煤自動采樣系統在焦化廠的應用

顏炳健

（天津天鐵冶金集團有限公司焦化廠，河北涉縣 056404）

煤自動采樣系統在焦化廠的應用

顏炳健

（天津天鐵冶金集團有限公司焦化廠，河北涉縣 056404）

敘述了煤自動采樣控制系統在天鐵集團焦化廠的應用情況。通過采樣機正上方攝像機實時采集的圖像，計算機、PLC標定、運算轉換形成物理單位如毫米的平面坐標系，隨機生成采樣坐標點，采樣車通過計數開關、行程開關自動定位到相應的坐標點，完成自動采樣過程。自動采樣設備運行穩定，效果良好，提高了采樣的工作效率。

煤 自動采樣 控制系統 圖像坐標技術 應用

1 引言

對于天鐵焦化廠，進廠煤的質量非常重要，煤的優劣嚴重影響到焦炭的各項指標，也是各種煤配比的重要數據來源，直接影響到焦化廠的燃料成本。加上汽車煤摻雜使假現象相對較多，抓緊抓好燃煤質量是焦化企業一項至關重要的工作。因此，進廠煤的采樣是焦化廠經營管理中的重要一環。現階段汽車煤采樣主要分為兩種：一是人工手動采樣，采樣的自動化程度低，費時費力，需要人工數量較多，加之在責任心、技術水平、判斷能力、操作技能等方面存在差異，存在很多人為操作不規范問題；二是自動采樣，自動化程度高，省時省力，技術發展也非常成熟，隨機定位采樣點，避免了人為操作因素。基于以上考慮，我廠于2010年放棄了人工采樣，新建了自動采樣控制系統，至今，經過兩年多的運行，性能穩定、效果良好，完全實現了自動采樣。

2 自動采樣原理

通過汽車正上方的攝像機，采集的模擬視頻圖像通過計算機、視頻采集卡轉換成數字圖像。數字圖像在計算機內每一個元素即是像素。在數字圖像上定義直角坐標系x-y，每一個像素的坐標（x，y）分別是該像素在數組中的列數和行數，形成以像素為單位的圖像坐標系。由于數字圖像坐標系只表示像素位于數字圖像的行數和列數，并沒有用物理單位表示出該像素在數字圖像中的物理位置，這樣就需要轉換建立一個以物理單位（如mm）的平面坐標系x-y。首先在x-y坐標系中，中心原點O1定義在攝像機光軸和圖像平面的交點處，稱為圖像的主點，該點一般位于圖像中心處，但由于攝像機制作的原因，可能會有些偏離，O1在坐標系下的坐標為（X0，Y0），每個像素在x軸和y軸方向上的物理尺寸為dx、dy。實際調試中標定測量出參數值，填寫在對應的參數中。具體見圖1視頻圖像坐標參數調整界面。

圖1 視頻圖像坐標參數調整界面

對應的物理坐標系標定生成，在計算機視頻圖像采集畫面中，鼠標選定采樣汽車的區域范圍，系統隨機產生采樣點坐標參數，PLC系統驅動采樣大車、小車行駛到對應坐標點，進行采樣作業。圖像隨機坐標點見圖2。

圖2 圖像隨機采樣點

3 控制系統簡介

由上位機工控機和下位機PLC組成的兩級計算機控制系統，上位機進行狀態監視和命令發送，PLC根據上位機的指令和參數并結合從現場采集到的計數開關、接近開關等傳感器信號，采用視頻數字圖像處理技術對當前車廂進行定位識別，系統隨即產生采樣點坐標參數，控制各執行器動作。采樣包括全自動和手動兩種控制方式，全自動一鍵操作能夠實現對汽車的自動定位，在采樣區域內自動產生隨機采樣點，并自動完成采樣、卸料。在整個采樣過程中，系統具備全面的故障自診斷能力，當設備運行出現故障時，系統立即停車報警，并給出詳細的自診斷信息和修復建議。系統設有邊界保護、過載保護、過流保護、斷相保護、受阻保護、聯鎖保護、接地保護等完善的電氣保護措施。PLC采用SIEMENS-S7-200系列，中心處理器采用CPU226 CN；上位機采用工控機，開發軟件采用VB6.0簡體中文版；上位機能接收、顯示并打印工況信息、進給值、采樣點、車廂號、時間信息、故障顯示、班號等信息，信息能夠生成歷史數據庫，數據庫采用Access 2000中文版，可進行工況信息查詢。

