煤炭在整個能源消耗架構(gòu)中依然占著主導(dǎo)地位， 對于鋼鐵企業(yè)，采購煤的支出在整個成本中占據(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)備自動化程度不足：采制樣檢 驗設(shè)備不配套，檢驗結(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。對于此類問題，因化驗數(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、采樣點設(shè)置不當(dāng)、采樣的容器設(shè)備開 口尺寸過小都會造成較大的系統(tǒng)誤差。

(3)制樣方面的問題：若采樣燃料處置不當(dāng)，就 會改變原來樣本的性質(zhì)和特點，留樣的多少也會改變 制樣的精度，最終會直接影響煤質(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，就會對企業(yè)造成嚴(yán)重的影響。

基于以上需求和有效避免人工化驗的弊端，亟待 發(fā)展工業(yè)機器人智能煤樣檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)燃料化驗工 作的自動化和智能化，以替代現(xiàn)有的人工+儀器化驗方 式，既改善工人工作環(huán)境，降低勞動強度，提高化驗數(shù) 據(jù)的準(zhǔn)確性，同時實現(xiàn)企業(yè)減員增效，提高企業(yè)核心競 爭力，從而實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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  運行成本高、檢驗效率低、人為影響波動大、檢驗周期  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)施逐步實現(xiàn)現(xiàn)代化、大型化，對  原燃料的水分、成分等控制日趨嚴(yán)格。近幾年隨著工業(yè) 機器人的應(yīng)用技術(shù)成熟，自動采制樣設(shè)備、自動分析設(shè)  備、智能化得到了普遍應(yīng)用，根據(jù)太鋼智能制造計劃，  進(jìn)廠煤檢驗需適應(yīng)生產(chǎn)的快節(jié)奏以及太鋼高質(zhì)量發(fā)展 要求，實現(xiàn)進(jìn)廠煤采樣、制樣、送樣、存樣、化驗全流  程智能化迫在眉睫。2020年太鋼開始實施進(jìn)廠煤采樣、 制樣、化驗技術(shù)智能升級項目，項目于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 全自動采樣方案：

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

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

A、在焦化廠的B202 皮帶機、 GM1 管帶機展開段、

表1  進(jìn)廠煤檢驗物料參數(shù)表

Y3-4 皮帶機分別設(shè)皮帶中部采樣機通過單皮帶自動取 樣后通過制樣系統(tǒng)制備出13mm、3mm 各兩份樣品，自 動封裝后其中一份13mm、 一 份3mm 煤樣通過氣動傳輸 系統(tǒng)收發(fā)工作站發(fā)送至存樣柜接收站： 一份13mm 通過 氣動傳輸系統(tǒng)收發(fā)工作站發(fā)送至自動化驗室的自動化 驗接收 A 工作站： 一份3mm 通過氣動傳輸系統(tǒng)收發(fā)工 作站發(fā)送至智能機器人制樣系統(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0.2mm樣 品，1個自動送自動化驗工業(yè)分析和硫分，1個人工取 走測試G 值。系統(tǒng)樣品輸送均采用風(fēng)動送樣。

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

自動封裝后，由系統(tǒng)加密后經(jīng)人工轉(zhuǎn)運化驗中心進(jìn)行 后續(xù)制樣及全自動化驗工作。

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

1.2 智能機器人制樣方案

在化驗中心設(shè)置一套智能機器人制樣系統(tǒng)，完成 工份樣的全自動制樣，如圖1所示。圖中：1、智能機 器人包裝機(氣動傳輸)2、智能應(yīng)急平臺3、智能環(huán) 保型旋轉(zhuǎn)縮分機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8、智能粉碎機9、智能煤 炭粉碎機10、智能對輥破碎機11、機器人。

圖1 智能機器人制樣系統(tǒng)

其工作原理如下：

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

制樣過程產(chǎn)生的棄料通過機器人轉(zhuǎn)運到7:棄料 輸送機送至棄料輸送系統(tǒng)，經(jīng)氣動傳輸系統(tǒng)運至其他 運煤皮帶返回生產(chǎn)系統(tǒng)。

