基于多智能体的选煤厂集成制造系统设计.pdf

数据库系统设计Database System Design电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering227选煤厂是将原煤除去杂质后对各种质量和规格的煤炭产品进行分级的企业，其生产过程是以煤为加工对象，集生产控制、经营管理和工艺技术于一体的多层次、多结构的复杂系统，有着不同工序之间联系紧密，机械化、自动化程度高，过程连续短的鲜明特点1。选煤厂集成制造系统的目标是实现分散控制系统、调度系统和管理决策系统的成功集成，获取生产过程中所需的全部信息，随着自动化技术、信息技术、计算机技术、矿物加工技术和现代管理科学的应用，有望构建出适应各种生产环境和市场需求、质量最优、利润高、灵活性强的多智能体的选煤厂集成制造系统2。根据笔者多年来研究选煤厂信息化建设的经验，目前集成制造系统存在以下五个问题:（1）选煤厂的生产经营应主动适应外部环境的变化，否则其生存和发展将面临巨大的挑战。（2）单机自动化和工艺过程控制的集中化，需要组织严密、计划周密的自动化技术改造3。（3）作为传统型企业，数据的自动采集和有效信息的分析提取应该是建设的重点。（4）生产过程中应实现生产设备运行的智能驱动、工艺参数的合理优化和产品质量的测量与控制4。（5）应保证与现有系统有良好的兼容性。近年来，国内外选煤厂在自动化和信息化管理方面取得了显著成效，需保证新制度必须是一个开放的制度。1 基于多智能体的选煤厂集成制造系统模块目前，选煤厂的生产经营已经实现了市场化、网络化，但主要职能部门和合作企业在地域上是分散的和自治的，这就要求资源的协调和合作来实现系统的目标。根据软件和硬件资源的内部分布，本研究将基础平台、自动控制、数据采集与传输、智能分析决策设计组成多个交互智能模块组成的系统，每个模块对应相关的应用程序5。如图 1 所示，基础平台主要包含技术平台、标准数据平台、专家知识库、管理平台、手持终端和一体化管控平台六个方面，一体化管控平台需要能够与其他五种子平台进行交互，并对其进行操作及控制；自动控制系统是组成交互智能模块的基础，包括远程集控系统、计量系统、检测系统等多方面内容，保障了选煤厂的正常运行；数据采集与传输是基于网络化、信息化技术对自动控制系统产生的信息对其进行收集、分类，该模块需要实现数据采集接口标准化，避免出现数据接口不兼容的问题；智能分析决策包含智能控制、智能管理和智能决策三部分内容，实现了选煤厂整个生产工艺的系统化控制，是多智能体的选煤厂集成制造系统的目标6。基于多智能体的选煤厂集成制造系统设计朱元龙（西山煤电（集团）有限责任公司东曲选煤厂 山西省古交市 030200）摘要：本文构建了基于多智能体的选煤厂集成制造系统，包括系统分析、模块划分、模块构建和软件实现，将生产自动化系统地与信息管理相结合，为实际生产管理提供了良好的辅助决策支持。关键词：自动化系统；多智能体；集成制造系统图 1：基于多智能体的选煤厂集成制造系统模块数据库系统设计Database System Design电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering2282 多智能体的选煤厂建设的路径技术2.1 大数据及智能化网络应用如图 2 所示，构建大数据及智能化网络应用平台应协调建设工业控制网、工业视频监控网、办公网、数据中心等，组成安全高效的信息“高速公路”，为智能选煤厂应用系统提供安全可靠的网络传输、数据存储和计算支持7。分析现有网络和各种应用系统对网络的依赖，进行网络改进规划和设计。同时对各生产子系统控制层应用数据进行整理分析。替换传统控制环网的环网节点交换机和接入交换机，取消集线器，全部替换为三层管理交换机，实现对接入终端的全面控制。在现场需要增加关键部件视频监控和分析功能时，新建人工智能视频网络，使用 F5G 无源光网络系统，通过防火墙接入核心交换机。为了提高网络的安全性，办公网络采用网关和防火墙连接的核心交换机，保证办公网络终端对各种应用系统的安全接入，部署网络安全防护系统，从终端接入、终端安全、网络安全等方面提供综合防护8。2.2 多智能体管控平台生产管理平台的智能综合管理系统包括生产管理、数据分析和决策。生产控制主要由控制、检测和保护现有生产过程的系统组成，主要由 PLC、自动化设备、智能辅助系统、在线温度等控制系统组成。数据平台层是当反馈数据从生产过程控制级别读取时，作为顶部支持的中间组件，以及访问上端应用程序的开放标准数据接口。生产控制层包括生产控制模块、电气、操作、综合、安全等。智能决策水平意味着最大化生产系统的决策效率、绩效评估、质量控制等方面的决策效率9。创建标准化数据平台，对数据结构进行标准化，根据相应的数据标准化规则，在生产系统中收集和存档相关数据。对于不同的生产控制和辅助系统，根据统一标准，实现高精度、微观、持续时间短、收集、存档和长期储存的过程。