浅谈工业机器人在煤炭制样中的应用

曹荣告?李连鹏

摘要：在煤炭制样中，自动化制样系统利用皮带机、斗提机等输送设备在各个制样设备间传递煤样。这种自动化制样系统模拟了人工制样的工艺流程，可以实现完全的自动化、无人化制样。本文对工业机器人在煤炭制样中的应用进行了探讨。

关键词：火电煤炭；制样；工业机器人

随着我国工业的不断发展，电力行业也随之快速发展，装机容量年年攀升。虽然电力行业已经开始向使用清洁的新能源转型，但现今行业中使用的主要能源仍为煤炭。快速、准确的判定煤炭的品质，仍然是电力企业的重要工作之一。因此，用于制备煤炭质检用样品的制样设备也随着电力行业的不断发展，以惊人的速度不断进步。

一、自动化制样与人工制样特点比较

传统的人工制样由于劳动强度大、效率低、容易受到人为影响而被火电厂逐步抛弃，取而代之的是自动化制样系统。自动化制样系统实际上是对传统的人工制样设备进行自动化改造，并利用皮带机、斗提机等输送设备在各个制样设备间传递煤样。这种自动化制样系统模拟了人工制样的工艺流程，可以实现完全的自动化、无人化制样。现有的自动化制样系统中普遍存在问题的环节就是煤样的传递。斗提机、皮带机等输送设备占用空间大、不易清扫，且制样机一旦定型后几乎无法进行大幅的改造升级，当用户的场地存在限制时也很难根据实际情况对设备的布置形式进行大幅的改变。为了尽量减小制样机的体积，单体设备与输送设备相互交错，制样机内部检修空间局促，维护困难。除此以外，单体制样设备是由各种运输设备串联起来的串行系统，考虑到清扫、煤样暂存等方面的问题，想要实现单体制样设备并行工作以提升制样效率也是较为困难的。在客户对工艺流程有特别需求时，现有的自动制样系统也很难直接应对，一般都需要整体重新设计。

二、机器人智能制样系统的优势特点

虽然自动化制样系统在国内尚未完全普及，但其刚性的设计确实难以满足用户日益严苛的要求和不断进步的制样工艺。为了克服上述的困难，另一种应用了工业机器人的全新制样系统已经渐渐进入人们的视野——机器人智能制样系统。机器人智能制样系统舍弃了现有自动制样系统中大量使用的皮带机、斗提机等输送设备，而是利用一台或多台工业机器人以及各类专用容器实现煤样在各个制样设备间的传递。专门设计的煤样容器容易清扫，最大程度的降低了煤样在传送过程中的残留。各个制样设备及辅助设备以工作站的形式围绕在工业机器人周围，各自独立工作，不仅可以轻易的实现并行工作，在需要对制样系统的功能进行增减或升级时，只需对部分工作站进行改造或增减工作站数量即可实现。得益于这种柔性极大的结构，机器人智能制样系统的工作节拍规划也更为灵活，若妥善规划，其工作效率也可以远高于现有的自动制样系统。除此以外，模块化的设计使得机器人智能制样系统在布置的时候更为灵活，受场地限制较小，且各个模块体积均较小，设备的维修空间更大，设备的维护、维修、升级改造作业均较为简便。在制样工艺方面，由于机器人制样系统模块化的设计，煤样可以在任何阶段进入或离开制样系统，比如“利用3mm煤直接制样”或“任意取出某一煤樣的弃料用于比对”等这样过去难以实现的特殊制样工艺也可以轻松的实现。鉴于上述的优势，各大火电厂已经也已经对机器人智能制样系统有着极大的兴趣。

三、阻碍国内机器人智能制样系统应用的原因分析

虽然国外在煤样、矿样制备等领域早有使用工业机器人的实例，但至今为止，国内尚无机器人智能制样系统产品出现。总体来看，阻碍国内机器人智能制样系统出现的原因有如下几点。

首先，为了充分发挥机器人制样系统的优势，各个工作站需要并行工作，相对于原本单体设备串行的工艺流程，工作站并行工作的工艺流程复杂程度大幅增加，设计难度极大。第二，机器人智能制样系统的核心——工业机器人需要承担起所有工作站中各类容器的夹取、搬运、放置等工作，其动作轨迹极其复杂，电气控制程序较现有的自动制样系统复杂程度也大幅增加，对相应电气控制设备的性能要求也更为苛刻。第三，由于各个工作站并行工作，除尘系统的压力也更大，需要更为复杂、更为强劲的除尘系统与之配合。第四，各个工作站虽然在工作时相互独立，但作为连接各工作站的纽带，工业机器人的机械手、各种容器均需要考虑通用性，各站的出入接口也均需要协调设计，对于整个设计团队的协作能力也有着较高的要求。综上所述，机器人智能制样系统的硬件成本偏高，设计难度大、周期长，需要投入庞大的设计团队和大量的资金，开发风险较高，最终的售价与现有的自动制样系统相比也难有竞争力。

四、结语

从现阶段各大火电企业的反馈来看，煤炭行业内对制样工艺、制样效率的要求日益严苛，不同客户对于制样系统功能的个性化需求也日益增多，现有的自动化制样系统残留大、功能单一、扩展性差等问题十分突出。反观机器人智能制样系统，虽然研发过程困难重重、成本偏高，但其残留少、布置灵活、改造简单、更适合个性化定制的优势是不容忽视的。因此，我们有理由相信，在不久的将来，这种应用了工业机器人的机器人智能制样系统必然会在煤炭制样领域牢牢地占有一席之地。

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