1.3  全自動化驗方案

智能化驗系統(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)的自動化驗 及相關(guān)信息管理。采用物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機器人應(yīng)用及非標(biāo) 機械自動化技術(shù)配合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化驗儀器，用機器 人及自動化機械直接模擬化驗人員的化驗操作流程， 從而完成各化驗指標(biāo)的自動化測量，測量結(jié)果直接進(jìn) 入智能化驗管理系統(tǒng)。整個化驗過程，操作人員不允許 直接接觸化驗煤樣。

煤炭智能化驗系統(tǒng)由智能化驗管理系統(tǒng)和化驗工 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)。

太鋼的全自動智能化驗系統(tǒng)特點如下：

采用分布式智能化驗系統(tǒng)，工作站寬度為2.8m, 化驗場地等靈活布置，場地適應(yīng)性較強，滿足設(shè)備檢修 與日常維護需求：完美解決部分工作站維護而產(chǎn)生的 系統(tǒng)停機問題，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，同時解決了焦煤的粘性大對設(shè)備 精度的影響難題；

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

2 實施效果

實現(xiàn)了進(jìn)廠煤檢測過程的自動化，信息化，保證了 物理層面數(shù)據(jù)的真實性、準(zhǔn)確性、實時性，為進(jìn)廠煤檢 測管理和碳資產(chǎn)管理提供了真實有效的數(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、故障報警、故障信息存 儲、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 功能滿足技術(shù)規(guī)范要求。涉及到的電腦/工控機等均能 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、原煤樣轉(zhuǎn)運歸批系統(tǒng)、全自動制樣系統(tǒng)、 智能存樣柜、在線測全水系統(tǒng)、全自動化驗系統(tǒng)及煤樣 轉(zhuǎn)運系統(tǒng)連接通暢，各設(shè)備之間的輸送連接全密封設(shè) 計，設(shè)置有專用的煤樣容器，可以保證轉(zhuǎn)運容器或皮帶 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，實現(xiàn)連續(xù)制備煤樣。

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

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

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

當(dāng)采樣、制樣、化驗結(jié)束后可自動生成采樣、制樣、 化驗報告并上傳智能管控平臺。相關(guān)設(shè)備還應(yīng)能自動  接收管控平臺的抽樣指令，具備自動采樣、自動制備、  各化驗項目自動測試、樣品重新編碼及自動傳輸?shù)墓?/span>  能。同時將現(xiàn)有全自動制樣系統(tǒng)與相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行  集成對接。

煤樣桶封裝后采用瓶裝方式進(jìn)行氣動傳輸，樣瓶 采用電子芯片對煤樣進(jìn)行標(biāo)識，標(biāo)識具有唯一性，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

整個項目達(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)推廣價值。

實現(xiàn)企業(yè)焦化、煉鐵、能動廠所有入廠煤全自動采 樣、制樣、化驗?zāi)康摹?/span>

實現(xiàn)各入廠煤樣品的自動制備、流轉(zhuǎn)、儲存和化驗， 降低工人勞動強度。

實現(xiàn)化驗數(shù)據(jù)自動采集、傳遞、同源不落地，與企 業(yè)ERP 系統(tǒng)對接并實現(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、自動化 要求。

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

參考文獻(xiàn)

[1]郭清杰.智能化采制樣技術(shù)趨向及應(yīng)用探析[J].煤 質(zhì)技術(shù)，2019,34(3):23-26.

[2]王剛.煤炭采制樣常見的熱點間題及解決策略[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2018(2):81-82.

[3]何文莉，李春艷.煤炭樣品制備中制樣設(shè)備的組合 應(yīng)用[J].煤質(zhì)技術(shù)，2007(2):24-25.

[4]楊金祥.一套適用于北方煤炭四港的機械化采制樣 系統(tǒng)[J].中國礦業(yè)，2016,25(5):148-152,158.

[5]任志軍，李敬亞，何利民.煤炭采制樣系統(tǒng)安裝混勻 器必要性的試驗研究[J].煤質(zhì)技術(shù)，2017(3):28-31.