物聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)在樣品封裝中的應(yīng)用

王 愷，張 波

(陜西省能源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，陜西 西安 710054)

在商品煤采制樣過(guò)程中，為達(dá)到提高采制樣工作效率、避免人為因素干擾等目的，商品煤供需雙方都投入了大量資金，采取由機(jī)械化采制樣機(jī)替代人工采樣的方式完成采制樣工作。到目前為止，各個(gè)廠家生產(chǎn)的采制樣機(jī)，已經(jīng)基本解決了對(duì)商品煤完成樣品采取和在線制樣等環(huán)節(jié)的工作，但是對(duì)樣品分樣留存后處理一直未能有效解決。絕大部分采制樣機(jī)都只是將留存的樣品暫存于分樣機(jī)子樣桶中，從機(jī)械化采制樣機(jī)集樣器內(nèi)提取采集好的樣品，然后運(yùn)送到離線制樣室，這是一個(gè)難以管控的過(guò)程，在此過(guò)程中很容易因環(huán)境因素或人為因素對(duì)樣品產(chǎn)生干擾[1]。

1 采制樣工作中樣品收集、轉(zhuǎn)運(yùn)及機(jī)械封裝存在的問(wèn)題

1.1 人工收集和轉(zhuǎn)運(yùn)樣品存在的問(wèn)題

一般情況下，多數(shù)火力發(fā)電廠從機(jī)械化采制樣機(jī)收集樣品并轉(zhuǎn)運(yùn)工作流程都是按以下步驟進(jìn)行的：采樣機(jī)操作員完成對(duì)火車、汽車或膠帶上樣品的采集工作后，提取樣桶、倒入樣品袋、扎緊袋口、放入樣品箱、放置信息條、鎖緊樣品箱，再運(yùn)輸至制樣室。在此過(guò)程中將不可避免存在一些問(wèn)題或不可控因素。

(1)為避免人為因素對(duì)樣品的干擾，一般均采用在攝像頭的監(jiān)控下由采制樣人員或管理員等進(jìn)行人工取樣，在采樣過(guò)程中，當(dāng)某一樣桶裝滿或該樣桶所需收集的樣品已經(jīng)收集完成，但采樣工作繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，該樣桶內(nèi)的樣品因長(zhǎng)時(shí)間放置，水分很容易發(fā)生損失，特別是在高溫干燥的氣候中，對(duì)樣品質(zhì)量影響很大[2]。另外，在收取樣品時(shí)，需人工將集樣器子樣桶中的樣品傾倒進(jìn)轉(zhuǎn)運(yùn)樣品所使用樣品袋中，容易使樣品在傾倒過(guò)程中產(chǎn)生損失，降低樣品的代表性，加上操作過(guò)程中取樣人員將直接接觸到樣品，極易發(fā)生人為因素對(duì)樣品進(jìn)行干擾的現(xiàn)象。

(2)樣品在從采樣現(xiàn)場(chǎng)到離線制樣室轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，未能處于完全密封狀態(tài)，在高溫、干燥天氣時(shí)樣品容易出現(xiàn)水分損失，同時(shí)樣品轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中不能實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，難以確保樣品質(zhì)量不會(huì)發(fā)生變化；樣品信息需要跟隨樣品轉(zhuǎn)移，目前信息的載體多為紙質(zhì)版，樣品的識(shí)別亦是采用人工編號(hào)的方式居多，環(huán)節(jié)多、采用的方式不一、錯(cuò)誤率較高、智能化程度較低，不論是在采樣機(jī)中提取樣品，還是在制樣和化驗(yàn)過(guò)程中，樣品的信息基本處于公開(kāi)或半公開(kāi)狀態(tài)，為采制化等關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供了人為操作可能性，很容易出現(xiàn)樣品信息泄露的情況(比如幾號(hào)樣桶存放的是XX礦的樣品)，因?yàn)闃悠沸畔⒒径际鞘止ぬ顚?xiě)或電腦手動(dòng)輸入，容易發(fā)生筆誤的現(xiàn)象，給采制化工作帶來(lái)不必要的麻煩。

1.2 機(jī)械噴碼封裝方式的弊端

除人工收集樣品外，目前國(guó)內(nèi)對(duì)采制樣機(jī)工作完成后的樣品自動(dòng)封裝收集有以下2種方式：?jiǎn)诬嚇悠纷詣?dòng)噴碼封裝裝置和整批樣品自動(dòng)噴碼封裝裝置(2種噴碼封裝裝置大多用于食品領(lǐng)域)，存在的弊端主要有以下2點(diǎn)。

