选煤厂输煤皮带采样机的自动化设计_郝新飞.pdf

202313科研开发168Modern Chemical Research当代化工研究202313科研开发168Modern Chemical Research当代化工研究 选煤厂输煤皮带采样机的自动化设计郝新飞（华阳集团选煤分公司 山西 045000）摘要：输煤皮带机作为选煤厂输煤系统的主要设备，其运行效率和生产效率有直接联系，一旦输煤皮带机出现问题，很容易给整个选煤厂生产工作带来严重影响，甚至出现严重的安全事故。因此，本文注重分析自动采样机各方面，如类型、优缺点、工作原理、安装位置等数据，根据不同采样机特征选择对应的自动采样设备类型，全面提高输煤皮带采样机运输效率，保证日常采样的准确性。关键词：自动采样机；煤炭采样；煤样；选型中图分类号：TD94；TD634.1 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.13.056Automatic Design of Coal Conveyer Belt Sampler in Coal Preparation PlantHao Xinfei(Coal Preparation Branch of Huayang Group,Shanxi,045000)Abstract：Coal conveyor as the coal preparation plant coal transport system of the main equipment,its operation efficiency and production efficiency has a direct link,once the coal conveyor problems,it is easy to bring serious impact on the production of the whole coal preparation plant,and even serious safety accidents.Therefore,this paper focuses on the analysis of various aspects of automatic sampler,such as the type,advantages and disadvantages,working principle,installation position and other data,and selects the corresponding type of automatic sampling equipment ac-cording to different sampler characteristics to comprehensively improve the transportation efficiency of coal conveyor belt sampler and ensure the ac-curacy of daily sampling.Key words：automatic sampling machine；coal sampling；coal sample；type selection在信息化时代背景下，选煤厂需提高智能化建设进程，但很多智能化环节都需要煤质指标数据进行控制。在整个煤质化验过程中，采样误差占80%，化验误差占4%，制样误差占16%，一旦采样准确性不足，按照煤质质保反馈进行后期智能化设计工作，会让整个智能化设计失去应有作用。基于此，本文将自动化技术应用到选煤厂输煤皮带采样机中，说明了自主设计生产的采样机工作原理、控制流程以及试验效果。实际工作表明，该采样机设计合理、运转稳定、人工工作量小、采样结果与人工采样相同，提高了采样准确性，加强了采样效率，保证了采样工作能顺利进行1。1.采样机常见类型和技术特征（1）Xdpp-100型皮带中部采样机。Xdpp-100型皮带中部采样机作为选煤厂输煤物料采样的重要设备，通过自动化控制技术进行日常采样工作，加强日常采样的稳定性。各选煤厂高负荷运行，大量入炉煤要在燃烧前进行抽样检验，传统人工检验方法已无法满足日常需求。因此，专业人员研究出入炉煤采样机，在入炉煤运输中禁止采用人工取样，要通过入炉煤采样机进行随机取样，自动检验煤炭质量。通过实践证明，这种新型皮带中部采样机能减轻工作人员的工作强度，提高物料采样工作效率，加强采样检验结果的准确性。