智能气动存取样系统在火电企业燃料智能化建设的应用

□ 刘永忠

(厦门积硕科技有限公司，福建 厦门 361000)

1 引言

煤炭占火电企业经营成本70%以上，煤炭验收是火电企业燃料管理的重要环节，而采制化技术是燃料质量验收的核心。火电企业各管理及业务部门投入很大的精力进行采制化过程控制，如企业成立以分管厂长为组长的燃料领导小组、成立各种形式的监督小组、关键场所安装监控设施、采制化人员定期轮换等，采取管理和技术手段以加强煤炭验收工作，但仍存在较多问题。控制煤炭验收的廉政风险需企业领导时刻关注，同时采制化技术落后和相关从业人员素质低也严重制约了专业进步和发展。

为了实现燃料管理的智能化，就需要借助物联网技术，通过各种自动化设备和信息传感技术，对燃煤的自动采样、原煤样转运、自动制样、样品传输和样品存查等工序进行实时采集任何需要监控、连接、互动的煤样或过程等各种需要的信息，实现燃煤样品的自动识别、管理和控制，达到燃煤智能化管理的需求。

2 燃煤智能化管理中的应用

随着物联网自身的发展，物联网在燃煤智能化管理中应用的方面也在不断扩展，主要应用如下。

2.1 燃煤自动计量方面

火电企业入厂入炉燃料的计量方式有汽车衡、轨道衡、胶带秤、水尺。衡器与识别系统建立通信连接，通过无线RFID物联网技术自动识别车辆、矿点信息，将矿点信息与称量数据自动匹配，实施自动计量。

2.2 燃煤自动采样方面

通过物联网技术，实现自动识别燃煤信息、自动采样、随机布点、自动确定采样方案和分配存样罐、实现样品封装等功能，确保采样的代表性。

2.3 燃煤化验样品自动制样方面

制样过程是煤样物理特性和样品水分发生改变的过程，因此,主要包括混合、破碎、缩分和干燥四个过程。采用物联网技术，通过采用制样机器人实现自动称重、自动除铁、输送、破碎、缩分、自动清洗、烘干、制粉、研磨、清扫、样品自动封装、弃样暂存及回收处理功能，整个制样过程由上位机和可编程控制器(PLC)统一控制，系统最终可实现全自动无人值守，全封闭，无人干预。

2.4 燃煤智能气动存取样系统

智能气动存取样系统分为智能存样柜子系统和气动传输子系统两大部分，统一在煤样存储系统管理软件(中央管理机)调度下协调工作，实现用户自动存样、自动取样、自动弃样等多种功能需求，并统一由燃料智能化管控系统联网管理。

2.5 燃煤样品化验智能管理

通过物联网技术实现化验仪器的化验数据自动采集、自动传输。通过信息化实现化验数据的记录、审批和数据分析。

3 智能气动存取样系统在燃煤智能化管理中的实际应用

在燃煤智能化管理中，通过智能气动存取样系统实现样品智能连接和样品的闭环管理。积硕智能气动存取样系统分为智能存样柜子系统和气动传输子系统两大部分，统一在煤样存储系统管理软件(中央管理机)调度下协调工作，实现用户自动存样、自动取样、自动弃样等多种功能需求，并统一由燃料智能化管控系统联网管理。气动传输系统由中央管理机、全自动工作站、风机动力单元、转换器、旁通管及传输管道组成，智能存样柜系统由可灵活扩展的智能存样柜组成。整个系统通过传输管道将相距数百米的存样间、自动制样间、人工制样间、弃样间和化验室各设备联接在一起，通过风机动力的吸气和吹气，使管道内形成正负空气压力差，在中央管理系统的控制下，实现煤样瓶在各点的往返运动，从而实现煤样在多点的全自动存样、取样和弃样。

智能化存取样系统与传统煤样存取模式的对比如图1所示，由此图可以明显的看出智能化煤样存储及传输模式比传统煤样存取模式大大减轻了人员的劳动强度，降低了人为因素的干扰，保证了煤样的安全性和代表性。

图1 智能化存取样模式与传统煤样存取模式的对比

图2 系统工作流程图

3.1 气动传输子系统

本系统主要是满足电厂煤样传输的自动化、信息化、智能化需求，可实现煤样的多点互传功能，自带RFID芯片的专用煤样瓶，满足客户6mm全水分样、3mm存查样、0.2mm化验样的气动传输需求(见图2)。

气动传输子系统主要由风机动力单元、中央控制机、旁通管、管道换向器、收发工作站、泄气阀、路径探测器、传输管道等部分组成。如图3为气动传输子系统方案图。

图3 气动传输管道方案图

①风机动力单元。气动传输系统的动力来源。通过系统主控柜控制涡轮风机的启动和停止，内置风向换向器，实现传输管道内风向的切换(吸气和吹气)使管道内形成正负空气压力差，实现传输瓶的气动传输(见图4)。

图4 风机动力单元

②中央控制机。本子系统的核心设备，是系统管理软件安装载体，内置工业级计算机，控制整个装置业务功能运行。向下与各单元模块相连，实现传输功能，向上与燃料智能化管控系统进行网络连接，实现与服务器数据同步(见图5)。

③管道换向器。换向器像铁路道岔一样，受中央控制系统控制，自动为传输选择正确的路径。转换器有着很好的稳定性和密封性，避免管道系统的气压泄漏(见图6)。

图6 管道换向器

④全自动单向发送工作站。用于与全自动制样机传送带对接，自动接收全自动制样机密封标识好的煤样瓶，经气动传输管道传送到存查样柜内存储，或直接传送到指定自动接收站(见图7)。

