全自動制樣系統在實際生產中的應用分析

河南煤炭國檢質量檢驗中心 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年僅電力行業所消耗煤炭資源量就達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由于其誤差小、工作效率高、可實現自動化運行等特點開始逐漸被人們所應用，對煤炭的制樣及化驗得以有利保障。

1 機械制樣系統的發展歷程

隨著科學技術的不斷發展，機械制樣系統也發生了實質性的改變，傳統的單體設備制樣階段主要以人工制樣為主、單體設備為輔進行制樣，在上個世紀80年代初期我國通過自主設計及國外引進等方式逐步形成了機械化的取制樣系統，但自動化應用程度并不高，在稱量等過程還是需要人工進行輔助。在上世紀末全自動制樣系統開始在我國研發并應用，在自動控制技術的發展下，使得機械制樣系統的自動化水平不斷提升，該系統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，因而也為樣品數據的準確性得以保證[1]。

2 全自動制樣系統的優勢分析

相比傳統煤炭制樣方式，全自動制樣系統具備較為優越的優勢：首先，系統設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確或對樣品造成污染等因素，從而對煤樣檢測的準確性帶來影響；其次，在全自動制樣系統內，在入料口及出料口都分別設置了煤樣稱重裝置，因此一旦出口處的煤樣規格不符合國標標準，系統會報警并對不合格品進行區分，使得煤樣更加具備代表性[2]。另外，全自動制樣系統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，全自動制樣系統應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，在全自動制樣系統中應用了傳統制樣方式沒有的環保除塵裝置，可以很大程度上避免在煤樣制備過程中產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，影響煤樣檢測的準確度。

3 全自動制樣系統在煤炭制樣生產中的應用

本文主要通過對5E-APS全自動制樣系統在煤炭制樣生產中的應用做出分析，5E-APS全自動制樣系統可完全實現無人值守的自動化運行，從而實現對煤炭的取樣、稱重、制樣以及廢料收集等工作。同時為了避免系統出現空轉運行的現象，在系統接料口出還設置了料流感應裝置，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中即可。同時系統上還設置了人工給料口，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中。

3.2 稱重

在系統內部對于煤樣的稱重操作完全實現了自動化。通過機械設備采樣或人工采樣所得的煤樣在進入入料口后，進而在應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。稱重數據自動化傳送至系統內部的PLC控制系統，PLC控制系統根據煤樣的稱重數據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則會自動報警，進而通過廢料緩存系統對符合要求的0.2mm分析樣及留存樣繼續進行制作。

3.3 制樣

在系統制樣過程中，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。根據我國燃料智能化相關制度法規要求，對于全自動系統中的煤樣生產率應不小于每24小時36個，縮分取全水分樣應當大于1.25公斤，一級破碎達到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或微波法進行烘干，但對于無煙煤及褐煤則不能應用微波法進行烘干，同時烘干時間應符合國標所規定的時間要求。

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，可應用有環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，三級破碎可應用研磨機[5]。

3.4 廢料收集

在全自動制樣系統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，或可以建設廢棄料池對制樣所得的棄料進行科學化處理。

3.5 電氣自動化控制系統

在全自動制樣系統中設置了電氣自動化控制系統，該系統由上位機以及PLC所組成，具有較強的安全性及穩定性，為了保證系統穩定性，系統內部電氣元件采用知名品牌設備。同時PLC與自動化系統有效結合，從而實現在系統上可以對煤樣品種、時間、操作者、煤樣噴碼信息以及設備故障等內容得以顯示，便于操作人員在進行現場巡查時可以快速發現系統故障，并及時采取應對措施進行處理或根據系統需求進行相應的人工設置[6]。在系統內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限分隔，分別設置相應的管理權限。

3.6 環保除塵系統

在全自動制樣系統內同時還設置了環保除塵系統。由于傳統的煤炭制樣系統多采用人工操作方式，且在制樣過程中缺少環保除塵裝置的應用，導致工作人員工作環境粉塵較大，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]。在全自動制樣系統中應用可環保除塵系統，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境。在系統運行過程中在各個部件都需設置除塵裝置，尤其是破碎機及縮分器在工作過程中振動較大，從而也更加容易產生灰塵，除塵裝置可設置成為地溝或通風管等形式對粉塵進行集中收集，另外除塵開關在設置時可以設置在顯眼位置，便于在工作時及時打開。

綜上，在煤炭制樣系統中所應用的全自動制樣系統完全改變了傳統的制樣方式，不僅實現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，且全自動系統的工作效率及準確性更高，對于推動行業發展具有重要意義。