并列式多煤種全自動煤精密制樣系統的研究與應用

王振飛 宋娜 張睿鵬 王建紅 陳剛

【摘要】部分先進鋼鐵企業如京唐公司、太鋼、鑌鑫鋼鐵、江西南昌鋼鐵等公司已開展全自動制樣技術研究應用，但國內可以借鑒的先進全自動制樣技術都無法滿足長鋼多煤種、多任務、多項目快速自動制樣需求，該設計和研發與長鋼實際緊密結合，從全流程自動無人化模式的建立，關鍵工藝技術研究，重要裝備開發一體化攻關。國內首次研究出多煤種、多項目、多任務、全流程快速全自動制樣技術。

關鍵詞：煤精細化制樣;自動化;智能化

一、主要內容：

1、采樣、制樣、交接的全流程的自動化檢驗體系的建立

全自動采樣系統同煤種、同供戶檢驗10車自動組批，所產生該批次的單車備份樣、綜合備份樣、綜合分析樣、和該批次的水分樣品。單車備份樣和綜合備份樣系統自動打包并存儲。綜合分析樣和水分分析樣需要送至全自動制樣系統進行自動制樣;全自動制備的樣品包括烘干后的水分樣品，系統自動計算生成水分上傳計質量系統;研磨后<0.2mm的成分樣品，與烘干過篩后的膠質層和巖相樣品自動封裝并通過風動發送至化驗室。

采樣過程中產生的單車備份樣直接由采樣系統的可移動卸料裝置正轉進入打包機進行自動打包，并通過提升和投料小車裝置進入規定的存儲柜內進行存儲;產生的水分分析樣品通過可移動卸料裝置進行反轉進入下方由直線樣品收集裝置設定的樣桶內進行收集。當同煤種同供戶同批次的樣品采集滿10車時，系統自動對該批次綜合樣進行混勻、縮分打包，生成3份綜合樣品。第一份樣品通過移動卸料裝置正轉進入打包機自動打包存儲，其余兩份樣品通過移動卸料裝置反轉進入樣品收集裝置的設定樣桶。隨后人工將該批次收集的水分和成分樣桶運輸至全自動制樣系統開始自動制樣。

2、全自動制樣系統簡介

1）集樣系統：

全自動取樣機制備好的需要進一步制樣的樣品按照系統設定自動進入集樣裝置，相關樣品信息（煤種、供戶、批次、水分分析樣、成分分析樣等）自動寫入位于封裝桶上的IC卡內，進料完成后自動封蓋上鎖，在保證樣品水分不流失的前提下更保證了樣品流轉安全。

2）樣品縮分稱重系統：

需制備樣桶放入給料裝置內，按照制樣系統設定，封裝桶自動移動到讀卡工位，樣品信息自動讀取，并上傳制樣控制系統內，完成后的樣桶自動移動到卸料工位，通過感應鑰匙自動開鎖，樣桶蓋自動打開，卸料機械臂自動夾取樣桶并旋轉卸料，樣品料進入制樣系統內，經安裝在縮分皮帶機上的布料器均勻鋪攤后緩慢均勻的經過旋轉式縮分器進行縮分，縮分出的樣品料進入位于縮分器下方的天平托盤內，天平自動稱重，當天平托盤內的樣品重量達到設定重量時，水測機械臂自動啟動，根據樣桶讀取信息將樣品料轉運至水分測定烘箱或成分測定烘箱，縮分剩余的樣品進入棄料。

3）水分測定系統：

水測機械臂將樣品料轉運至樣品鋪攤工位，鋪攤裝置對樣盤內的樣品進行自動鋪攤，樣品鋪攤完成后，機械臂將樣盤送入水測烘箱內選定的工位。

4）研磨系統：

紅靠譜到時后，機械臂自動將樣品取出運送至轉運位置，在由研磨機械臂從轉運位置將樣品自動運送至對應研磨機進料翻轉支架位，翻轉裝置自動卸料，樣品料進入研磨機研磨，到時間后自動卸料，樣品料進入樣瓶封裝標識系統。膠質層樣品系統根據樣品信息自動選擇對輥破碎機，機械臂將樣品料轉運至該破碎機進料翻轉支架位，翻轉裝置自動卸料，樣品料進入對輥破碎機進行研磨粉碎，粉碎后的樣品自動卸料，在由機械臂將樣品送入自動粒級篩分裝置，篩出Y值樣品，由機械臂自動卸入樣瓶，進行自動封裝標識。

