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)領域，其管理水平和裝備手段自動化程度仍較低?，F(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的燃料智能化管理是當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)過授權方可進出的門，此門保持關閉狀態(tài)，只有當儲存室內(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軌；安裝機械手移動基座和可豎直升降、水平伸縮和旋轉的機械手，機械手能夠緊緊地抓住樣品瓶，機械手尺寸大小應根據(jù)樣品瓶的尺寸設計。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、準確移動實現(xiàn)煤樣精準放置的關鍵。

首先確定每個存樣位的坐標。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的唯一三維坐標。在控制系統(tǒng)中輸入各個樣品坐標的位置參數(shù)。根據(jù)圖1所示，坐標定義規(guī)則可以為：將水平導軌與第一條豎直導軌的交點定為坐標零點（0,0,0），水平導軌定為X軸，第一條豎直導軌定為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)在空余坐標中隨機決定樣品存放坐標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，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對應關系數(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，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)坐標位置參數(shù)選擇合理路徑開始移動。首先移動到坐標的（x，y）位置處，基座停止，機械手臂開始上升或下降，移動到z坐標處，機械手臂靜止，機械手旋轉90°、前伸至坐標位置處，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對應關系數(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的坐標。機械手基座開始移動，移動至對應（x，y）坐標處，基座靜止，機械手臂開始上升或下降至z坐標處，機械手旋轉90°，前伸抓取樣品瓶。機械手退回，回旋至與導軌平行位置，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對應關系數(shù)據(jù)庫。

3 結語

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果核對允許差的確定方法研究[J].煤質(zhì)技術,2012,11(6):39-41.