同时，和人工采样相比，机械采样具有工作效率高、安全性强、劳动强度低、采样随机性强等特征，由于其严格遵循商品煤质量抽查和验收方法进行开发，有效避免人为因素影响。1.采样大车；2.采样小车；3.采样头；4.初级给料机；5.破碎机；6.缩分器图1 门式采样机结构示意图（2）门式采样机。门式采样机主要包括控制系统、给料机、采样小车、行走轨道、采样头等环节。在利用火车进行采样工作时，要根据轨道不同分成两种情况：一种是采样机行走轨道设置在重车线两侧，即是门内式设计，通常适用在单条重车线装车系统；第二种，采样机行走轨道在两条重车线中间位置，能在两条重车轨道上进行分别作业，统称双悬臂式设计，最常用在双重车线装车系统2。在日常采样202313科研开发169Modern Chemical Research当代化工研究202313科研开发169Modern Chemical Research当代化工研究过程中，采样车行驶到车厢上，通过升降机构选择采样机，采样机炼斗进行循环作业，利用炼斗循环下降、旋转等工序，抓取车厢中的样品，抓取深度为2000mm（如图1所示）。（3）智能机器人采样机。智能机器人采样机是由嵌入式智能控制系统、工业机器人、采样臂、控制器、光电传感器、视频监控系统等环节组成。汽车驶入采样区域后，传感器系统和视频监控系统自动判断车辆类型，同步设置采样点数量，准确计算出采样点，再启动系统驱动控制器精准驱动机械臂，控制采样头自动选择样品（如图2所示）。1.车厢；2.机器人采样机；3.机器人采样室；4.伸缩卸料溜槽；5.卸料斗提图2 智能机器人采样机结构示意图2.方案设计在入炉煤采样过程中，要提高采样工作的安全性，降低运行成本，保证其在满足采样安全的基础上进行自动化运行，是目前采样机自动化设计人员急需考虑的问题。目前，本文控制系统是结合入炉煤采样系统控制要求进行设计，完全符合系统操作流程，具有多样化控制功能，如故障检测保护、全自动智能控制等功能，控制对象涉及到采样桶、电机等环节。同时，在系统日常运行过程中，采用西门子6时单色触摸屏作为控制平台，采样统控制专用模plm为信息处理单元，提前预留通讯接口，和中央操作系统进行联网，实时监控煤炭采样情况。将西门子PLC技术平台为控制系统，设置外围的工艺结构和工业控制软件，满足入炉煤采样系统日常监控要求，还加强企业对往年采样系统安全事故的全面分析，具有故障处理、采样故障检测、采样故障报警等功能，能保证智能采样系统运行的可靠性。另外，企业对控制柜进行专业造型设计和数控制造，合理调整控制柜内部结构和外观，确保其完全符合人体工程学、工业现场要求，提高采样智能系统性能。3.图像数据处理功能（1）光源选择。在机器视觉系统中，高质量可处理图像对整个系统运行具有重要作用，想要提高系统运行质量，就必须得到一张高质量图像。因此，工作人员要根据图像的实际情况选择合适的光源和图像数据算法，来快速提取高精度的图像特征。优质光源能让图像特征更加明显，除了能让摄像头拍摄到部件外，还能产生足够的亮度和对比度，从而满足设备长期工作的要求。以激光为例，其具有多样化特征：激光相干性好，如果出现衍射、干涉等波动现象；激光亮度较高，能照射到更远距离的物体；激光束发散度较低，通常仅有0.001弧度，无限接近于平行状态；激光源对部位位置敏感度较低；激光波长分布范围较窄，颜色纯度高，激光器单色要远高于其他单色光源。（2）取得可处理图像。当运输机皮带在恶劣环境下进行高速运转，皮带裂痕色差较小，这种伤痕虽然不属于贯通伤，但很容易给机械设备运行带来严重的安全隐患，不利于工作人员在产生噪声环境下得到高质量图像。针对这种情况，工作人员可利用机器视觉技术和一形线性激光，将皮带作为激光条纹投射的基础，激光条纹当作采样工作的重要载体，检测重心向识别激光条纹方向转变，能有效降低检测难度系数，合理控制处理时间，来提高检测的准确性。（3）图像处理。图像处理主要包括增强和复原、识别和匹配、图像压缩等环节，并非是生产出其他图像。针对该种情况，工作人员要合理利用图像内部知识库和模式识别技术，来分析出图像的基本特征，再采用符号化描述将图像实际特征呈现出来。目前，以图片分析为目的的识别通常应用在各种自动化系统中，在整个应用过程中，工作人员要融入计算机视觉技术和模式识别技术，图像处理通常是通过前置处理的方法出现。而智能采样系统中所提取的激光条纹，会根据样品信息变化出现不同程度的调整，在图像数据中表现出激光条纹变形。在图像预处理过程中，工作人员要将图片进行ROI提取，利用图像预处理功能来加强图像对比度，详细突显出图像各种细节内容，保证其能满足计算机处理作用，加强检测性能（如图3所示）。