煤炭在整個(gè)能源消耗架構(gòu)中依然占著主導(dǎo)地位， 對(duì)于鋼鐵企業(yè)，采購煤的支出在整個(gè)成本中占據(jù)著很 大的比重。商煤交易的金額巨大，而商品煤結(jié)算的依據(jù) 便是煤質(zhì)參數(shù)，主要包括煤的發(fā)熱量、全水分、灰分和 硫分等。

現(xiàn)有的鋼鐵企業(yè)煤炭采制化技術(shù)相對(duì)成熟，基本 已滿足企業(yè)需求，但是仍存在以下問題：

(1)燃料采制化設(shè)備自動(dòng)化程度不足：采制樣檢 驗(yàn)設(shè)備不配套，檢驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定，成為制約企業(yè)可持續(xù) 發(fā)展的主要問題。對(duì)于此類問題，因化驗(yàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度不 足，無法為企業(yè)后續(xù)戰(zhàn)略決策和管理提供可靠依據(jù)。

(2)采樣方面的問題：在煤炭采樣過程中，受人 為操作因素影響，所采樣品為非斷面，沒有很好的代表 性，不能充分反應(yīng)出燃料的質(zhì)量；其次采樣過程中采樣 的樣本數(shù)目太少、采樣點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)、采樣的容器設(shè)備開 口尺寸過小都會(huì)造成較大的系統(tǒng)誤差。

(3)制樣方面的問題：若采樣燃料處置不當(dāng)，就 會(huì)改變?cè)瓉順颖镜男再|(zhì)和特點(diǎn)，留樣的多少也會(huì)改變 制樣的精度，最終會(huì)直接影響煤質(zhì)的檢測結(jié)果。

(4)企業(yè)管理水平不高：現(xiàn)有系統(tǒng)只是單純實(shí)現(xiàn) 經(jīng)營管理的手段，僅提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)來打通上下游信 息交換來提高效率，缺乏必要的經(jīng)濟(jì)性、效益性等分析 測算模型，不能很好地利用已有的數(shù)據(jù)為燃料采購、轉(zhuǎn) 運(yùn)以及降低整體燃料成本提供輔助決策支持。

總而言之，采制化管理已經(jīng)占據(jù)煤質(zhì)量的心臟位 置，決定了煤質(zhì)量的優(yōu)劣， 一旦商品煤采制化管理出現(xiàn) 問題，就會(huì)對(duì)企業(yè)造成嚴(yán)重的影響。

基于以上需求和有效避免人工化驗(yàn)的弊端，亟待 發(fā)展工業(yè)機(jī)器人智能煤樣檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)燃料化驗(yàn)工 作的自動(dòng)化和智能化，以替代現(xiàn)有的人工+儀器化驗(yàn)方 式，既改善工人工作環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高化驗(yàn)數(shù) 據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)企業(yè)減員增效，提高企業(yè)核心競 爭力，從而實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

作為鋼鐵企業(yè)的重要原材料，進(jìn)廠煤的采樣、制樣、 編解碼和煤質(zhì)分析目前基本上全部由人工完成，存在  運(yùn)行成本高、檢驗(yàn)效率低、人為影響波動(dòng)大、檢驗(yàn)周期  長、職業(yè)健康危害大，很難滿足現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)的需要。

隨著國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷發(fā)展，鋼鐵  企業(yè)的原料場、生產(chǎn)設(shè)施逐步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、大型化，對(duì)  原燃料的水分、成分等控制日趨嚴(yán)格。近幾年隨著工業(yè) 機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)成熟，自動(dòng)采制樣設(shè)備、自動(dòng)分析設(shè)  備、智能化得到了普遍應(yīng)用，根據(jù)太鋼智能制造計(jì)劃，  進(jìn)廠煤檢驗(yàn)需適應(yīng)生產(chǎn)的快節(jié)奏以及太鋼高質(zhì)量發(fā)展 要求，實(shí)現(xiàn)進(jìn)廠煤采樣、制樣、送樣、存樣、化驗(yàn)全流  程智能化迫在眉睫。2020年太鋼開始實(shí)施進(jìn)廠煤采樣、 制樣、化驗(yàn)技術(shù)智能升級(jí)項(xiàng)目，項(xiàng)目于2021年開始進(jìn)  入試生產(chǎn)，目前已經(jīng)開始投用。

