煤自动采样系统在焦化厂的应用

颜炳健

（天津天铁冶金集团有限公司焦化厂，河北涉县 056404）

煤自动采样系统在焦化厂的应用

颜炳健

（天津天铁冶金集团有限公司焦化厂，河北涉县 056404）

叙述了煤自动采样控制系统在天铁集团焦化厂的应用情况。通过采样机正上方摄像机实时采集的图像，计算机、PLC标定、运算转换形成物理单位如毫米的平面坐标系，随机生成采样坐标点，采样车通过计数开关、行程开关自动定位到相应的坐标点，完成自动采样过程。自动采样设备运行稳定，效果良好，提高了采样的工作效率。

煤 自动采样 控制系统 图像坐标技术 应用

1 引言

对于天铁焦化厂，进厂煤的质量非常重要，煤的优劣严重影响到焦炭的各项指标，也是各种煤配比的重要数据来源，直接影响到焦化厂的燃料成本。加上汽车煤掺杂使假现象相对较多，抓紧抓好燃煤质量是焦化企业一项至关重要的工作。因此，进厂煤的采样是焦化厂经营管理中的重要一环。现阶段汽车煤采样主要分为两种：一是人工手动采样，采样的自动化程度低，费时费力，需要人工数量较多，加之在责任心、技术水平、判断能力、操作技能等方面存在差异，存在很多人为操作不规范问题；二是自动采样，自动化程度高，省时省力，技术发展也非常成熟，随机定位采样点，避免了人为操作因素。基于以上考虑，我厂于2010年放弃了人工采样，新建了自动采样控制系统，至今，经过两年多的运行，性能稳定、效果良好，完全实现了自动采样。

2 自动采样原理

通过汽车正上方的摄像机，采集的模拟视频图像通过计算机、视频采集卡转换成数字图像。数字图像在计算机内每一个元素即是像素。在数字图像上定义直角坐标系x-y，每一个像素的坐标（x，y）分别是该像素在数组中的列数和行数，形成以像素为单位的图像坐标系。由于数字图像坐标系只表示像素位于数字图像的行数和列数，并没有用物理单位表示出该像素在数字图像中的物理位置，这样就需要转换建立一个以物理单位（如mm）的平面坐标系x-y。首先在x-y坐标系中，中心原点O1定义在摄像机光轴和图像平面的交点处，称为图像的主点，该点一般位于图像中心处，但由于摄像机制作的原因，可能会有些偏离，O1在坐标系下的坐标为（X0，Y0），每个像素在x轴和y轴方向上的物理尺寸为dx、dy。实际调试中标定测量出参数值，填写在对应的参数中。具体见图1视频图像坐标参数调整界面。

图1 视频图像坐标参数调整界面

对应的物理坐标系标定生成，在计算机视频图像采集画面中，鼠标选定采样汽车的区域范围，系统随机产生采样点坐标参数，PLC系统驱动采样大车、小车行驶到对应坐标点，进行采样作业。图像随机坐标点见图2。

图2 图像随机采样点

3 控制系统简介

由上位机工控机和下位机PLC组成的两级计算机控制系统，上位机进行状态监视和命令发送，PLC根据上位机的指令和参数并结合从现场采集到的计数开关、接近开关等传感器信号，采用视频数字图像处理技术对当前车厢进行定位识别，系统随即产生采样点坐标参数，控制各执行器动作。采样包括全自动和手动两种控制方式，全自动一键操作能够实现对汽车的自动定位，在采样区域内自动产生随机采样点，并自动完成采样、卸料。在整个采样过程中，系统具备全面的故障自诊断能力，当设备运行出现故障时，系统立即停车报警，并给出详细的自诊断信息和修复建议。系统设有边界保护、过载保护、过流保护、断相保护、受阻保护、联锁保护、接地保护等完善的电气保护措施。PLC采用SIEMENS-S7-200系列，中心处理器采用CPU226 CN；上位机采用工控机，开发软件采用VB6.0简体中文版；上位机能接收、显示并打印工况信息、进给值、采样点、车厢号、时间信息、故障显示、班号等信息，信息能够生成历史数据库，数据库采用Access 2000中文版，可进行工况信息查询。

大车为桥式结构，端梁及横梁采用箱形结构，采用变频控制，变频器采用施耐德系列变频器，大车启动、运行、停止平稳，无冲击、不啃轨、制动可靠，采样头依靠电气控制能在车厢内纵向各点准确定位。大车可满足最大风速时逆向运行的要求，在两端安装缓冲器，电气和机械保护满足设备安全运行的需要。

小车采用封闭箱体，箱体装有行走机构采用集中驱动的方式，箱体内装有采样机构和升降机构，驱动装置采用变频控制，变频器采用施耐德系列变频器。小车及行走机构启动和停车平稳，无冲击、不啃轨，采样头能在车厢内横向各点准确定位。其行走机构可满足最大风速时逆向运行的要求，并具有防止小车在采样时不脱轨的安全装置。

采样头选用螺旋钻式全柱状切割采样器，采样头具有切割破碎功能，采样深度能够采取整个煤车的全深度，采样头直径175 mm。每车三点采样时间不超过180 s，每小时采样不少于15车。

4 程序设计与应用

上位机监控开发软件采用的是VB6.0简体中文版，通过MODBUS协议与西门子S7-200通讯连接，读取采样机的计数开关、接近开关灯状态信息。直观的显示大车、小车、采样头的运行坐标位置及状态。通过VB随机函数Randomize生成随机数的方式，随机生成3个坐标点。

采样信息输入确认后，大车从初始位置正转，通过电机上安装的计数开关，脉冲累计，确认大车在坐标系中行走的物理位置。当前X坐标到达采样点X坐标点时，停止大车运转输出点。小车Y方向走行也是同样的原理。当X，Y到达第一个采样点后，采样头进行Z方向的深度行走，到达信息指定的深度，完成第一点的采样。然后通过计数开关的脉冲累加、累减找到相应的第二、第三点的物理坐标位置，依次完成采样工作。坐标位置测量程序见图3。

图3 X坐标测量程序

5 结束语

煤炭作为焦化厂最主要的原燃料，考评进厂煤的经济性、优劣性，对煤炭的进厂采样化验分析管理成为国内各焦化企业重点考核指标。入场煤采样设备从以前的人工手动采样操作，到现在自动随机采样，从不完善正走向定型和完美。汽车煤自动取样设备运行以来，运行稳定、效果良好，减少了人工操作强度、人为不规范操作等不利因素，提高了采样的工作效率。

[1]刘富强.数字视频图像处理与通信[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]戚飞虎.模式识别与图像处理[M].上海:上海交通大学出版社，1990.

[3]张树兵.Visual Basic 6.0中文版入门与提高[M].北京:清华大学出版社，1999.

Application of Automatic Sampling Control System of Truck Loaded Coal at Coking Plant

Yan Bingjian

(Coking Plant,Tianjin Tiantie Metallurgy Group Company Limited,She County,Hebei Province 056404,China)

The application of automatic sampling control system for truck loaded coal is described.The images collected by camera above sampler are converted into a plane coordinate system of physical unit(e.g.,millimeter)via computer and PLC calibration and arithmetic conversion,and sampling coordinates are generated.The sampling carriage automatically locates to relevant coordinates by means of counting switch and limit switch.Thus a sampling process is complete.The automatic sampling device runs stably with good effect.Sampling efficiency is improved as well.

coal,automatic sampling,control system,image coordinate technique,application

颜炳健，男，工程师，主要从事仪表自动化方面的研究工作。

（收稿 2012－04－15 编辑 潘娜）