沈朝峰 汪后港 秦 嶺 胡賢輝 劉奧灝 呂文博 李小江

（華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州310030）

0 前言

目前，燃煤發(fā)電企業(yè)的整體生產(chǎn)水平有了很大的提升，主機設(shè)備均實現(xiàn)了自動化、信息化。然而占電廠生產(chǎn)成本70%的燃料生產(chǎn)領(lǐng)域，其管理水平和裝備手段自動化程度仍較低。現(xiàn)階段，火電廠燃料驗收仍以人工驗收為主，采、制、化各環(huán)節(jié)相互脫離。以實現(xiàn)燃料管理無人值守、全過程自動管控為目標(biāo)的燃料智能化管理是當(dāng)前電廠燃料管理工作的發(fā)展方向。為此，各發(fā)電集團和電廠在采制化、樣品流轉(zhuǎn)等環(huán)節(jié)做了諸多的嘗試。

存查煤樣在電廠燃料工作中具有如下作用：作為實驗室質(zhì)量管理的核查；原始化驗結(jié)果有疑問或丟失時再檢驗；作為一般分析試驗丟失或污損時的替代；發(fā)生質(zhì)量糾紛或疑問時再檢驗[1]，由此可見，電廠存查煤樣的管理對于電廠燃料驗收工作有著極其重要的地位。

然而在燃料管理智能化建設(shè)中，存查煤樣管理卻未得到同等程度的重視，目前電廠煤樣儲存室?guī)缀跞珵槿斯ご鏄?、取樣，雖然電廠通過雙人雙鎖、安裝監(jiān)控等手段對儲存室進行管理，但自動化程度較低，管控難度仍然較大。同時存查煤樣的管理也是燃料智能化管理的重要組成部分，因此設(shè)計一種智能化的煤樣儲存室顯得尤為重要。本文提供了一種燃煤發(fā)電企業(yè)智能煤樣儲存室的設(shè)計方案，以實現(xiàn)樣品儲存的智能化和無人值守，減少人為操作。

1 煤樣儲存室設(shè)計

1.1 儲存室整體布局

為滿足封閉性的要求，首先需要一個封閉的儲存室。儲存室留有一個可以閉合的送樣窗口，送樣窗口的設(shè)計位置可根據(jù)前端智能制樣系統(tǒng)而定，但最佳位置為存樣柜擺放的中間位置，以減少機械手的升降移動距離。安裝一個經(jīng)過授權(quán)方可進出的門，此門保持關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)儲存室內(nèi)部需要人工整理時方能進入；室內(nèi)擺放開放式多層存樣柜。儲存室內(nèi)部布局示意圖如圖1。

圖1 智能煤樣儲存室室意圖

1.2 存取樣裝置

煤樣的存/取通過機械手裝置來實現(xiàn)。主要包含以下內(nèi)容：用于自動工業(yè)機械手移動的滑動導(dǎo)軌；安裝機械手移動基座和可豎直升降、水平伸縮和旋轉(zhuǎn)的機械手，機械手能夠緊緊地抓住樣品瓶，機械手尺寸大小應(yīng)根據(jù)樣品瓶的尺寸設(shè)計。機械手示意圖如圖2所示。

圖2 可升降機械手裝置示意圖

1.3 存樣柜

為方便機械手抓取存樣瓶，存樣瓶在存樣柜中單排擺放。存樣柜存樣位置在計算機系統(tǒng)中用三維坐標(biāo)唯一定義。存樣柜示意圖見圖3。

圖3 儲存室內(nèi)存樣柜示意圖1.存樣編碼

1.4 計算機控制系統(tǒng)