为了连接到不同的单机系统和智能控制系统，必须为关键数据提供标准接口，允许实时获取和图 2：大数据及智能化网络应用平台图 3：标准化数据平台数据图数据库系统设计Database System Design电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering229存档数据。标准化数据平台如图 3 所示。2.3 智能洗选系统及供配电系统作为多智能体管控平台建设的核心，智能洗选系统是选煤厂能否实现智能化的重要组成部分，需要将传统的作业形式与大数据平台进行联接，将智能浅槽重介工艺设备与入选原煤实现智能煤密度控制，完成浅槽重介工艺的数据升级；淘汰传统跳汰机，将智能跳汰机与网络报警系统联接，当出现故障时及时完成断电及故障报警；对大块煤手选 208 带式输送机进行改造，加装智能干选机，将 30mm 以下末煤传送至 705 带式运输机，其他块煤运送至智能干选机进行分选，实现精煤和煤矸石的分类储存，智能干选机流程如图 4 所示。按完成传统储运配煤改造，对混编车型进行分类归纳，结合配仓系统对相同车型进行动态控制，保障仓下配煤的精准性和合理性10。多智能体配电系统的构建应主要集中于停送电在线审批、改造配电柜抽屉操作及加强安全用电措施三个方面，在远程停送电操作中应取消工作票审批步骤，以线上审批为主，将配电过程中产生的检修、状态展示等消息实时传送至电脑终端，实现配电审批工作无纸化；建立配电系统多分支结构模式，主要线路采用单独供电系统；建立用电异常警报措施，出现异常时能够及时切断电源，加强配电室安全巡检，保障用电人员安全（图5）。2.4 多智能体设备感知系统多智能体选煤厂可在关键设备上安装温度、压力传感器，构建多智能体设备感知系统，结合 AI 视频识别及大数据分析技术，实现选煤厂对设备工作状态进行实时监控，并将数据传输至电脑终端，设定安全阈值范围，当设备工作出现异常时首先切断电源，然后对数据进行分析，判断故障产生的原因，若故障较小可以直接远端解决问题并启动设备，当故障较大时应及时上报安全管理部门与技术部门，安排技术人员对设备进行维修。多智能体设备感知系统如图 6 所示。3 案例分析将多智能体的选煤厂集成制造系统设计应用于晋城矿区晋圣永安宏泰煤矿，对煤矿智能管理部门职能管理进行了划分，建立了基础平台管理部分、自动控制部分、大数据分析中心、智能分析决策部分四大部分，并将四个部门的工作内容范围进行了界定，各个部分完成所属工作任务是相对独立的，只需向上级部门负责，但工作过程中所产生的生产数据信息是可以分享到其他部门的，完成各个部门工作相互独立与协同。该智能化系统试运行期间，选煤厂工作效率提高了 30%，设备故障检修时间平均缩短了 10 个小时，并且该期间出现的设备故障引发的安全问题，由于供配电系统及时报警、断电，规避了设备故障出现的人员伤亡情况，但实现选煤厂智能化运营也面临了一些问题，其中建设周期长、成本高、专业技术人才稀缺也是不得不面对的问题。基于该案例，笔者认为可以先在小范围内逐渐推行选煤厂集成制造系统的智能化，若效果较好，可以在煤矿行业进行推广，避免人力、物力资源的浪费。4 结论随着信息化建设的加快，选煤厂集成制造系统发展图 5：智能洗选系统及供配电系统图 4：智能干选机流程图数据库系统设计Database System Design电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering230迅速，实时数据采集与生产管理信息的有效集成在系统中将是一个很好的研究方向，值得进一步研究。本文以多智能体为工具，设计研究了基于多样化模块的煤矿选矿厂集成制造系统，并结合应用实例进行了研究，结果表明，该系统有助于煤矿选矿厂的信息化生产，为生产指挥人员提供有用的辅助决策支持。参考文献1 李超.选煤厂电气故障种类和解决措施研究 J.能源与节能,2023(04):136-138.2 周宗丰,朱宏政,赵晴.淮北选煤厂乳化浮选系统实践 J.煤炭加工与综合利用,2023(04):16-19.3 刘鹏.选煤厂煤泥减量化研究与技改实践 J.煤炭加工与综合利用,2023(04):34-38.4 付永礼,赵晏民.选煤厂智能化建设进展及展望J.煤炭加工与综合利用,2023(04):39-42+46.5 杜利军.浅谈吕梁山煤电有限公司选煤厂智能化建设 J.当代化工研究,2023(07):103-105.6 葛海军.葫芦素选煤厂提升系统效率及灵活性的改造实践J.煤炭加工与综合利用,2023(03):41-43.7 郝晓君.PLC 在华阳一矿选煤厂集控系统改造的应用 J.西部探矿工程,2023,35(03):111-112.8 张鹏.选煤厂原煤特性变化应对措施研究 J.矿业装备,2023(03):110-112.9 马嘉楠,王明新,唐东元.马兰选煤厂智能调度管理系统的研究和应用 J.煤炭加工与综合利用,2023(02):5-8.10 王坤.电气设计赋能大海则选煤厂智能化建设研究J.煤炭加工与综合利用,2023(02):32-35.作者简介：朱元龙（1991-），男，辽宁省锦州市人，2014 年毕业于山西煤炭职业技术学院选煤技术专业，大学专科学历，现从事选煤厂生产工作。图 6：多智能体设备感知系统