵头组织制定了团体标准《智能化建设 通用技术规范》，该标准已于2020年10月正式发布，并于2021年1月1日起正式实施，这是我国第1个对智能化选煤厂建设进行全面系统规范的技术标准，较为详细地规定了智能化选煤厂的建设原则、基本架构、基础平台、基础自动化，到智能控制、智能管理、智能决策、智能装备、智能设计等10个方面的内容，可作为各类选煤生产企业、智能化技术研发、装备制造、设计、总包等单位开展工作的参照依据。
3 智能化选煤厂建设目标、基本架构与建设内容
3.1 建设目标
1）第1阶段。进行基础设施升级，补齐自动化短板，完善底层自动化系统，提高检测设备精度，推进各类无人操控设备和无人值守系统的应用，达到减人提效的目的；统一、规范数据采集、存储的规则与标准，建设通用的标准选煤数据库，使选煤数据完整集成在一起，实现全面感知，实时互联、数据共享、深度应用。
2）第2阶段。强化大数据技术与选煤专业知识的深度结合与应用，建设选煤专家知识库；推进重点生产单元与管理过程的智能化研究，形成能够综合分析、自主学习、动态预测、协同控制的智能分选系统,实现生产过程控制和管理智能化。
3）第3阶段。形成完善的智能感知、智能控制、智能管理、智能决策智能化体系，主要工艺环节、主要管理岗位及重要设备实现完整AI驱动，全面建成安全、高效、节能、环保的智能化选煤厂，与所属矿井、公司、集团的智能化系统实现无缝对接。
3.2 基本架构
智能化选煤厂基本架构包括4层：设备层、控制层、管理层、决策层。设备层主要包括网络设备、机电设备及检测仪表、保护装置、配电设备等；控制层主要包括基础自动化和智能控制，基础自动化主要包括生产集中控制系统、设备状态监测系统、视频监控系统、调度通信系统、安全监测系统等，智能控制主要包括生产过程智能控制、智能仓储与配煤、智能装车、智能集控、智能视频、智能停送电等；管理层主要包括生产管理、机电管理、安全管理、经营管理、节能与环保管理、安全与职业健康管理等；决策层主要包括综合分析、智能决策等。智能化选煤厂基本架构如图1所示。
图1 智能化选煤厂基本架构
3.3 建设内容
智能化选煤厂建设内容包括基础平台、基础自动化、智能控制、智能管理、智能决策5个部分。基础平台包括基础设施与交互系统，是整个建设体系的支撑；基础自动化包括控制系统与检测装置，为智能化准备硬件条件、执行机构与实时数据；智能控制包括生产系统与辅助系统的智能化；智能管理涵盖了生产管理、机电管理、经营管理等各种智能化专用模块；智能决策是人工智能与选煤专业技术的结合，包括各种分析评价与决策功能，是智能选煤的集中体现。智能化选煤厂建设内容如图2所示。
图2 智能化选煤厂建设内容
4 智能化选煤厂建设发展趋势预测
1）手选岗位将不复存在，将被选矸除杂机器人快速取代，具备条件的矿井，选矸除杂机器人将转移到井下。由于井工矿原煤生产受技术、装备、地质条件等因素的限制，进入选煤厂的毛煤在相当长时期内仍难以避免大块、特大块物料、铁器及非金属等杂物的出现，随着机器视觉和机器人技术的快速进步，选矸除杂机器人的优势将得到充分体现，手选岗位将陆续被完全取代。
2）完善的生产执行系统（MES）将成为智能化选煤厂的标配。生产执行系统为操作人员和管理人员提供计划的执行、跟踪以及各种资源(人、设备、物料、客户需求等)的实时状态，能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理，当工厂有突发事件时，MES能及时做出响应、报告，并根据所准确获得的实时数据进行指导和处理，有效地指导工厂的生产运作过程。选煤厂生产执行系统是指以生产计划系统、集中控制系统、调度通信系统、设备状态监测系统、视频监控系统、安全监测系统等六大系统为基础，以全面实现生产管理、机电管理、质量管理、安全管理、经营管理智能化为目标的综合集成管理系统。用户可通过灵活严格的权限设置，使企业内外的用户都能在该平台上进行业务操作，分析整合企业的所有有效信息，为管理层提供决策支持。选煤厂作为煤矿地面生产单位，保质保量完成生产任务是选煤厂最基本职能，成熟完善的MES系统是智能化选煤厂的必然要求。
3）集散控制系统（DCS）将在选煤厂得到广泛应用。DCS最大特点是依靠各种控制、运算模块的灵活组态，可实现多样化的控制策略以满足不同情况下的需要，可较好地满足选煤生产的定制化要求。国家能源集团部分选煤厂已陆续进行了PLC改DCS的有益尝试，并取得了良好效果。DCS以微处理器（CPU）为基础，完全国产自主可控，已在电力、冶金、化工等行业得到广泛应用，属于“国产替代”的成熟可靠的科创成果，立足长远发展，其必将在选煤厂得到广泛应用。
4）选煤上云、云上选煤、智能化托管将是解决选煤厂智能化人才短缺问题的重要途径。智能化的基础是信息的全面数字化，数据是智能化的基础资源，产业智能化人才短缺是我国进入数字经济新时代面临的巨大挑战，选煤企业也应转变发展思路，利用大数据、云存储、云计算技术共享智能化人才，实现行业的转型升级和高质量发展。
5 结 语
2021年是我国“十四五”发展规划开局之年，“中国制造2025”战略加速推进阶段，国家智能化示范煤矿建设正式启动，选煤人理应乘势而上，顺势而为，抢占第4次工业革命煤炭分选加工新高地。
