并列式多煤種全自動煤精密制樣系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

王振飛 宋娜 張睿鵬 王建紅 陳剛

【摘要】部分先進(jìn)鋼鐵企業(yè)如京唐公司、太鋼、鑌鑫鋼鐵、江西南昌鋼鐵等公司已開展全自動制樣技術(shù)研究應(yīng)用，但國內(nèi)可以借鑒的先進(jìn)全自動制樣技術(shù)都無法滿足長鋼多煤種、多任務(wù)、多項目快速自動制樣需求，該設(shè)計和研發(fā)與長鋼實際緊密結(jié)合，從全流程自動無人化模式的建立，關(guān)鍵工藝技術(shù)研究，重要裝備開發(fā)一體化攻關(guān)。國內(nèi)首次研究出多煤種、多項目、多任務(wù)、全流程快速全自動制樣技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤精細(xì)化制樣;自動化;智能化

一、主要內(nèi)容：

1、采樣、制樣、交接的全流程的自動化檢驗體系的建立

全自動采樣系統(tǒng)同煤種、同供戶檢驗10車自動組批，所產(chǎn)生該批次的單車備份樣、綜合備份樣、綜合分析樣、和該批次的水分樣品。單車備份樣和綜合備份樣系統(tǒng)自動打包并存儲。綜合分析樣和水分分析樣需要送至全自動制樣系統(tǒng)進(jìn)行自動制樣;全自動制備的樣品包括烘干后的水分樣品，系統(tǒng)自動計算生成水分上傳計質(zhì)量系統(tǒng);研磨后<0.2mm的成分樣品，與烘干過篩后的膠質(zhì)層和巖相樣品自動封裝并通過風(fēng)動發(fā)送至化驗室。

采樣過程中產(chǎn)生的單車備份樣直接由采樣系統(tǒng)的可移動卸料裝置正轉(zhuǎn)進(jìn)入打包機(jī)進(jìn)行自動打包，并通過提升和投料小車裝置進(jìn)入規(guī)定的存儲柜內(nèi)進(jìn)行存儲;產(chǎn)生的水分分析樣品通過可移動卸料裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)進(jìn)入下方由直線樣品收集裝置設(shè)定的樣桶內(nèi)進(jìn)行收集。當(dāng)同煤種同供戶同批次的樣品采集滿10車時，系統(tǒng)自動對該批次綜合樣進(jìn)行混勻、縮分打包，生成3份綜合樣品。第一份樣品通過移動卸料裝置正轉(zhuǎn)進(jìn)入打包機(jī)自動打包存儲，其余兩份樣品通過移動卸料裝置反轉(zhuǎn)進(jìn)入樣品收集裝置的設(shè)定樣桶。隨后人工將該批次收集的水分和成分樣桶運輸至全自動制樣系統(tǒng)開始自動制樣。

2、全自動制樣系統(tǒng)簡介

1）集樣系統(tǒng)：

全自動取樣機(jī)制備好的需要進(jìn)一步制樣的樣品按照系統(tǒng)設(shè)定自動進(jìn)入集樣裝置，相關(guān)樣品信息（煤種、供戶、批次、水分分析樣、成分分析樣等）自動寫入位于封裝桶上的IC卡內(nèi)，進(jìn)料完成后自動封蓋上鎖，在保證樣品水分不流失的前提下更保證了樣品流轉(zhuǎn)安全。

2）樣品縮分稱重系統(tǒng)：

需制備樣桶放入給料裝置內(nèi)，按照制樣系統(tǒng)設(shè)定，封裝桶自動移動到讀卡工位，樣品信息自動讀取，并上傳制樣控制系統(tǒng)內(nèi)，完成后的樣桶自動移動到卸料工位，通過感應(yīng)鑰匙自動開鎖，樣桶蓋自動打開，卸料機(jī)械臂自動夾取樣桶并旋轉(zhuǎn)卸料，樣品料進(jìn)入制樣系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)安裝在縮分皮帶機(jī)上的布料器均勻鋪攤后緩慢均勻的經(jīng)過旋轉(zhuǎn)式縮分器進(jìn)行縮分，縮分出的樣品料進(jìn)入位于縮分器下方的天平托盤內(nèi)，天平自動稱重，當(dāng)天平托盤內(nèi)的樣品重量達(dá)到設(shè)定重量時，水測機(jī)械臂自動啟動，根據(jù)樣桶讀取信息將樣品料轉(zhuǎn)運至水分測定烘箱或成分測定烘箱，縮分剩余的樣品進(jìn)入棄料。

3）水分測定系統(tǒng)：

水測機(jī)械臂將樣品料轉(zhuǎn)運至樣品鋪攤工位，鋪攤裝置對樣盤內(nèi)的樣品進(jìn)行自動鋪攤，樣品鋪攤完成后，機(jī)械臂將樣盤送入水測烘箱內(nèi)選定的工位。

4）研磨系統(tǒng)：

紅靠譜到時后，機(jī)械臂自動將樣品取出運送至轉(zhuǎn)運位置，在由研磨機(jī)械臂從轉(zhuǎn)運位置將樣品自動運送至對應(yīng)研磨機(jī)進(jìn)料翻轉(zhuǎn)支架位，翻轉(zhuǎn)裝置自動卸料，樣品料進(jìn)入研磨機(jī)研磨，到時間后自動卸料，樣品料進(jìn)入樣瓶封裝標(biāo)識系統(tǒng)。膠質(zhì)層樣品系統(tǒng)根據(jù)樣品信息自動選擇對輥破碎機(jī)，機(jī)械臂將樣品料轉(zhuǎn)運至該破碎機(jī)進(jìn)料翻轉(zhuǎn)支架位，翻轉(zhuǎn)裝置自動卸料，樣品料進(jìn)入對輥破碎機(jī)進(jìn)行研磨粉碎，粉碎后的樣品自動卸料，在由機(jī)械臂將樣品送入自動粒級篩分裝置，篩出Y值樣品，由機(jī)械臂自動卸入樣瓶，進(jìn)行自動封裝標(biāo)識。