智能煤樣儲存室的核心是計算機控制系統(tǒng)，它是控制機械手自動、準(zhǔn)確移動實現(xiàn)煤樣精準(zhǔn)放置的關(guān)鍵。

首先確定每個存樣位的坐標(biāo)。根據(jù)儲存室、存樣柜和存樣瓶的大小，確定儲存室存樣位的數(shù)量，進而確定每個存樣位所對應(yīng)的唯一三維坐標(biāo)。在控制系統(tǒng)中輸入各個樣品坐標(biāo)的位置參數(shù)。根據(jù)圖1所示，坐標(biāo)定義規(guī)則可以為：將水平導(dǎo)軌與第一條豎直導(dǎo)軌的交點定為坐標(biāo)零點（0,0,0），水平導(dǎo)軌定為X軸，第一條豎直導(dǎo)軌定為Y軸，同時垂直于X軸、Y軸的定義為Z軸。

機械手的移動由計算機系統(tǒng)自動控制，計算機系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下主要功能：控制機械手自動移動至定位坐標(biāo)處；讀取樣品存樣編碼并自動指定其存樣位置；編寫有“存樣”和“取樣”程序，但系統(tǒng)默認“存樣”程序；能夠顯示儲存室所有在存樣品的存樣編碼并能夠選擇用于取樣操作；存樣時，首先掃描樣品的存樣編碼，控制系統(tǒng)在空余坐標(biāo)中隨機決定樣品存放坐標(biāo)并控制機械手定位存放樣品；系統(tǒng)自動提示達到存放周期樣品的存樣編碼；取樣時，由人工在控制系統(tǒng)中選擇或者輸入存樣編碼，系統(tǒng)根據(jù)存樣編碼自動判斷其存樣坐標(biāo)，并自動控制機械手移動、取出樣品；每次存/取樣完成后，機械手復(fù)位到送樣窗口原點處，系統(tǒng)自動備份存樣編碼與存樣坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

2 樣品儲存流程實例

2.1 存樣

打開控制系統(tǒng)，掃描煤樣存樣編碼，系統(tǒng)后臺自動隨機選定空余坐標(biāo)，并得出其位置參數(shù)。機械手抓取存樣瓶，機械手基座根據(jù)坐標(biāo)位置參數(shù)選擇合理路徑開始移動。首先移動到坐標(biāo)的（x，y）位置處，基座停止，機械手臂開始上升或下降，移動到z坐標(biāo)處，機械手臂靜止，機械手旋轉(zhuǎn)90°、前伸至坐標(biāo)位置處，機械手松開，存樣瓶放穩(wěn)。機械手后縮、回旋90°，機械手基座移動、回到送樣窗口原點處。系統(tǒng)自動更新并備份存樣編碼與存樣坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

圖4 存樣流程圖

2.2 取樣

打開控制系統(tǒng)，啟動“取樣”程序，調(diào)出控制系統(tǒng)儲存樣品的存樣編碼并從中選擇所取樣品的存樣編碼，系統(tǒng)后臺自動識別存樣編碼對應(yīng)的坐標(biāo)。機械手基座開始移動，移動至對應(yīng)（x，y）坐標(biāo)處，基座靜止，機械手臂開始上升或下降至z坐標(biāo)處，機械手旋轉(zhuǎn)90°，前伸抓取樣品瓶。機械手退回，回旋至與導(dǎo)軌平行位置，基座移動至送樣窗口原點處，將存樣瓶放于窗口平臺上，機械手退回。取樣操作完成后，系統(tǒng)自動更新并備份存樣編碼與存樣坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

3 結(jié)語

存查煤樣的智能儲存能夠有效減少人為因素并提高存查樣的公信力，是實現(xiàn)燃料智能化管理的重要一環(huán)。本煤樣儲存室的設(shè)計通過計算機控制系統(tǒng)和機械手的相互配合實現(xiàn)了樣品存取樣過程的智能控制，簡單易行、投資較小，在電廠中實施可行性較大。

［1］張?zhí)?一般分析試驗與存查煤樣測定結(jié)果核對允許差的確定方法研究[J].煤質(zhì)技術(shù),2012,11(6):39-41.