智能化煤質(zhì)檢測(cè)集控系統(tǒng)可行性分析

杜洪偉

（國(guó)家能源集團(tuán)神東專(zhuān)業(yè)化服務(wù)基地神東檢測(cè)中心煤質(zhì)檢測(cè)室，陜西 榆林 719300）

1 神東煤質(zhì)檢測(cè)現(xiàn)狀、特點(diǎn)及瓶頸

神東礦井分布范圍廣，煤種多、商品煤煤質(zhì)檢測(cè)呈現(xiàn)出檢測(cè)批量大、煤種多、各檢測(cè)指標(biāo)浮動(dòng)區(qū)間寬等特點(diǎn)。

1.1 檢測(cè)流程人為參與過(guò)多，影響檢測(cè)數(shù)據(jù)客觀性

檢測(cè)流程從稱(chēng)取樣品到干燥或灼燒樣品，再到干燥或灼燒后再次稱(chēng)取樣品，得出檢測(cè)結(jié)果，審核檢測(cè)數(shù)據(jù)是否符合報(bào)出要求，大多都是通過(guò)人工操作處理的，而人的主觀意識(shí)、情緒、惰性等因素的存在對(duì)檢測(cè)精度有潛在的影響，嚴(yán)重的情況下會(huì)造成檢測(cè)結(jié)果失真，這與檢測(cè)數(shù)據(jù)必須客觀的要求相背離。

1.2 檢測(cè)設(shè)備一體化、智能化程度低

目前煤質(zhì)檢測(cè)設(shè)備生產(chǎn)廠商在檢測(cè)設(shè)備更新?lián)Q代過(guò)程中投入了不少精力，但多側(cè)重于研究單臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)化、智能化、對(duì)多項(xiàng)目集成智能檢測(cè)的一體化研究幾乎沒(méi)有投入。換句話說(shuō)，我們使用的檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)化程度高，但縱觀整個(gè)檢測(cè)流程，人工攪拌煤樣、稱(chēng)取煤樣、人工取送樣品，人工清洗器皿、人工審核數(shù)據(jù)這些環(huán)節(jié)都沒(méi)有做到智能一體化，對(duì)隨檢測(cè)樣品數(shù)量變化而相應(yīng)進(jìn)行改造的檢測(cè)單元的模塊化集成也沒(méi)有涉及。而且大量重復(fù)繁重的工序相應(yīng)耗費(fèi)的人工成本就高，不利于提質(zhì)增效。

1.3 單臺(tái)設(shè)備檢測(cè)效率低

以灰分（Aad）檢測(cè)為例：

單臺(tái)馬弗爐尺寸：55cm*42cm*55cm,爐膛尺寸：45cm*22cm*14cm，每班可檢測(cè)煤樣6個(gè)，檢測(cè)效率低的原因主要有兩點(diǎn)：一是由于設(shè)備生產(chǎn)廠家基于大多實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)批量小，單臺(tái)設(shè)備即可達(dá)到檢測(cè)要求的考量，一直以來(lái)沒(méi)有考慮過(guò)研發(fā)大批量，大容量的單臺(tái)高效檢測(cè)設(shè)備來(lái)滿足特定客戶要求，而我們需要單臺(tái)處理能力達(dá)到50個(gè)煤樣以上，我們的需求正好屬于市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的短板；二是由于恒溫區(qū)控溫技術(shù)限制，單臺(tái)大批量的處理技術(shù)需要保持足夠大的恒溫區(qū)域，技術(shù)的突破和生產(chǎn)成本的大幅提高都是需要考慮的問(wèn)題。

1.4 缺乏對(duì)關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn)的流程監(jiān)控

以灰分（Aad）檢測(cè)為例，檢測(cè)流程關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn)如（表1）所示。

這些流程關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn)是保證檢測(cè)質(zhì)量客觀、公正的關(guān)鍵步驟和環(huán)節(jié)，也是人工操作最容易出現(xiàn)紕漏的地方，所以需要嚴(yán)格監(jiān)控。

1.5 不利于質(zhì)量體系的有效運(yùn)行

實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量體系的有效運(yùn)行依靠人、機(jī)、環(huán)、管四個(gè)因素協(xié)調(diào)配合，相互促進(jìn)，質(zhì)量體系框架內(nèi)的相關(guān)質(zhì)量記錄和技術(shù)記錄內(nèi)容的填寫(xiě)是保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程做到可追溯的關(guān)鍵證據(jù)。所以設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)管控、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的使用情況，原始數(shù)據(jù)等都需要相對(duì)應(yīng)的記錄。記錄的客觀與否直接關(guān)系質(zhì)量體系的有效運(yùn)行。要保證記錄客觀，就要減少人工填寫(xiě)，將體系要求的記錄內(nèi)容在集控系統(tǒng)中體現(xiàn)并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)打印。