5）樣瓶封裝標(biāo)識系統(tǒng)：

制樣系統(tǒng)啟動后，理瓶機(jī)隨之自動啟動，并根據(jù)樣品信息自動將樣瓶送入對應(yīng)的研磨粉碎機(jī)接料位，研磨完成后，樣品料自動進(jìn)入樣瓶內(nèi)，進(jìn)料完成后，樣瓶通過鏈板輸送機(jī)自動移動到系統(tǒng)上蓋位自動上蓋，上蓋完成后自動旋蓋壓緊，樣瓶進(jìn)入標(biāo)識工位，相關(guān)樣品信息自動寫入樣瓶上的電子芯片內(nèi)，樣瓶繼續(xù)前行，進(jìn)入樣瓶收集斗內(nèi)，同時通過接口在計質(zhì)量系統(tǒng)中完成樣品送檢任務(wù)，上傳水分測試結(jié)果。

3、風(fēng)動送樣系統(tǒng)簡介

風(fēng)動送樣裝置采用正負(fù)壓輸送方式，利用高壓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的小壓力、大流量的空氣流作動力，經(jīng)切換氣流方向?qū)崿F(xiàn)雙向輸送，用于原料制樣室至原料化驗室的鋼筋輸送及空樣筒返回。試樣種類：煤樣重量100g～750g，試樣密度0.8g/cm3，試樣體積125～940ml，輸送距離約800米。制樣室完成樣瓶提取及發(fā)送功能;化驗室具備樣瓶自動接收及不少于40個樣瓶的暫存功能。

制樣間→化驗室（成品試樣傳送）：制樣設(shè)備完成試樣灌裝、樣瓶合蓋、標(biāo)簽寫入并將樣瓶喂入制樣端收發(fā)裝置發(fā)送工位→柜內(nèi)檢測裝置檢測到樣瓶→高壓風(fēng)機(jī)啟動→樣瓶輸送至化驗室收發(fā)裝置內(nèi)→風(fēng)機(jī)停止，輸送完成→柜內(nèi)線性模組將樣瓶投入暫存箱→線性模組返回初始位置等待下次發(fā)送。

化驗室→制樣間（空瓶返回）：工作人員將空樣瓶放入發(fā)送工位，并點擊發(fā)送按鈕→高壓風(fēng)機(jī)啟動→樣瓶輸送至制樣室收發(fā)裝置→風(fēng)機(jī)停止，發(fā)送結(jié)束→柜內(nèi)線性模組將樣瓶投入暫存框→線性模組返回初始位置。

4、各系統(tǒng)間信息交互模式

自動采樣系統(tǒng)在采樣時，讀取計質(zhì)量系統(tǒng)中的進(jìn)廠信息，包括拉運煤種，供戶、車輛信息等，根據(jù)組批規(guī)則系統(tǒng)自動組批并將其檢驗信息上傳計質(zhì)量系統(tǒng)。制樣系統(tǒng)自動讀取采樣系統(tǒng)的制樣信息，通過綜合批號的水分樣和成分樣標(biāo)識，自動切換對應(yīng)的空桶進(jìn)行收集。采樣系統(tǒng)再將固定的樣品信息輸入樣品桶內(nèi)的存儲芯片內(nèi)。

當(dāng)樣桶進(jìn)入制樣系統(tǒng)，制樣系統(tǒng)根據(jù)讀取的芯片信息自動選擇對應(yīng)的烘箱（水分、成分）和對應(yīng)的研磨機(jī)進(jìn)行自動制樣。制樣完成后，水分結(jié)果自動上傳至計質(zhì)量系統(tǒng)，成分和膠質(zhì)層樣品自動罐裝至樣品進(jìn)行自動封裝。制樣系統(tǒng)將對應(yīng)的樣品信息自動寫入封裝好的樣瓶芯片內(nèi)?；炇易x取樣瓶內(nèi)的芯片信息化驗結(jié)果根據(jù)其內(nèi)容進(jìn)行上傳計質(zhì)量系統(tǒng)。

二、研究效果

1、設(shè)計目標(biāo)達(dá)成：

實現(xiàn)多任務(wù)、全項目交叉全自動快速制樣;從采樣、制樣、樣品交接流轉(zhuǎn)、信息上傳等整個流程真正實現(xiàn)了全過程自動化、智能模式。

2、技術(shù)指標(biāo)達(dá)成：

該項目運行后，每日自動制樣批次在40個以上。完全可以滿足首鋼長鋼進(jìn)廠車輛檢驗節(jié)奏需求。

每批樣的制樣時間由原先的6小時縮短至2個小時，極大縮短了煤質(zhì)檢驗的整個周期。

經(jīng)過全自動制樣與人工制樣化驗結(jié)果的長期比對，對比檢驗結(jié)果偏差均在正常國標(biāo)范圍內(nèi)。提高了樣品的制樣準(zhǔn)確率，大幅度降低了樣品的制樣偏差。