1 方案與過程

1.1 全自動(dòng)采樣方案：

太鋼的進(jìn)廠煤全部通過火車運(yùn)輸進(jìn)廠，通過運(yùn)輸 皮帶進(jìn)入儲(chǔ)罐，各煤種的來料方式與參數(shù)如表1所列。

通過對(duì)各種采樣方式進(jìn)行多次論證、考察、交流， 結(jié)合公司內(nèi)部實(shí)際工藝與設(shè)備配套情況，最終確定采 用皮帶中部采樣機(jī)進(jìn)行采樣，具體配套如下：

A、在焦化廠的B202 皮帶機(jī)、 GM1 管帶機(jī)展開段、

表1  進(jìn)廠煤檢驗(yàn)物料參數(shù)表

Y3-4 皮帶機(jī)分別設(shè)皮帶中部采樣機(jī)通過單皮帶自動(dòng)取 樣后通過制樣系統(tǒng)制備出13mm、3mm 各兩份樣品，自 動(dòng)封裝后其中一份13mm、 一 份3mm 煤樣通過氣動(dòng)傳輸 系統(tǒng)收發(fā)工作站發(fā)送至存樣柜接收站： 一份13mm 通過 氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)收發(fā)工作站發(fā)送至自動(dòng)化驗(yàn)室的自動(dòng)化 驗(yàn)接收 A 工作站： 一份3mm 通過氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)收發(fā)工 作站發(fā)送至智能機(jī)器人制樣系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)樣品制備工 作；進(jìn)行烘干后繼續(xù)制樣。得到1.0mm 和1.5mm 樣品 人工取走測試Y 值和反射率；研磨制備2個(gè)0.2mm樣 品，1個(gè)自動(dòng)送自動(dòng)化驗(yàn)工業(yè)分析和硫分，1個(gè)人工取 走測試G 值。系統(tǒng)樣品輸送均采用風(fēng)動(dòng)送樣。

B、煉鐵廠單皮帶自動(dòng)取樣后通過破碎、縮分后進(jìn) 入集樣歸批、制備線，制備出13mm、3mm 各兩份樣品，

自動(dòng)封裝后，由系統(tǒng)加密后經(jīng)人工轉(zhuǎn)運(yùn)化驗(yàn)中心進(jìn)行 后續(xù)制樣及全自動(dòng)化驗(yàn)工作。

C、能動(dòng)廠雙皮帶自動(dòng)取樣后通過破碎、縮分、并 入單條集樣歸批、制樣線，并制備出13mm、3mm 各兩份 樣品，自動(dòng)封裝后，由系統(tǒng)加密后經(jīng)人工轉(zhuǎn)運(yùn)化驗(yàn)中心 進(jìn)行后續(xù)制樣及全自動(dòng)化驗(yàn)工作。

1.2 智能機(jī)器人制樣方案

在化驗(yàn)中心設(shè)置一套智能機(jī)器人制樣系統(tǒng)，完成 工份樣的全自動(dòng)制樣，如圖1所示。圖中：1、智能機(jī) 器人包裝機(jī)(氣動(dòng)傳輸)2、智能應(yīng)急平臺(tái)3、智能環(huán) 保型旋轉(zhuǎn)縮分機(jī)4、智能干燥箱5、智能清洗系統(tǒng)6、 讀寫碼器7、棄料輸送機(jī)8、智能粉碎機(jī)9、智能煤 炭粉碎機(jī)10、智能對(duì)輥破碎機(jī)11、機(jī)器人。

圖1 智能機(jī)器人制樣系統(tǒng)