大車為橋式結構，端梁及橫梁采用箱形結構，采用變頻控制，變頻器采用施耐德系列變頻器，大車啟動、運行、停止平穩，無沖擊、不啃軌、制動可靠，采樣頭依靠電氣控制能在車廂內縱向各點準確定位。大車可滿足最大風速時逆向運行的要求，在兩端安裝緩沖器，電氣和機械保護滿足設備安全運行的需要。

小車采用封閉箱體，箱體裝有行走機構采用集中驅動的方式，箱體內裝有采樣機構和升降機構，驅動裝置采用變頻控制，變頻器采用施耐德系列變頻器。小車及行走機構啟動和停車平穩，無沖擊、不啃軌，采樣頭能在車廂內橫向各點準確定位。其行走機構可滿足最大風速時逆向運行的要求，并具有防止小車在采樣時不脫軌的安全裝置。

采樣頭選用螺旋鉆式全柱狀切割采樣器，采樣頭具有切割破碎功能，采樣深度能夠采取整個煤車的全深度，采樣頭直徑175 mm。每車三點采樣時間不超過180 s，每小時采樣不少于15車。

4 程序設計與應用

上位機監控開發軟件采用的是VB6.0簡體中文版，通過MODBUS協議與西門子S7-200通訊連接，讀取采樣機的計數開關、接近開關燈狀態信息。直觀的顯示大車、小車、采樣頭的運行坐標位置及狀態。通過VB隨機函數Randomize生成隨機數的方式，隨機生成3個坐標點。

采樣信息輸入確認后，大車從初始位置正轉，通過電機上安裝的計數開關，脈沖累計，確認大車在坐標系中行走的物理位置。當前X坐標到達采樣點X坐標點時，停止大車運轉輸出點。小車Y方向走行也是同樣的原理。當X，Y到達第一個采樣點后，采樣頭進行Z方向的深度行走，到達信息指定的深度，完成第一點的采樣。然后通過計數開關的脈沖累加、累減找到相應的第二、第三點的物理坐標位置，依次完成采樣工作。坐標位置測量程序見圖3。

圖3 X坐標測量程序

5 結束語

煤炭作為焦化廠最主要的原燃料，考評進廠煤的經濟性、優劣性，對煤炭的進廠采樣化驗分析管理成為國內各焦化企業重點考核指標。入場煤采樣設備從以前的人工手動采樣操作，到現在自動隨機采樣，從不完善正走向定型和完美。汽車煤自動取樣設備運行以來，運行穩定、效果良好，減少了人工操作強度、人為不規范操作等不利因素，提高了采樣的工作效率。

[1]劉富強.數字視頻圖像處理與通信[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2]戚飛虎.模式識別與圖像處理[M].上海:上海交通大學出版社，1990.

[3]張樹兵.Visual Basic 6.0中文版入門與提高[M].北京:清華大學出版社，1999.

Application of Automatic Sampling Control System of Truck Loaded Coal at Coking Plant

Yan Bingjian

(Coking Plant,Tianjin Tiantie Metallurgy Group Company Limited,She County,Hebei Province 056404,China)

The application of automatic sampling control system for truck loaded coal is described.The images collected by camera above sampler are converted into a plane coordinate system of physical unit(e.g.,millimeter)via computer and PLC calibration and arithmetic conversion,and sampling coordinates are generated.The sampling carriage automatically locates to relevant coordinates by means of counting switch and limit switch.Thus a sampling process is complete.The automatic sampling device runs stably with good effect.Sampling efficiency is improved as well.

coal,automatic sampling,control system,image coordinate technique,application

顏炳健，男，工程師，主要從事儀表自動化方面的研究工作。

（收稿 2012－04－15 編輯 潘娜）