图7 全自动单向发送工作站

⑤人工收发工作站。放在人工制样室，可以与存查样柜实现煤样瓶互传。人工制完样后可自动传瓶至存查样柜，存查样柜也可传瓶至人工收发工作站。

⑥化验室取样工作站。布置在化验室处，专门用于批量接收待化验的煤样瓶装置。自动接收来自发送工作站发来的煤样瓶，工作人员需通过刷卡或密码开启柜门后，方可取出煤样瓶(见图8)。

图8 化验室取样工作站

⑦全自动弃样工作站。用于接收存查样柜到期煤样的装置。

⑧传输管道。传输管径与煤样瓶直径、驱动动力与煤样瓶重量(含最大煤样量)相匹配，传输管道的材质一般室内采用PVC管，室外采用不锈钢管。严寒地区应增加保温措施。

3.2 工作原理

气动传输系统的工作原理是结合吹气和吸气的形式来对样瓶进行输送，通过风向切换器改变使输送系统在吹送和吸送这两个模式下进行切换，同时利用管道换向器实时更换输送线路，将样瓶沿着指定的传输管道传输到指定的收发站中。如图9所示。

图9 气动管道传输工作原理

以工作站A发送到工作站B为例说明：

①将风机中的风向切换器置换成吸气口，将换向器1中的S管与1#管线连通，采用吸送模式，煤样瓶在吸力作用下由工作站A一直吸送到旁通管处直至停止。

②再将风向切换置换成吹气口，并将换向器1中的S管与2#管线连通，此时为吹送模式，煤样瓶在吹力作用下由旁通管处传输至工作站B，当煤样瓶传输至工作站B时，泄气阀自动开启将气流泄出，此时输送样瓶开始减速并缓慢停下来。

此即完成了一个传输任务，此时将吹吸切换器的置换成到空档位置，用于停止或等待执行下一个传输任务。当需要停止所有的传输任务时，关闭风机电源即可。

3.3 智能存样柜子系统

智能存样柜子系统通过机械手对样瓶的夹持，经过水平移动、垂直升降、旋转、伸缩等一系列组合动作，来实现样瓶在存查样柜中行、列任意位置点的存放与弃除，配置有位置、距离、智能读码等感应信号与扫描设备，能实现煤样编码信息化、自动化管理、取样人员权限管理、实时记录煤样存取过程、自动提醒清理到期煤样等功能，从而实现无人值守自动存取存查样及全过程的管控。积硕科技获得《一种样品存储查取方法及装置》国家发明专利。

智能存取样系统，包括存取样柜，其连接气动通道端口，该端口伸入到该存取样柜内；在存取样柜内至少一侧设有若干层样品架，样品架上设有若干个竖向放置样品瓶并成矩阵排列的样品仓位，每一样品仓位开有缺口；存取样柜内设有机械手，该机械手前端设有可以托动样品瓶并与上述缺口相配合的托盘，该机械手能沿柜体纵向X轴、横向Y轴和竖向Z轴分别进行前后、左右和上下运动以存取样品架上的样品瓶，机械手还可以将样品瓶放置于V轴托盘上，V轴托盘沿V轴运动以对接气动通道端口，使样品瓶在气动通道和V轴托盘之间转移配合。机械手需具有读取煤样瓶信息的功能。设备外观(如图10)。

图10 智能存样柜子系统外观图

智能化存查样柜子系统由组合柜、机械手部件等部件组成。系统的组合柜分成几个不同的模块分柜，可根据客户的实际需求存放数量，可进行自由的组合。用户可根据自身的存查样间及所需数量进行组合配置。

存取样柜机械手前端设有可以托动样品瓶，该机械手能沿柜体纵向X轴、横向Y轴和竖向Z轴进行分别前后、左右和上下运动以存取样品架上的样品瓶，机械手还可以将样品瓶放置于V轴托盘上，V轴托盘沿V轴运动以对接气动通道端口，使样品瓶在气动通道和V轴托盘之间转移配合。存取样柜内的两侧都设有样品架，机械手设置于该样品架之间，该机械手可以沿W轴旋转以使机械手上的托盘能存取两侧样品架上的样品瓶，W轴为旋转座上的中心轴，该机械手可以沿旋转座上的中心轴W轴进行旋转。机械手通过旋转可以存取两侧样品架上的样品瓶，这样存取样柜可以存取更多的样品瓶，充分利用存取样柜的空间。

4 智能气动存取样系统在燃煤智能化管理中的未来展望

智能气动存取样系统在燃料智能化管理系统中进行充分利用，积硕科技研发的智能存取样机系统已经在市场上经过多家公司使用运行，智能化管理系统未来的发展前景是非常乐观的。燃料智能化管理系统是当今燃料管理领域的一场重大变革，这是一场从传统手工变为全程自动化的大转变。随着物联网技术和更多新技术的不断进步和研发，未来还需要进一步优化当前的管理系统，让系统的整体结构和布局不断完善。如燃煤存取样气动传输系统技术的研究与应用，怎样实现煤样瓶的密集存储和原煤样气动转运系统的技术突破，提高设备运行的可靠性。另外，仍需加快相关标准的研制，推进燃料智能化管理系统的应用。

积硕智能化煤样存储及气动传输系统具有人样分离，盲存盲取；多点远距存取，化验样直传；存查样柜容积率高、配置灵活、扩展度高；室外管线全程不锈管，使用寿命长；设备间对接柔性灵活，占用地面面积小；支持人工存取样、离线存储数据自动同步更新；支持化验直传、化验回存特色功能；系统维护方便、节能环保；支持脱网独立运行、联网信息化管理；高度安全、性能可靠、运行噪声低；技术优势高、可实现超远距离传输等特点，解决燃煤智能化管理中的困扰，让火力发电厂提升燃料管理、监督信息化水平、降低电厂发电成本。