2 智能一體化煤質(zhì)檢測(cè)集控系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 構(gòu)成圖（圖1）

2.2 系統(tǒng)主要功能介紹

智能一體化煤質(zhì)檢測(cè)集控系統(tǒng)主要由流程集控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、輔助傳送系統(tǒng)、輔助稱(chēng)樣系統(tǒng)、設(shè)備集成系統(tǒng)、智能審核系統(tǒng)組成[1]。

表1

圖1

2.2.1 流程集控系統(tǒng)

流程集控系統(tǒng)是智能一體化煤質(zhì)檢測(cè)集控系統(tǒng)的中樞，主要部件是中央控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、樣品輔助傳輸系統(tǒng)、檢測(cè)設(shè)備參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的連接。配備流程集控系統(tǒng)的目的是為了減少檢測(cè)過(guò)程人為參與，實(shí)時(shí)檢測(cè)控制設(shè)備設(shè)施關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵參數(shù)的即時(shí)狀態(tài)，為實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程追溯創(chuàng)造可回放的客觀真實(shí)條件，為規(guī)范實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量體系運(yùn)行提供可靠的，科學(xué)的基礎(chǔ)環(huán)境。

2.2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)置在有人為操作的關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn)，為了監(jiān)督關(guān)鍵檢測(cè)環(huán)節(jié)人為操作主觀性的影響，輔助設(shè)置在對(duì)樣品粒度的符合性驗(yàn)證環(huán)節(jié)以及監(jiān)控可能影響檢測(cè)的其它因素，作為流程集控系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)使用，也用于服務(wù)實(shí)驗(yàn)室管理。

2.2.3 樣品輔助傳送系統(tǒng)

樣品輔助傳送系統(tǒng)將樣品粒度核驗(yàn)、樣品機(jī)械攪拌與傳送設(shè)施一體化集成，有兩種方式：一種是機(jī)械輸送帶傳輸方式，一種是智能機(jī)器人輔助傳送方式，前者要求系統(tǒng)各組成部分位置固定，一體化程度高，系統(tǒng)協(xié)調(diào)性高，但這種布局方式在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)之初就需要進(jìn)行考慮；后者對(duì)各組成部分位置不需固定，比較靈活，一體化程度不高，且系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)性不高，但對(duì)實(shí)驗(yàn)室用地要求沒(méi)有前者那樣苛刻，根據(jù)我們目前的實(shí)際情況，只能選擇后者。

2.2.4 輔助稱(chēng)樣系統(tǒng)

輔助稱(chēng)樣系統(tǒng)較與人工稱(chēng)樣在設(shè)計(jì)方面有很大的改進(jìn)，既可以提高稱(chēng)樣效率，縮短時(shí)間；又減少人為因素對(duì)稱(chēng)樣的干擾。改進(jìn)的方式主要是機(jī)械輔助。由于天平穩(wěn)定性以及要求稱(chēng)取質(zhì)量的精度限制，這一環(huán)節(jié)完全摒棄人工目前還很難做到，但確保人力不直接接觸樣品的單一目的還是能達(dá)到的，這也是開(kāi)發(fā)這一系統(tǒng)的主要目的。

2.2.5 設(shè)備集控系統(tǒng)

智能一體化煤質(zhì)檢測(cè)集控系統(tǒng)由于采取關(guān)鍵點(diǎn)集成控制技術(shù)，所以必須對(duì)目前所使用的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行大幅度的集成化模塊化改造，改造要求側(cè)重于以下幾個(gè)方面：設(shè)備集成模塊化；集成電路遠(yuǎn)程控制化；輔助傳送系統(tǒng)和檢測(cè)設(shè)備兼容性改造；樣品編碼與器皿編號(hào)對(duì)應(yīng)識(shí)別系統(tǒng)改造。

此外，樣品粒度核驗(yàn)、樣品攪拌系統(tǒng)的技術(shù)性研發(fā)都需要在智能一體化煤質(zhì)檢測(cè)集控系統(tǒng)中統(tǒng)一研發(fā)配置。

2.2.6 智能審核系統(tǒng)

