煤質(zhì)化驗(yàn)無(wú)人化智能分析系統(tǒng)的研究探討

劉 博

（華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

跟隨社會(huì)發(fā)展持續(xù)發(fā)展與科技水平不斷提升，煤炭行業(yè)要想持續(xù)穩(wěn)步的發(fā)展，都需將煤質(zhì)檢驗(yàn)工作放在首要位置。當(dāng)前階段，煤炭采樣分析基本實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)智能一體化，唯獨(dú)煤炭檢驗(yàn)工作離不開(kāi)人員參與。為使煤炭采制達(dá)到全程無(wú)人參與的技術(shù)水平，開(kāi)發(fā)煤質(zhì)檢驗(yàn)無(wú)人化智能研究系統(tǒng)意義重大[1]。

1 煤質(zhì)化驗(yàn)的內(nèi)容

1.1 水分含量

煤炭?jī)?nèi)部水分含量是對(duì)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。煤炭含水量過(guò)高，代表著不良成分的增加。內(nèi)部水分包含內(nèi)在及外在兩種。水含量對(duì)煤炭可燃性存在很大影響，含量過(guò)高使煤炭發(fā)熱量大幅度降低。

1.2 灰分含量

煤炭?jī)?nèi)部所含灰分指的是煤炭充分燃燒之后所剩殘余物質(zhì)。假如煤炭中所含灰分過(guò)高對(duì)其發(fā)熱量影響嚴(yán)重。

1.3 揮發(fā)分含量

煤炭中揮發(fā)分是組成煤炭的重要物質(zhì)，對(duì)評(píng)估煤炭質(zhì)量及級(jí)別起到重要作用，揮發(fā)分含量高低直接影響煤炭燃燒程度。

1.4 全硫含量

煤炭充分燃燒之后產(chǎn)生大量二氧化硫及硫化氫，對(duì)環(huán)境污染及設(shè)備狀況影響極大。

1.5 發(fā)熱含量

對(duì)煤炭發(fā)熱量進(jìn)行檢測(cè)是煤炭質(zhì)量檢驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是煤質(zhì)評(píng)估重要標(biāo)準(zhǔn)。

2 煤質(zhì)化驗(yàn)無(wú)人化智能分析系統(tǒng)基本情況

2.1 設(shè)計(jì)思路

煤炭質(zhì)量無(wú)人智能檢驗(yàn)系統(tǒng)是以煤炭質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，并且利用現(xiàn)代化智能技術(shù)對(duì)系統(tǒng)機(jī)器人模塊、煤樣計(jì)重模塊、煤樣傳遞模塊等相關(guān)系統(tǒng)模塊與智能檢驗(yàn)系統(tǒng)攜帶軟件對(duì)單元融合度進(jìn)行分析，完成煤炭質(zhì)量相關(guān)檢測(cè)工作，經(jīng)過(guò)專用互聯(lián)網(wǎng)將煤炭質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果向數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)傳輸[2]。

2.2 流程圖

煤炭質(zhì)量檢驗(yàn)無(wú)人化智能系統(tǒng)分析步驟，如圖1所示。

圖1 煤質(zhì)檢驗(yàn)無(wú)人化智能系統(tǒng)分析圖

2.3 各模塊技術(shù)要求

煤炭質(zhì)量檢測(cè)無(wú)人化智能系統(tǒng)能夠在同一時(shí)間進(jìn)行發(fā)熱量、CHN、內(nèi)部水分、全硫、揮發(fā)分、灰分等成分進(jìn)行檢測(cè)，能夠在8 h 內(nèi)完成對(duì)不少于60 份以上的煤樣檢測(cè)，并且具備與相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接的專業(yè)接口。各個(gè)模塊相關(guān)要求如下：

1）智能控制。利用智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)煤樣傳遞、搖勻、開(kāi)蓋、計(jì)重、放置、氧彈拆裝以及清潔等工作。

2）煤樣傳遞。系統(tǒng)具備和氣動(dòng)傳輸技術(shù)對(duì)接的專業(yè)接口，能夠?qū)γ簶舆M(jìn)行自動(dòng)傳遞，并且可以對(duì)完成取樣之后的剩余煤樣進(jìn)行封裝，之后經(jīng)由氣動(dòng)傳遞系統(tǒng)實(shí)施回傳。

3）數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)具備煤樣相關(guān)信息自動(dòng)識(shí)別功能，能夠?qū)Λ@取的煤樣相關(guān)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，并切具備與上一級(jí)系統(tǒng)通信的專業(yè)接口，并將獲取的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類儲(chǔ)存。

4）自動(dòng)計(jì)重。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成取樣、限量計(jì)重及自動(dòng)清洗能力。

5）發(fā)熱量檢測(cè)。該系統(tǒng)具備恒溫功能，由于其處于單獨(dú)空間，重點(diǎn)要求無(wú)強(qiáng)對(duì)流空氣、無(wú)強(qiáng)熱源、以及風(fēng)扇等，保證次空間處于恒溫狀態(tài)；配備恒溫水管理裝置，用以向量熱儀提供水源以及對(duì)發(fā)熱量檢測(cè)產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理。利用智能系統(tǒng)能夠完成自動(dòng)清潔、加水、充氧、點(diǎn)火、充氧、氧彈存放以及坩堝自動(dòng)轉(zhuǎn)移等全部過(guò)程 相關(guān)工作。