5）樣瓶封裝標識系統：

制樣系統啟動后，理瓶機隨之自動啟動，并根據樣品信息自動將樣瓶送入對應的研磨粉碎機接料位，研磨完成后，樣品料自動進入樣瓶內，進料完成后，樣瓶通過鏈板輸送機自動移動到系統上蓋位自動上蓋，上蓋完成后自動旋蓋壓緊，樣瓶進入標識工位，相關樣品信息自動寫入樣瓶上的電子芯片內，樣瓶繼續前行，進入樣瓶收集斗內，同時通過接口在計質量系統中完成樣品送檢任務，上傳水分測試結果。

3、風動送樣系統簡介

風動送樣裝置采用正負壓輸送方式，利用高壓風機產生的小壓力、大流量的空氣流作動力，經切換氣流方向實現雙向輸送，用于原料制樣室至原料化驗室的鋼筋輸送及空樣筒返回。試樣種類：煤樣重量100g～750g，試樣密度0.8g/cm3，試樣體積125～940ml，輸送距離約800米。制樣室完成樣瓶提取及發送功能;化驗室具備樣瓶自動接收及不少于40個樣瓶的暫存功能。

制樣間→化驗室（成品試樣傳送）：制樣設備完成試樣灌裝、樣瓶合蓋、標簽寫入并將樣瓶喂入制樣端收發裝置發送工位→柜內檢測裝置檢測到樣瓶→高壓風機啟動→樣瓶輸送至化驗室收發裝置內→風機停止，輸送完成→柜內線性模組將樣瓶投入暫存箱→線性模組返回初始位置等待下次發送。

化驗室→制樣間（空瓶返回）：工作人員將空樣瓶放入發送工位，并點擊發送按鈕→高壓風機啟動→樣瓶輸送至制樣室收發裝置→風機停止，發送結束→柜內線性模組將樣瓶投入暫存框→線性模組返回初始位置。

4、各系統間信息交互模式

自動采樣系統在采樣時，讀取計質量系統中的進廠信息，包括拉運煤種，供戶、車輛信息等，根據組批規則系統自動組批并將其檢驗信息上傳計質量系統。制樣系統自動讀取采樣系統的制樣信息，通過綜合批號的水分樣和成分樣標識，自動切換對應的空桶進行收集。采樣系統再將固定的樣品信息輸入樣品桶內的存儲芯片內。

當樣桶進入制樣系統，制樣系統根據讀取的芯片信息自動選擇對應的烘箱（水分、成分）和對應的研磨機進行自動制樣。制樣完成后，水分結果自動上傳至計質量系統，成分和膠質層樣品自動罐裝至樣品進行自動封裝。制樣系統將對應的樣品信息自動寫入封裝好的樣瓶芯片內。化驗室讀取樣瓶內的芯片信息化驗結果根據其內容進行上傳計質量系統。

二、研究效果

1、設計目標達成：

實現多任務、全項目交叉全自動快速制樣;從采樣、制樣、樣品交接流轉、信息上傳等整個流程真正實現了全過程自動化、智能模式。

2、技術指標達成：

該項目運行后，每日自動制樣批次在40個以上。完全可以滿足首鋼長鋼進廠車輛檢驗節奏需求。

每批樣的制樣時間由原先的6小時縮短至2個小時，極大縮短了煤質檢驗的整個周期。

經過全自動制樣與人工制樣化驗結果的長期比對，對比檢驗結果偏差均在正常國標范圍內。提高了樣品的制樣準確率，大幅度降低了樣品的制樣偏差。