河南煤炭國(guó)檢質(zhì)量檢驗(yàn)中心 王 愷 張 波

近年來(lái)我國(guó)煤炭資源的消耗量每年都在以較快速度增長(zhǎng)，2020年僅電力行業(yè)所消耗煤炭資源量就達(dá)13.2億噸，給我國(guó)煤炭制樣及化驗(yàn)帶來(lái)了越來(lái)越大的壓力。傳統(tǒng)人工操作的制樣機(jī)具有人工操作量大、干擾因素多等特點(diǎn)，因此全自動(dòng)制樣系統(tǒng)由于其誤差小、工作效率高、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行等特點(diǎn)開始逐漸被人們所應(yīng)用，對(duì)煤炭的制樣及化驗(yàn)得以有利保障。

1 機(jī)械制樣系統(tǒng)的發(fā)展歷程

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械制樣系統(tǒng)也發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的改變，傳統(tǒng)的單體設(shè)備制樣階段主要以人工制樣為主、單體設(shè)備為輔進(jìn)行制樣，在上個(gè)世紀(jì)80年代初期我國(guó)通過自主設(shè)計(jì)及國(guó)外引進(jìn)等方式逐步形成了機(jī)械化的取制樣系統(tǒng)，但自動(dòng)化應(yīng)用程度并不高，在稱量等過程還是需要人工進(jìn)行輔助。在上世紀(jì)末全自動(dòng)制樣系統(tǒng)開始在我國(guó)研發(fā)并應(yīng)用，在自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展下，使得機(jī)械制樣系統(tǒng)的自動(dòng)化水平不斷提升，該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中仍具備手動(dòng)運(yùn)行及自動(dòng)運(yùn)行兩種模式，手動(dòng)運(yùn)行模式是為了便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)維護(hù)，在正常運(yùn)行時(shí)不需手動(dòng)運(yùn)行，因而也為樣品數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得以保證[1]。

2 全自動(dòng)制樣系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)分析

相比傳統(tǒng)煤炭制樣方式，全自動(dòng)制樣系統(tǒng)具備較為優(yōu)越的優(yōu)勢(shì)：首先，系統(tǒng)設(shè)備的全自動(dòng)化很大程度上減輕了人工的工作強(qiáng)度，也避免人為操作的不準(zhǔn)確或?qū)悠吩斐晌廴镜纫蛩?，從而?duì)煤樣檢測(cè)的準(zhǔn)確性帶來(lái)影響；其次，在全自動(dòng)制樣系統(tǒng)內(nèi)，在入料口及出料口都分別設(shè)置了煤樣稱重裝置，因此一旦出口處的煤樣規(guī)格不符合國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警并對(duì)不合格品進(jìn)行區(qū)分，使得煤樣更加具備代表性[2]。另外，全自動(dòng)制樣系統(tǒng)的封閉性可減少空氣對(duì)于煤樣的影響，避免煤樣水分受到影響；再次，全自動(dòng)制樣系統(tǒng)應(yīng)用了制樣廢棄料的自動(dòng)回收裝置，從而減輕了人工收集廢料的工作量；最后，在全自動(dòng)制樣系統(tǒng)中應(yīng)用了傳統(tǒng)制樣方式?jīng)]有的環(huán)保除塵裝置，可以很大程度上避免在煤樣制備過程中產(chǎn)生大量灰塵對(duì)工作人員的身體健康帶來(lái)威脅，同時(shí)灰塵也會(huì)帶煤樣帶來(lái)影響，影響煤樣檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

3 全自動(dòng)制樣系統(tǒng)在煤炭制樣生產(chǎn)中的應(yīng)用

本文主要通過對(duì)5E-APS全自動(dòng)制樣系統(tǒng)在煤炭制樣生產(chǎn)中的應(yīng)用做出分析，5E-APS全自動(dòng)制樣系統(tǒng)可完全實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的自動(dòng)化運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭的取樣、稱重、制樣以及廢料收集等工作。同時(shí)為了避免系統(tǒng)出現(xiàn)空轉(zhuǎn)運(yùn)行的現(xiàn)象，在系統(tǒng)接料口出還設(shè)置了料流感應(yīng)裝置，可以對(duì)煤流情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并自動(dòng)化運(yùn)行。

3.1 取樣

在采樣所采得的煤樣輸送到全自動(dòng)系統(tǒng)中的方式主要分為在線方式與離線方式兩種[3]。通過采樣機(jī)在線輸送過來(lái)的煤樣可以在膠帶機(jī)的作用下傳送至全自動(dòng)制樣系統(tǒng)的進(jìn)料口，離線的樣品則可通過人工操作將煤樣送至全自動(dòng)制樣間，通過人工對(duì)其進(jìn)行解碼后放到全自動(dòng)制樣系統(tǒng)中即可。同時(shí)系統(tǒng)上還設(shè)置了人工給料口，便于在離線模式下可將人工采樣的煤樣放入到全自動(dòng)制樣系統(tǒng)中。

3.2 稱重

在系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)于煤樣的稱重操作完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。通過機(jī)械設(shè)備采樣或人工采樣所得的煤樣在進(jìn)入入料口后，進(jìn)而在應(yīng)用傳感器的承重裝置處進(jìn)行煤樣稱重[4]。此時(shí)對(duì)于煤樣稱重的精確度較高，對(duì)于13mm、3mm以及6mm的煤樣稱重精確到克，對(duì)于0.2mm的煤樣稱重精確度需要精確到毫克。稱重?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)化傳送至系統(tǒng)內(nèi)部的PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)煤樣的稱重?cái)?shù)據(jù)對(duì)各級(jí)的縮分比加以確定。在煤樣稱重過程中，對(duì)于0.2mm的分析樣以及留樣，若在稱重時(shí)檢測(cè)到留樣量不滿足最小留樣量需求系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)報(bào)警，進(jìn)而通過廢料緩存系統(tǒng)對(duì)符合要求的0.2mm分析樣及留存樣繼續(xù)進(jìn)行制作。