智能審核系統(tǒng)是在神東檢測(cè)中心煤質(zhì)檢測(cè)室在多年應(yīng)用煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出的，旨在對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)人工審核呈現(xiàn)出的弊端所進(jìn)行的升級(jí)創(chuàng)新[2]。通過(guò)對(duì)某一礦井，某一煤種，某一檢測(cè)項(xiàng)目多年積累的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立統(tǒng)計(jì)模型，確定某一時(shí)段內(nèi)符合自身要求的置信區(qū)間來(lái)對(duì)當(dāng)天檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選判別，并對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行異常原因分析，分析結(jié)果反饋給審核人員，最大程度保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的客觀、規(guī)范、準(zhǔn)確、高效，為指導(dǎo)礦井生產(chǎn)、洗選參數(shù)配置、商品煤銷(xiāo)售定價(jià)、煤種指標(biāo)決策提供最有利可靠的數(shù)理依據(jù)。

3 智能化煤質(zhì)檢測(cè)集控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

3.1 可較大幅度減少檢測(cè)流程人工參與，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)客觀、規(guī)范

使用該系統(tǒng)后，主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)無(wú)人參與或?qū)崟r(shí)監(jiān)控，以灰分（Aad）檢測(cè)為例，如表2所示。

使用智能一體化煤質(zhì)檢測(cè)集控系統(tǒng)前后關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn)對(duì)比表：

表2

3.2 檢測(cè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)點(diǎn)智能監(jiān)控，保證作業(yè)流程符合國(guó)標(biāo)要求

作業(yè)流程的計(jì)算機(jī)程序?qū)懭?，各?jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)參數(shù)的鑒定判斷是根據(jù)各檢測(cè)項(xiàng)目相對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法制定的，即整個(gè)檢測(cè)過(guò)程嚴(yán)格按檢測(cè)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，符合國(guó)標(biāo)要求。

3.3 設(shè)備及設(shè)施故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)排除

由于流程集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)寫(xiě)入的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)判斷、提示或報(bào)警，所以故障設(shè)備或設(shè)施、故障部位、故障排除方法在中央集控系統(tǒng)顯示屏上都會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并顯示，所以能做到在第一時(shí)間及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備或設(shè)施故障、制定相應(yīng)措施排除故障。

3.4 減少檢測(cè)耗時(shí)

整個(gè)系統(tǒng)提高工效的兩個(gè)關(guān)鍵：一是稱(chēng)樣方法上的改進(jìn)可以大幅降低檢測(cè)耗時(shí)，二是檢測(cè)流程上的改進(jìn)可以大幅降低檢測(cè)耗時(shí)，以全水份（Mt）檢測(cè)干燥環(huán)節(jié)為例，在不影響干燥機(jī)理的前提下，如果提高干燥溫度即從國(guó)標(biāo)規(guī)定的105～110℃提高到145℃，在使用智能一體化煤質(zhì)檢測(cè)集控系統(tǒng)得出的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)出入或出入很小可忽略不計(jì)，但檢測(cè)用時(shí)卻節(jié)省了1.5h，那么我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出檢測(cè)流程的改進(jìn)方法，通過(guò)改動(dòng)溫度檢測(cè)參數(shù)即可達(dá)到提高效率的最終目的。

3.5 檢測(cè)數(shù)據(jù)智能審核，智能分析，科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)，服務(wù)決策

檢測(cè)數(shù)據(jù)的客觀性得到了顯著提高，大量檢測(cè)數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)出來(lái)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律為科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)打下了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間存在的客觀規(guī)律，判斷檢測(cè)數(shù)據(jù)的異常并給出可能原因，以達(dá)到智能審核的目的。這既提高了審核效率、避免了人為主觀傾向所帶來(lái)的弊端，也可為礦井、選煤礦調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)、決策生產(chǎn)煤種，為商品煤以質(zhì)計(jì)價(jià)提供直接依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

智能化煤質(zhì)檢測(cè)集控系統(tǒng)從降低人工成本、節(jié)省檢測(cè)設(shè)備的消耗都起到了很大的成本節(jié)約。同時(shí)大量精準(zhǔn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，為礦井生產(chǎn)決策、洗選參數(shù)調(diào)整、商品煤以質(zhì)計(jì)價(jià)提供了最有利的直接依據(jù)，也為企業(yè)發(fā)展決策起到了決定性作用。對(duì)于提升神東商品煤品牌價(jià)值來(lái)說(shuō)起到了推波助瀾的作用，更有助于樹(shù)立神東煤品牌形象。