其工作原理如下：

現(xiàn)場氣動(dòng)傳輸過來的樣瓶從1:智能機(jī)器人包裝機(jī)解包后的樣瓶，;或者人工放置在2:智能應(yīng)急平臺(tái) 上。通過機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)到2:智能應(yīng)急平臺(tái)的耙平部分， 進(jìn)行耙平；耙平結(jié)束后，通過機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)到4: 智能 干燥箱；干燥結(jié)束后，通過機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)到3:智能環(huán)保 型旋轉(zhuǎn)縮分機(jī)進(jìn)行縮分：縮分結(jié)束后，通過機(jī)器人轉(zhuǎn) 運(yùn)到4臺(tái)破碎機(jī)(10:智能對(duì)輥破碎機(jī)，8:智能粉碎 機(jī)，9:智能煤炭粉碎機(jī)),分別進(jìn)行破碎；破碎結(jié)束 后，通過機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)到1:包裝機(jī)：包裝結(jié)束后，通過 氣動(dòng)輸送輸送到全自動(dòng)化驗(yàn)設(shè)備或全自動(dòng)存查樣柜， 或者通過機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)到2:智能應(yīng)急平臺(tái)，由人工取 走進(jìn)行下一步工作。

制樣過程產(chǎn)生的棄料通過機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)到7:棄料 輸送機(jī)送至棄料輸送系統(tǒng)，經(jīng)氣動(dòng)傳輸系統(tǒng)運(yùn)至其他 運(yùn)煤皮帶返回生產(chǎn)系統(tǒng)。

1.3  全自動(dòng)化驗(yàn)方案

智能化驗(yàn)系統(tǒng)主要完成煤樣的硫分、內(nèi)水、灰分、 揮發(fā)分、發(fā)熱量及13mm 全水樣的全水指標(biāo)的自動(dòng)化驗(yàn) 及相關(guān)信息管理。采用物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用及非標(biāo) 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)配合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)儀器，用機(jī)器 人及自動(dòng)化機(jī)械直接模擬化驗(yàn)人員的化驗(yàn)操作流程， 從而完成各化驗(yàn)指標(biāo)的自動(dòng)化測量，測量結(jié)果直接進(jìn) 入智能化驗(yàn)管理系統(tǒng)。整個(gè)化驗(yàn)過程，操作人員不允許 直接接觸化驗(yàn)煤樣。

煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)由智能化驗(yàn)管理系統(tǒng)和化驗(yàn)工 作站組成。工作站包括全水分析工作站、工業(yè)分析工作 站、硫分分析工作站、量熱分析工作站。各工作站的核 心模塊包括微量稱重系統(tǒng)、拆裝蓋系統(tǒng)、機(jī)器人模塊、 分析儀器、煤樣輸送系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、 RFID 掃碼系統(tǒng)、 電氣控制系統(tǒng)。

太鋼的全自動(dòng)智能化驗(yàn)系統(tǒng)特點(diǎn)如下：

采用分布式智能化驗(yàn)系統(tǒng)，工作站寬度為2.8m, 化驗(yàn)場地等靈活布置，場地適應(yīng)性較強(qiáng)，滿足設(shè)備檢修 與日常維護(hù)需求：完美解決部分工作站維護(hù)而產(chǎn)生的 系統(tǒng)停機(jī)問題，單站維修維不影響其余工作站工作

專有的微量稱重系統(tǒng)，稱量加樣的硫分為50mg± 5mg,灰分、內(nèi)水和發(fā)熱量為1±0.1g,揮發(fā)分1±0.01g, 滿足國標(biāo)稱量要求，同時(shí)解決了焦煤的粘性大對(duì)設(shè)備 精度的影響難題；

量熱站采用獨(dú)特的自動(dòng)掛裝點(diǎn)火棉線技術(shù)，符合 國標(biāo)規(guī)定的棉線/點(diǎn)火絲的點(diǎn)火方式；

2 實(shí)施效果

實(shí)現(xiàn)了進(jìn)廠煤檢測過程的自動(dòng)化，信息化，保證了 物理層面數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，為進(jìn)廠煤檢 測管理和碳資產(chǎn)管理提供了真實(shí)有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

所有設(shè)備、系統(tǒng)能與智能管控系統(tǒng)建立通訊，實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)、狀態(tài)等信息的交互。所有樣品信息及編碼均由管 控平臺(tái)統(tǒng)一生成并下發(fā)至相應(yīng)設(shè)備寫入煤樣瓶。