3.3 制樣

在系統(tǒng)制樣過程中，通過在線方式或者離線方式的煤樣入料量存在一定差異，對(duì)于在線方式下入料量重量控制在18到25公斤之間，在離線方式下入料量控制在18到60公斤范圍內(nèi)。根據(jù)我國(guó)燃料智能化相關(guān)制度法規(guī)要求，對(duì)于全自動(dòng)系統(tǒng)中的煤樣生產(chǎn)率應(yīng)不小于每24小時(shí)36個(gè)，縮分取全水分樣應(yīng)當(dāng)大于1.25公斤，一級(jí)破碎達(dá)到6mm，棄樣自動(dòng)進(jìn)入棄樣收集器。在對(duì)3mm煤樣進(jìn)行制備時(shí)需通過熱風(fēng)或微波法進(jìn)行烘干，但對(duì)于無(wú)煙煤及褐煤則不能應(yīng)用微波法進(jìn)行烘干，同時(shí)烘干時(shí)間應(yīng)符合國(guó)標(biāo)所規(guī)定的時(shí)間要求。

在進(jìn)行二級(jí)縮分時(shí)，取重量大于700g的3mm存查樣，對(duì)于一般煤樣而言通過利用縮分裝置對(duì)其分為2份煤樣，一份通過清洗研磨之后將棄料自動(dòng)進(jìn)入到棄料收集裝置，另一份用來(lái)制備60克到300g的0.2mm存查樣及30克到300克的0.2mm一般分析煤樣。在制樣時(shí)采取先清洗再進(jìn)行制樣的工作流程，進(jìn)而將制備的煤樣進(jìn)行封噴碼，人工對(duì)其進(jìn)行取樣化驗(yàn)工作。

在對(duì)煤樣進(jìn)行一級(jí)破碎時(shí)，可應(yīng)用有環(huán)錘破碎機(jī)及直線式破碎機(jī)兩種，其處理煤樣的效率在每小時(shí)5噸到7噸之間，對(duì)于煤樣的二級(jí)破碎可采用對(duì)輥破碎機(jī)，三級(jí)破碎可應(yīng)用研磨機(jī)[5]。

3.4 廢料收集

在全自動(dòng)制樣系統(tǒng)工作過程中所有的棄料都將輸送到廢料收集器中，集中收集并集中運(yùn)走，或可以建設(shè)廢棄料池對(duì)制樣所得的棄料進(jìn)行科學(xué)化處理。

3.5 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)

在全自動(dòng)制樣系統(tǒng)中設(shè)置了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由上位機(jī)以及PLC所組成，具有較強(qiáng)的安全性及穩(wěn)定性，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)內(nèi)部電氣元件采用知名品牌設(shè)備。同時(shí)PLC與自動(dòng)化系統(tǒng)有效結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)上可以對(duì)煤樣品種、時(shí)間、操作者、煤樣噴碼信息以及設(shè)備故障等內(nèi)容得以顯示，便于操作人員在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查時(shí)可以快速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，并及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行處理或根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行相應(yīng)的人工設(shè)置[6]。在系統(tǒng)內(nèi)的上位機(jī)操作過程中，需對(duì)上位機(jī)的操作、維護(hù)及管理等三方面的工作進(jìn)行權(quán)限分隔，分別設(shè)置相應(yīng)的管理權(quán)限。

3.6 環(huán)保除塵系統(tǒng)

在全自動(dòng)制樣系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)還設(shè)置了環(huán)保除塵系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)的煤炭制樣系統(tǒng)多采用人工操作方式，且在制樣過程中缺少環(huán)保除塵裝置的應(yīng)用，導(dǎo)致工作人員工作環(huán)境粉塵較大，不僅影響工作人員的身體健康，同時(shí)也會(huì)對(duì)煤樣造成一定程度的污染[7]。在全自動(dòng)制樣系統(tǒng)中應(yīng)用可環(huán)保除塵系統(tǒng)，可以很大程度上避免在制樣過程中對(duì)煤樣的污染并同時(shí)改善了工作環(huán)境。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中在各個(gè)部件都需設(shè)置除塵裝置，尤其是破碎機(jī)及縮分器在工作過程中振動(dòng)較大，從而也更加容易產(chǎn)生灰塵，除塵裝置可設(shè)置成為地溝或通風(fēng)管等形式對(duì)粉塵進(jìn)行集中收集，另外除塵開關(guān)在設(shè)置時(shí)可以設(shè)置在顯眼位置，便于在工作時(shí)及時(shí)打開。

綜上，在煤炭制樣系統(tǒng)中所應(yīng)用的全自動(dòng)制樣系統(tǒng)完全改變了傳統(tǒng)的制樣方式，不僅實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)的無(wú)人值守工作模式，同時(shí)很大程度上減輕了工作過程中的人員勞動(dòng)量，有效控制了人力成本，且全自動(dòng)系統(tǒng)的工作效率及準(zhǔn)確性更高，對(duì)于推動(dòng)行業(yè)發(fā)展具有重要意義。