(1)單車樣品自動(dòng)噴碼封裝裝置，運(yùn)行環(huán)境要求較高，需要配置較多的單機(jī)部件(如傳送膠帶機(jī)、包封機(jī)、噴碼機(jī)等)，加上樣品袋數(shù)量較多，耗材損失大，占用空間大，人力需求大，因此整體裝置添置成本和使用成本明顯偏高，樣品轉(zhuǎn)接流程較多，處理時(shí)間較長(zhǎng)，揚(yáng)塵現(xiàn)象比較明顯，影響樣品質(zhì)量，容易發(fā)生樣品相互污染的情況，導(dǎo)致樣品失真。

(2)整批樣品自動(dòng)封裝噴碼裝置，除運(yùn)行環(huán)境要求較高，同樣需要配置較多單機(jī)部件，占用空間大，雖然在耗材方面使用成本較單車樣品自動(dòng)封裝噴碼裝置要低，但對(duì)包封機(jī)包裝量的要求較大，總成本仍然很高，該裝置中增配了底部出料的樣品分樣收集器，整套裝置的故障點(diǎn)和故障率明顯增高，運(yùn)行過(guò)程中也同樣會(huì)出現(xiàn)揚(yáng)塵現(xiàn)象，容易發(fā)生樣品相互污染的情況，影響樣品的品質(zhì)。

2 物聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)的原理

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)是在“無(wú)人干預(yù)、自動(dòng)操作”的管理思想指導(dǎo)下提出的一套完整樣品管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)與通訊技術(shù)，以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)釆樣封裝、射頻卡樣品屬性信息智能讀寫(xiě)以及二維碼制樣、化驗(yàn)三級(jí)編碼體系、樣品質(zhì)量智能校核、自動(dòng)生成結(jié)算單等防作弊的智能化信息系統(tǒng)為管控手段[3]，實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)物物無(wú)縫關(guān)聯(lián)。

(1)新一代物聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)，主要分為主控系統(tǒng)、射頻卡管控系統(tǒng)和樣桶封裝系統(tǒng)三個(gè)部分。主控系統(tǒng)是整套裝置的核心，它由控制程序、PLC可編程控制器以及其他多種電氣元?dú)饧M成，系統(tǒng)采用上位機(jī)進(jìn)行集中操控，達(dá)到操作簡(jiǎn)單明了、易學(xué)易懂的效果；射頻卡管控部分主要負(fù)責(zé)讀寫(xiě)各類信息，采用物聯(lián)網(wǎng)與二維碼技術(shù)將樣品屬性信息準(zhǔn)確實(shí)時(shí)寫(xiě)入信息卡中，與樣品一起自動(dòng)封裝[4]。采用信息分級(jí)解密方式，將樣品各類信息在采樣工作進(jìn)行的同時(shí)，由射頻卡讀寫(xiě)器自動(dòng)寫(xiě)入到子樣桶上固定的射頻卡中，使用讀寫(xiě)器并輸入密碼后方可讀取射頻卡中的樣品信息，使樣品信息轉(zhuǎn)換為物聯(lián)網(wǎng)管理的模式，對(duì)其保密性進(jìn)行有效控制，制樣和化驗(yàn)人員在工作過(guò)程中僅能對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的樣品信息進(jìn)行有限度的讀取，信息的全部解密最終只能由指定管理人員完成，使取樣、轉(zhuǎn)樣、制樣、化驗(yàn)等工作過(guò)程中，滿足對(duì)煤樣信息保密和物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)确矫嬉蟆油胺庋b系統(tǒng)如圖1所示，自動(dòng)封裝熱封技術(shù)和加強(qiáng)型復(fù)合膜(模擬奶茶熱壓封裝)[5]的工作流程：拉模電動(dòng)推桿將包裝膜定量拉出→壓膜電動(dòng)推桿推出→壓膜塊將封口膜壓合在子樣桶桶口→熱封器下壓將封口膜與子樣桶進(jìn)行熱封→切割環(huán)將封好的桶口膜切割斷開(kāi)→壓膜推桿收回→壓膜塊和熱封器復(fù)位→收膜卷筒旋轉(zhuǎn)收回余膜，完成本次熱封動(dòng)作。

