河南煤炭國檢質(zhì)量檢驗中心 王 愷 張 波

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

1 機械制樣系統(tǒng)的發(fā)展歷程

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機械制樣系統(tǒng)也發(fā)生了實質(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)備為輔進行制樣，在上個世紀(jì)80年代初期我國通過自主設(shè)計及國外引進等方式逐步形成了機械化的取制樣系統(tǒng)，但自動化應(yīng)用程度并不高，在稱量等過程還是需要人工進行輔助。在上世紀(jì)末全自動制樣系統(tǒng)開始在我國研發(fā)并應(yīng)用，在自動控制技術(shù)的發(fā)展下，使得機械制樣系統(tǒng)的自動化水平不斷提升，該系統(tǒng)在運行過程中仍具備手動運行及自動運行兩種模式，手動運行模式是為了便于對設(shè)備進行升級維護，在正常運行時不需手動運行，因而也為樣品數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得以保證[1]。

2 全自動制樣系統(tǒng)的優(yōu)勢分析

相比傳統(tǒng)煤炭制樣方式，全自動制樣系統(tǒng)具備較為優(yōu)越的優(yōu)勢：首先，系統(tǒng)設(shè)備的全自動化很大程度上減輕了人工的工作強度，也避免人為操作的不準(zhǔn)確或?qū)悠吩斐晌廴镜纫蛩兀瑥亩鴮γ簶訖z測的準(zhǔn)確性帶來影響；其次，在全自動制樣系統(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)格不符合國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)會報警并對不合格品進行區(qū)分，使得煤樣更加具備代表性[2]。另外，全自動制樣系統(tǒng)的封閉性可減少空氣對于煤樣的影響，避免煤樣水分受到影響；再次，全自動制樣系統(tǒng)應(yīng)用了制樣廢棄料的自動回收裝置，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)生大量灰塵對工作人員的身體健康帶來威脅，同時灰塵也會帶煤樣帶來影響，影響煤樣檢測的準(zhǔn)確度。

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

本文主要通過對5E-APS全自動制樣系統(tǒng)在煤炭制樣生產(chǎn)中的應(yīng)用做出分析，5E-APS全自動制樣系統(tǒng)可完全實現(xiàn)無人值守的自動化運行，從而實現(xiàn)對煤炭的取樣、稱重、制樣以及廢料收集等工作。同時為了避免系統(tǒng)出現(xiàn)空轉(zhuǎn)運行的現(xiàn)象，在系統(tǒng)接料口出還設(shè)置了料流感應(yīng)裝置，可以對煤流情況進行實時檢測并自動化運行。

3.1 取樣

在采樣所采得的煤樣輸送到全自動系統(tǒng)中的方式主要分為在線方式與離線方式兩種[3]。通過采樣機在線輸送過來的煤樣可以在膠帶機的作用下傳送至全自動制樣系統(tǒng)的進料口，離線的樣品則可通過人工操作將煤樣送至全自動制樣間，通過人工對其進行解碼后放到全自動制樣系統(tǒng)中即可。同時系統(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制樣系統(tǒng)中。

3.2 稱重

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

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)我國燃料智能化相關(guān)制度法規(guī)要求，對于全自動系統(tǒng)中的煤樣生產(chǎn)率應(yīng)不小于每24小時36個，縮分取全水分樣應(yīng)當(dāng)大于1.25公斤，一級破碎達(dá)到6mm，棄樣自動進入棄樣收集器。在對3mm煤樣進行制備時需通過熱風(fēng)或微波法進行烘干，但對于無煙煤及褐煤則不能應(yīng)用微波法進行烘干，同時烘干時間應(yīng)符合國標(biāo)所規(guī)定的時間要求。

在進行二級縮分時，取重量大于700g的3mm存查樣，對于一般煤樣而言通過利用縮分裝置對其分為2份煤樣，一份通過清洗研磨之后將棄料自動進入到棄料收集裝置，另一份用來制備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。在制樣時采取先清洗再進行制樣的工作流程，進而將制備的煤樣進行封噴碼，人工對其進行取樣化驗工作。

在對煤樣進行一級破碎時，可應(yīng)用有環(huán)錘破碎機及直線式破碎機兩種，其處理煤樣的效率在每小時5噸到7噸之間，對于煤樣的二級破碎可采用對輥破碎機，三級破碎可應(yīng)用研磨機[5]。

3.4 廢料收集

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

3.5 電氣自動化控制系統(tǒng)

在全自動制樣系統(tǒng)中設(shè)置了電氣自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由上位機以及PLC所組成，具有較強的安全性及穩(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PLC與自動化系統(tǒng)有效結(jié)合，從而實現(xiàn)在系統(tǒng)上可以對煤樣品種、時間、操作者、煤樣噴碼信息以及設(shè)備故障等內(nèi)容得以顯示，便于操作人員在進行現(xiàn)場巡查時可以快速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，并及時采取應(yīng)對措施進行處理或根據(jù)系統(tǒng)需求進行相應(yīng)的人工設(shè)置[6]。在系統(tǒng)內(nèi)的上位機操作過程中，需對上位機的操作、維護及管理等三方面的工作進行權(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)

在全自動制樣系統(tǒng)內(nèi)同時還設(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，同時也會對煤樣造成一定程度的污染[7]。在全自動制樣系統(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煤樣的污染并同時改善了工作環(huán)境。在系統(tǒng)運行過程中在各個部件都需設(shè)置除塵裝置，尤其是破碎機及縮分器在工作過程中振動較大，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)管等形式對粉塵進行集中收集，另外除塵開關(guān)在設(shè)置時可以設(shè)置在顯眼位置，便于在工作時及時打開。

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