所有設(shè)備具備智能自診斷、故障報(bào)警、故障信息存 儲(chǔ)、操作日志與故障信息自定義歸類查詢分析功能，并 具有斷電記憶功能，各設(shè)備、系統(tǒng)均能在恢復(fù)供電后自 動(dòng)繼續(xù)完成相應(yīng)的工作流程。

所有成套設(shè)備均滿足集中統(tǒng)一監(jiān)控的要求，各項(xiàng) 功能滿足技術(shù)規(guī)范要求。涉及到的電腦/工控機(jī)等均能 防塵、防震、抗靜電，控制系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口， 保證可靠、統(tǒng)一的外接數(shù)據(jù)交互。

采樣機(jī)、原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)歸批系統(tǒng)、全自動(dòng)制樣系統(tǒng)、 智能存樣柜、在線測全水系統(tǒng)、全自動(dòng)化驗(yàn)系統(tǒng)及煤樣 轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)連接通暢，各設(shè)備之間的輸送連接全密封設(shè) 計(jì)，設(shè)置有專用的煤樣容器，可以保證轉(zhuǎn)運(yùn)容器或皮帶 及煤樣瓶無煤樣殘留、混樣，能夠做到設(shè)備本質(zhì)安全且 美觀，實(shí)現(xiàn)連續(xù)制備煤樣。

全自動(dòng)制樣系統(tǒng)要能夠在煤樣水分較大、濕粘、人 工輸入指令、接收管控平臺(tái)指令后采取相應(yīng)的措施保 證煤樣在全自動(dòng)制樣系統(tǒng)內(nèi)不產(chǎn)生粘堵，能自動(dòng)進(jìn)行 水分補(bǔ)正。

制樣、化驗(yàn)、存取樣、樣品轉(zhuǎn)移過程均可連續(xù)獲取 輸送樣品、自動(dòng)識(shí)別讀寫樣品編碼、稱取煤樣質(zhì)量、倒 料、除鐵、樣品制備、封裝、自動(dòng)搖勻、取樣、樣品攤 平、測試、棄料收集清理及器皿自動(dòng)清理、灼燒烘干、 循環(huán)使用等。

各設(shè)備系統(tǒng)間的對(duì)接，確保燃料驗(yàn)收全過程無人 參與，流程順暢。

當(dāng)采樣、制樣、化驗(yàn)結(jié)束后可自動(dòng)生成采樣、制樣、 化驗(yàn)報(bào)告并上傳智能管控平臺(tái)。相關(guān)設(shè)備還應(yīng)能自動(dòng)  接收管控平臺(tái)的抽樣指令，具備自動(dòng)采樣、自動(dòng)制備、  各化驗(yàn)項(xiàng)目自動(dòng)測試、樣品重新編碼及自動(dòng)傳輸?shù)墓?/span>  能。同時(shí)將現(xiàn)有全自動(dòng)制樣系統(tǒng)與相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行  集成對(duì)接。

煤樣桶封裝后采用瓶裝方式進(jìn)行氣動(dòng)傳輸，樣瓶 采用電子芯片對(duì)煤樣進(jìn)行標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)具有唯一性，保證煤樣在流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)能夠被正確讀取。包裝瓶底內(nèi)置芯片， 瓶蓋采用旋蓋形式，瓶蓋、瓶身可重復(fù)使用。

3 結(jié)論

整個(gè)項(xiàng)目達(dá)到以下目標(biāo)，提升了企業(yè)管理水平，具 有在鋼鐵企業(yè)推廣價(jià)值。

實(shí)現(xiàn)企業(yè)焦化、煉鐵、能動(dòng)廠所有入廠煤全自動(dòng)采 樣、制樣、化驗(yàn)?zāi)康摹?/span>

實(shí)現(xiàn)各入廠煤樣品的自動(dòng)制備、流轉(zhuǎn)、儲(chǔ)存和化驗(yàn)， 降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

實(shí)現(xiàn)化驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳遞、同源不落地，與企 業(yè)ERP 系統(tǒng)對(duì)接并實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)控。

滿足進(jìn)廠原料質(zhì)量管控的高速化、連續(xù)化、自動(dòng)化 要求。

規(guī)避了入廠煤采制樣、樣品流轉(zhuǎn)及化驗(yàn)過程中相 關(guān)人員的廉潔風(fēng)險(xiǎn)

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