圖1 樣桶封裝系統(tǒng)-結(jié)構(gòu)示意

(2)物聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)如圖2所示，獨(dú)立配置的電控系統(tǒng)和上位機(jī)程序，設(shè)備的運(yùn)行自成體系，不論在整體價(jià)格、現(xiàn)場(chǎng)位置要求、投運(yùn)率等方面，還是運(yùn)行成本、信息保密等都具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，并可對(duì)燃煤物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的實(shí)施提供支持，最大程度地避免環(huán)境因素、人為因素等對(duì)樣品質(zhì)量產(chǎn)生干擾的可能性。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)

3 物聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)的應(yīng)用效果

物聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)在巴陵石化技術(shù)中心進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用，取得了良好的使用效果。

3.1 配置全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)前后封裝效果對(duì)比

(1)配置全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)之前，巴陵石化技術(shù)中心通常采用人工操作采樣機(jī)采樣、用桶收集樣品，樣品裝入敞口樣品桶內(nèi)。管理粗放，不存在封裝環(huán)節(jié)，水分散失嚴(yán)重，樣品核心信息容易泄露。

(2)配置全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)之后，從信息保密化處理、確保操作人員不直接接觸到樣品等方面著手，采用信息編碼或讀寫(xiě)卡處理，對(duì)樣品直接進(jìn)行封裝，從機(jī)械化采制樣機(jī)集樣器內(nèi)提取采集好的樣品，然后運(yùn)送到離線制樣室的整個(gè)過(guò)程，得到了有效管控。表1為2種方式在收取樣品時(shí)的明顯區(qū)別。

表1 分樣機(jī)封裝系統(tǒng)配置前后對(duì)比

3.2 物聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

(1)其對(duì)集樣器中的子樣桶采用了全自動(dòng)封裝的方式，在采制樣機(jī)操作人員取樣前，先啟動(dòng)設(shè)備完成對(duì)子樣桶的自動(dòng)封口，由取樣人員完成取樣工作；在取樣人員取出樣桶時(shí)，樣桶就已處于完全密封的狀態(tài)，消除了取樣人員可直接接觸到樣品的現(xiàn)象，取樣過(guò)程中最大限度地避免了環(huán)境因素和人為因素對(duì)樣品質(zhì)量的干擾。

(2)系統(tǒng)可減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度和操作技巧，在樣桶自動(dòng)封裝完成后，直接將樣桶及所盛樣品一同取出，送至離線制樣室或化驗(yàn)室，省去人工將樣桶中樣品進(jìn)行傾倒收集、裝箱等工作，有效減輕取樣人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免在人工取樣過(guò)程中因操作不慎導(dǎo)致樣品損失現(xiàn)象的發(fā)生，免去了對(duì)取樣人員在收樣時(shí)對(duì)其操作技巧方面的要求，僅需將空桶放置到位即可。

(3)當(dāng)某礦的樣品采集完成或某樣桶裝滿后，不需等到全部采樣工作完成，即可對(duì)該礦的存樣桶或裝滿的樣桶進(jìn)行封裝工作，避免了樣品因長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中而產(chǎn)生水分損失現(xiàn)象，對(duì)防止樣品水分損失的效果尤為明顯；在采制樣完成后，樣桶可全部進(jìn)行封裝，能有效避免樣品在轉(zhuǎn)運(yùn)或倒裝過(guò)程中，可能出現(xiàn)的水分損失或質(zhì)量變化。

(4)相對(duì)于市場(chǎng)上原有的樣品封裝工藝設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)有效地精簡(jiǎn)了樣品封裝工藝的組成部件，大幅度降低了該工藝的使用成本和運(yùn)行故障點(diǎn)，為使用方在初始資金投入和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等方面節(jié)約了大量資金，對(duì)設(shè)備的正常使用提供了保障。對(duì)原有采樣機(jī)的正常采制樣工作不會(huì)產(chǎn)生任何不良影響；同時(shí)新系統(tǒng)可采用整體安裝方式，僅對(duì)原采制樣機(jī)的分樣機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的整體更換即可，現(xiàn)場(chǎng)改造量很小，安裝過(guò)程方便快捷，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間僅需2～3 d，對(duì)用戶正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)所產(chǎn)生的影響較小。

4 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)分樣封裝系統(tǒng)采用了目前市場(chǎng)上最為精簡(jiǎn)的部件配置方式，達(dá)到在取樣、轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境因素和人為因素的有效控制，實(shí)現(xiàn)了煤樣信息的物聯(lián)網(wǎng)管理和保密性要求，大幅度地降低了設(shè)備整體運(yùn)行的故障率，是解決機(jī)械化采制樣工作中樣品收集和轉(zhuǎn)運(yùn)所存在的問(wèn)題及隱患的一種可靠方式，使用效果良好。