6）工業(yè)研究、全硫檢測(cè)、CHN 檢測(cè)以及水分檢測(cè)。利用智能系統(tǒng)能夠完成坩堝自動(dòng)轉(zhuǎn)移、自動(dòng)清洗、封氧封氮和自動(dòng)測(cè)驗(yàn)等相關(guān)工作。

智能機(jī)器人操作系統(tǒng)技術(shù)要領(lǐng)、流程分析檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要領(lǐng)、CHN 檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要領(lǐng)、發(fā)熱量檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要領(lǐng)、水分檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要領(lǐng)及全硫檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要領(lǐng)，如表1～表3 所示。

表1 機(jī)器人智能操作技術(shù)要求

表2 發(fā)熱量測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)要求

表3 工業(yè)分析檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求

2.4 煤質(zhì)化驗(yàn)無(wú)人化智能系統(tǒng)可行性分析

跟隨我國(guó)煤炭質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展，以及全球范圍對(duì)工業(yè)機(jī)器人的多年研發(fā)，煤炭質(zhì)量檢測(cè)相關(guān)設(shè)備自動(dòng)化水平、穩(wěn)定性及檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度均可達(dá)到智能檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)智能機(jī)器人廣泛使用，其穩(wěn)定性及靈敏性也能夠達(dá)到智能研究系統(tǒng)滿意程度，2 個(gè)部分的基本技能已經(jīng)可以支持該系統(tǒng)的操作需求。該系統(tǒng)集精準(zhǔn)計(jì)重、加水、自動(dòng)充氧、點(diǎn)燃、實(shí)驗(yàn)、放氣、自動(dòng)清潔、坩堝自動(dòng)轉(zhuǎn)移、氧彈自動(dòng)保存及不良檢測(cè)重做等優(yōu)點(diǎn)于一身，主要技術(shù)課題被國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)破解。此外，該系統(tǒng)在運(yùn)行初期，可以在實(shí)驗(yàn)室原有基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行重組，以改善互聯(lián)網(wǎng)通信，增加智能控制設(shè)備、智能操控設(shè)備、自動(dòng)計(jì)重設(shè)備、自動(dòng)傳遞設(shè)備的方式，加快煤炭質(zhì)量檢測(cè)無(wú)人化研究系統(tǒng)的完善改造，重點(diǎn)考慮煤炭質(zhì)量檢測(cè)身背以及全球范圍工業(yè)機(jī)器人的科技手段、國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)研發(fā)技能及相關(guān)實(shí)驗(yàn)室專業(yè)設(shè)備裝配情況，煤炭質(zhì)量檢測(cè)無(wú)人智能系統(tǒng)制造及使用可行[3]。

3 煤質(zhì)化驗(yàn)無(wú)人化智能系統(tǒng)性能檢測(cè)方法

3.1 系統(tǒng)精密度、重復(fù)性和再現(xiàn)性的檢測(cè)

根據(jù)煤炭質(zhì)量檢測(cè)辦法國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)物資及可靠的研究煤樣，利用精準(zhǔn)的先進(jìn)儀器反復(fù)實(shí)施2 次以上分析，獲得檢測(cè)對(duì)象相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算平均值作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。之后取相同煤樣利用該系統(tǒng)反復(fù)進(jìn)行2 次以上檢測(cè)，得出系統(tǒng)研究數(shù)據(jù)，計(jì)算平均值。假如系統(tǒng)幾次研究數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)程度、反復(fù)性及再現(xiàn)性能夠達(dá)到國(guó)家規(guī)定檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)相對(duì)數(shù)據(jù)平均值誤差符合允許誤差，判定系統(tǒng)檢測(cè)特點(diǎn)合格[4]。

3.2 按單元模塊分段檢測(cè)

將智能系統(tǒng)設(shè)置成人工操作模式，用符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定的檢驗(yàn)設(shè)施及標(biāo)準(zhǔn)物資對(duì)組成系統(tǒng)的單元模塊相關(guān)系統(tǒng)，如全硫分析、元素分析、工業(yè)分析等分析系統(tǒng)的計(jì)重參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)及檢測(cè)，保證單元模塊數(shù)據(jù)傳輸及溯源精準(zhǔn)穩(wěn)定。第一種辦法對(duì)發(fā)現(xiàn)單元模塊數(shù)據(jù)缺點(diǎn)存在不足，第二種辦法對(duì)軟件、搖勻、計(jì)重、坩堝殘留及溫度對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果評(píng)估的因素考慮不夠周全。所以系統(tǒng)檢驗(yàn)過(guò)程中，需要制定關(guān)于檢驗(yàn)辦法、章程規(guī)范及提升系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，將兩種辦法進(jìn)行結(jié)合，方便對(duì)系統(tǒng)的測(cè)算特征及測(cè)算數(shù)據(jù)實(shí)施整體測(cè)評(píng)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)煤炭質(zhì)量檢測(cè)無(wú)人化智能研究系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、技術(shù)要點(diǎn)、分析過(guò)程等進(jìn)行研究討論。在全球范圍智能開(kāi)發(fā)及煤炭質(zhì)量設(shè)備自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)進(jìn)步的情況下，該煤炭質(zhì)量檢驗(yàn)無(wú)人化智能研究系統(tǒng)是被肯定的，同時(shí)也是完成煤炭采制過(guò)程無(wú)人化改革的最佳途徑。同時(shí)需對(duì)有關(guān)規(guī)范章程、檢測(cè)辦法及有關(guān)制度及時(shí)完善，為煤炭質(zhì)量檢測(cè)無(wú)人化智能研究系統(tǒng)實(shí)施數(shù)據(jù)傳遞和溯源。