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(jī)設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(dòng)化程度仍較低。現(xiàn)階段，火電廠燃料驗(yàn)收仍以人工驗(yàn)收為主，采、制、化各環(huán)節(jié)相互脫離。以實(shí)現(xiàn)燃料管理無(wú)人值守、全過(guò)程自動(dòng)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(tuán)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(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理的核查；原始化驗(yàn)結(jié)果有疑問(wèn)或丟失時(shí)再檢驗(yàn)；作為一般分析試驗(yàn)丟失或污損時(shí)的替代；發(fā)生質(zhì)量糾紛或疑問(wèn)時(shí)再檢驗(yàn)[1]，由此可見(jiàn)，電廠存查煤樣的管理對(duì)于電廠燃料驗(yàn)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(chǔ)存室?guī)缀跞珵槿斯ご鏄?、取樣，雖然電廠通過(guò)雙人雙鎖、安裝監(jiān)控等手段對(duì)儲(chǔ)存室進(jìn)行管理，但自動(dòng)化程度較低，管控難度仍然較大。同時(shí)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(jì)一種智能化的煤樣儲(chǔ)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(chǔ)存室的設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)樣品儲(chǔ)存的智能化和無(wú)人值守，減少人為操作。

1 煤樣儲(chǔ)存室設(shè)計(jì)

1.1 儲(chǔ)存室整體布局

為滿足封閉性的要求，首先需要一個(gè)封閉的儲(chǔ)存室。儲(chǔ)存室留有一個(gè)可以閉合的送樣窗口，送樣窗口的設(shè)計(jì)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(jī)械手的升降移動(dòng)距離。安裝一個(gè)經(jīng)過(guò)授權(quán)方可進(jìn)出的門(mén)，此門(mén)保持關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)儲(chǔ)存室內(nèi)部需要人工整理時(shí)方能進(jìn)入；室內(nèi)擺放開(kāi)放式多層存樣柜。儲(chǔ)存室內(nèi)部布局示意圖如圖1。

圖1 智能煤樣儲(chǔ)存室室意圖

1.2 存取樣裝置

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

圖2 可升降機(jī)械手裝置示意圖

1.3 存樣柜

為方便機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用三維坐標(biāo)唯一定義。存樣柜示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 儲(chǔ)存室內(nèi)存樣柜示意圖1.存樣編碼

1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

智能煤樣儲(chǔ)存室的核心是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是控制機(jī)械手自動(dòng)、準(zhǔn)確移動(dòng)實(shí)現(xiàn)煤樣精準(zhǔn)放置的關(guān)鍵。

首先確定每個(gè)存樣位的坐標(biāo)。根據(jù)儲(chǔ)存室、存樣柜和存樣瓶的大小，確定儲(chǔ)存室存樣位的數(shù)量，進(jìn)而確定每個(gè)存樣位所對(duì)應(yīng)的唯一三維坐標(biāo)。在控制系統(tǒng)中輸入各個(gè)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(diǎn)定為坐標(biāo)零點(diǎn)（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(shí)垂直于X軸、Y軸的定義為Z軸。

機(jī)械手的移動(dòng)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下主要功能：控制機(jī)械手自動(dòng)移動(dòng)至定位坐標(biāo)處；讀取樣品存樣編碼并自動(dòng)指定其存樣位置；編寫(xiě)有“存樣”和“取樣”程序，但系統(tǒng)默認(rèn)“存樣”程序；能夠顯示儲(chǔ)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(shí)，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(jī)決定樣品存放坐標(biāo)并控制機(jī)械手定位存放樣品；系統(tǒng)自動(dòng)提示達(dá)到存放周期樣品的存樣編碼；取樣時(shí)，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(dòng)判斷其存樣坐標(biāo)，并自動(dòng)控制機(jī)械手移動(dòng)、取出樣品；每次存/取樣完成后，機(jī)械手復(fù)位到送樣窗口原點(diǎn)處，系統(tǒng)自動(dòng)備份存樣編碼與存樣坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 樣品儲(chǔ)存流程實(shí)例

2.1 存樣

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

圖4 存樣流程圖

2.2 取樣

打開(kāi)控制系統(tǒng)，啟動(dòng)“取樣”程序，調(diào)出控制系統(tǒng)儲(chǔ)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(tái)自動(dòng)識(shí)別存樣編碼對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。機(jī)械手基座開(kāi)始移動(dòng)，移動(dòng)至對(duì)應(yīng)（x，y）坐標(biāo)處，基座靜止，機(jī)械手臂開(kāi)始上升或下降至z坐標(biāo)處，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)90°，前伸抓取樣品瓶。機(jī)械手退回，回旋至與導(dǎo)軌平行位置，基座移動(dòng)至送樣窗口原點(diǎn)處，將存樣瓶放于窗口平臺(tái)上，機(jī)械手退回。取樣操作完成后，系統(tǒng)自動(dòng)更新并備份存樣編碼與存樣坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 結(jié)語(yǔ)

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

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