全自动制样系统在实际生产中的应用分析

河南煤炭国检质量检验中心 王 恺 张 波

近年来我国煤炭资源的消耗量每年都在以较快速度增长，2020年仅电力行业所消耗煤炭资源量就达13.2亿吨，给我国煤炭制样及化验带来了越来越大的压力。传统人工操作的制样机具有人工操作量大、干扰因素多等特点，因此全自动制样系统由于其误差小、工作效率高、可实现自动化运行等特点开始逐渐被人们所应用，对煤炭的制样及化验得以有利保障。

1 机械制样系统的发展历程

随着科学技术的不断发展，机械制样系统也发生了实质性的改变，传统的单体设备制样阶段主要以人工制样为主、单体设备为辅进行制样，在上个世纪80年代初期我国通过自主设计及国外引进等方式逐步形成了机械化的取制样系统，但自动化应用程度并不高，在称量等过程还是需要人工进行辅助。在上世纪末全自动制样系统开始在我国研发并应用，在自动控制技术的发展下，使得机械制样系统的自动化水平不断提升，该系统在运行过程中仍具备手动运行及自动运行两种模式，手动运行模式是为了便于对设备进行升级维护，在正常运行时不需手动运行，因而也为样品数据的准确性得以保证[1]。

2 全自动制样系统的优势分析

相比传统煤炭制样方式，全自动制样系统具备较为优越的优势：首先，系统设备的全自动化很大程度上减轻了人工的工作强度，也避免人为操作的不准确或对样品造成污染等因素，从而对煤样检测的准确性带来影响；其次，在全自动制样系统内，在入料口及出料口都分别设置了煤样称重装置，因此一旦出口处的煤样规格不符合国标标准，系统会报警并对不合格品进行区分，使得煤样更加具备代表性[2]。另外，全自动制样系统的封闭性可减少空气对于煤样的影响，避免煤样水分受到影响；再次，全自动制样系统应用了制样废弃料的自动回收装置，从而减轻了人工收集废料的工作量；最后，在全自动制样系统中应用了传统制样方式没有的环保除尘装置，可以很大程度上避免在煤样制备过程中产生大量灰尘对工作人员的身体健康带来威胁，同时灰尘也会带煤样带来影响，影响煤样检测的准确度。

3 全自动制样系统在煤炭制样生产中的应用

本文主要通过对5E-APS全自动制样系统在煤炭制样生产中的应用做出分析，5E-APS全自动制样系统可完全实现无人值守的自动化运行，从而实现对煤炭的取样、称重、制样以及废料收集等工作。同时为了避免系统出现空转运行的现象，在系统接料口出还设置了料流感应装置，可以对煤流情况进行实时检测并自动化运行。

3.1 取样

在采样所采得的煤样输送到全自动系统中的方式主要分为在线方式与离线方式两种[3]。通过采样机在线输送过来的煤样可以在胶带机的作用下传送至全自动制样系统的进料口，离线的样品则可通过人工操作将煤样送至全自动制样间，通过人工对其进行解码后放到全自动制样系统中即可。同时系统上还设置了人工给料口，便于在离线模式下可将人工采样的煤样放入到全自动制样系统中。

3.2 称重

在系统内部对于煤样的称重操作完全实现了自动化。通过机械设备采样或人工采样所得的煤样在进入入料口后，进而在应用传感器的承重装置处进行煤样称重[4]。此时对于煤样称重的精确度较高，对于13mm、3mm以及6mm的煤样称重精确到克，对于0.2mm的煤样称重精确度需要精确到毫克。称重数据自动化传送至系统内部的PLC控制系统，PLC控制系统根据煤样的称重数据对各级的缩分比加以确定。在煤样称重过程中，对于0.2mm的分析样以及留样，若在称重时检测到留样量不满足最小留样量需求系统则会自动报警，进而通过废料缓存系统对符合要求的0.2mm分析样及留存样继续进行制作。

3.3 制样

在系统制样过程中，通过在线方式或者离线方式的煤样入料量存在一定差异，对于在线方式下入料量重量控制在18到25公斤之间，在离线方式下入料量控制在18到60公斤范围内。根据我国燃料智能化相关制度法规要求，对于全自动系统中的煤样生产率应不小于每24小时36个，缩分取全水分样应当大于1.25公斤，一级破碎达到6mm，弃样自动进入弃样收集器。在对3mm煤样进行制备时需通过热风或微波法进行烘干，但对于无烟煤及褐煤则不能应用微波法进行烘干，同时烘干时间应符合国标所规定的时间要求。

在进行二级缩分时，取重量大于700g的3mm存查样，对于一般煤样而言通过利用缩分装置对其分为2份煤样，一份通过清洗研磨之后将弃料自动进入到弃料收集装置，另一份用来制备60克到300g的0.2mm存查样及30克到300克的0.2mm一般分析煤样。在制样时采取先清洗再进行制样的工作流程，进而将制备的煤样进行封喷码，人工对其进行取样化验工作。

在对煤样进行一级破碎时，可应用有环锤破碎机及直线式破碎机两种，其处理煤样的效率在每小时5吨到7吨之间，对于煤样的二级破碎可采用对辊破碎机，三级破碎可应用研磨机[5]。

3.4 废料收集

在全自动制样系统工作过程中所有的弃料都将输送到废料收集器中，集中收集并集中运走，或可以建设废弃料池对制样所得的弃料进行科学化处理。

3.5 电气自动化控制系统

在全自动制样系统中设置了电气自动化控制系统，该系统由上位机以及PLC所组成，具有较强的安全性及稳定性，为了保证系统稳定性，系统内部电气元件采用知名品牌设备。同时PLC与自动化系统有效结合，从而实现在系统上可以对煤样品种、时间、操作者、煤样喷码信息以及设备故障等内容得以显示，便于操作人员在进行现场巡查时可以快速发现系统故障，并及时采取应对措施进行处理或根据系统需求进行相应的人工设置[6]。在系统内的上位机操作过程中，需对上位机的操作、维护及管理等三方面的工作进行权限分隔，分别设置相应的管理权限。

3.6 环保除尘系统

在全自动制样系统内同时还设置了环保除尘系统。由于传统的煤炭制样系统多采用人工操作方式，且在制样过程中缺少环保除尘装置的应用，导致工作人员工作环境粉尘较大，不仅影响工作人员的身体健康，同时也会对煤样造成一定程度的污染[7]。在全自动制样系统中应用可环保除尘系统，可以很大程度上避免在制样过程中对煤样的污染并同时改善了工作环境。在系统运行过程中在各个部件都需设置除尘装置，尤其是破碎机及缩分器在工作过程中振动较大，从而也更加容易产生灰尘，除尘装置可设置成为地沟或通风管等形式对粉尘进行集中收集，另外除尘开关在设置时可以设置在显眼位置，便于在工作时及时打开。

综上，在煤炭制样系统中所应用的全自动制样系统完全改变了传统的制样方式，不仅实现了全自动的无人值守工作模式，同时很大程度上减轻了工作过程中的人员劳动量，有效控制了人力成本，且全自动系统的工作效率及准确性更高，对于推动行业发展具有重要意义。