图3 激光条纹202313科研开发170Modern Chemical Research当代化工研究202313科研开发170Modern Chemical Research当代化工研究4.入炉煤采样系统设计(1)原理设计在入炉煤采样系统中设置有PIC控制系统控制的减速机，再将采样铲安装在减速机输出轴上，科学控制采样铲工作状态，定期收集皮带上的煤样，煤样经过流槽传输到盛样桶中，用来装煤样，给后期试验打下坚实的基础。目前，小皮带机主要包括托辊、皮带、减速机、电机、机架等环节，在相同PLC控制系统中自动装满盛样桶，等到盛样桶装满后，皮带机自动运行移动盛样桶位置，将空盛样桶放在流槽下部，继续进行煤样盛装工作，重复上述操作，直到将所有盛样桶全部装满。另外，该系统上设置有数字显示板功能，能根据开关运行数据检测到盛样桶移动次数，实时监控装满样桶的数量，提醒工作人员及时换桶。且其配置煤层监测系统，当皮带机出现煤量少、无煤等现象时进行延时取样。(2)电控设计PLC控制系统是由PLC、接触器、壁挂式电器柜、触摸屏等环节组成；小皮带机主要包括接近开关、托辊、电机、机架等环节；采样机由电机、减速机、机器罩、机架、采样铲等环节组成；数字显示板有技术模块、数码管、检测开关等模块。在整个采样系统控制器中共设计强电和电脑两个环节，采样系统控制柜配置人工智能、全中文菜单方式显示、触摸屏等模块，能通过人机对话技术进行日常交流，提高操作人员工作的便捷性。另外，采样系统控制器能采集到采样机不同方面的情况，提高采样系统检测的准确性。(3)功能设计现场信号采集。能现场采集相关信号，进行信号计算、信号处理的工序，自动将数据保存到系统中，有利于工作人员进行查询。同时，能实时监控采样系统自动运行，保证采样系统能顺利进行。信息处理。将现场采集的信号进行智能数据分析处理，实现自动化数据查询打印、故障预测、故障处理等工作。通讯功能。利用RS-458通讯能将采样机实际情况传输到中心机房，同步接收中心指令，合理控制采样系统设备正常运行。设置采样系统运行参数。在采样系统自动化设计时，要确定采样量、时段、时间间隔等数据。自动识别故障问题。当采样系统出现严重安全故障问题时，软件自动识别故障出现的具体位置，调整系统运行参数，保证采样系统的安全性。定时功能。是利用定时操作功能控制系统日常作业，通常以年为单位，在每年中设置不同季节时段，不同季节时段范围存在严重差异性。信息记录和查询功能。控制系统在运行过程中，定期详细记录系统运行情况，判断设备运行状况和负载累积运行时间，给机械设备维修和养护提供丰富的数据资源。例如：在采样系统出现安全故障时，系统详细记录故障具体位置和原因，自动生成工作报表和故障记录，工作人员通过查询键就能在触摸屏上进行查询，有效提高日常查询的便捷性。(4)边缘计算边缘计算是利用集应用、计算、网络、存储能力为一体的平台，给操作人员提供各种近端服务，无形中提升网络服务响应效率，让工作人员在云端计算中仍然能访问边缘计算的以往数据。目前，边缘计算特征主要包括网络流量少、运维成本低、响应速度快、延迟低、能进行实时数据处理等。皮带运输机具备控制节点多、线长、高速连续运行等特征。因此，在机器视觉系统运行过程中，得到一张高质量图像在其中占重要意义，所以工作人员不仅要保证图像数据处理数量，还要提高处理效率，如果将网络数据资源统一传输到中控室进行处理，根本无法保证网络质量，很容易出现信息处理效果差、数据延时性长等缺点。而将智能监测终端应用到监测系统中，能在检测点安装的智能监测终端中实现各种数据处理工作，只要将处理数据上传到中控服务器中，不需要将大数据上传到服务器处理系统中，就能有效减少中控服务器资源占用程度，减少系统处理压力，避免对网络产生严重的依赖性，有效加强系统安全性。5.总结综上所述，本系统在投入运行以来，具有稳定性高、成本低、功能多样化等特征，受到操作人员的高度重视。通过本次设计实践，发现设计一套控制系统不能过于追求先进，要考虑到系统工艺特征和投资成本。在研制过程中，要综合考虑到执行机构、控制单元、检测单元的可靠性，充分发挥PLC技术自身作用，进一步完善自动化采样控制系统，实现全自动实时监控，全面增加采样间隔精度。【参考文献】1薄明伟,郭辉,赵海宁,等.双体振贯月壤采样器结构设计与样机实验J.机械工程与自动化,2021(5):12-13+16.2夏增勇,李胜昌,谷小辉.自动化分液设备在纺织品纤维含量分析中的应用探讨J.中国纤检,2021(9):76-79.【作者简介】郝新飞（1985-），男，汉族，山西临猗人，本科，机电工程师，研究方向：机电管理。