彭祥维 王志坤
湖北华电江陵发电有限公司 ,湖北 荆州 434100
摘要：在工业4.0的背景下，各电力集团逐渐加大了燃料智能化的投入力度，煤炭采样、制样、传输、存储环节已有比较完善的解决方案，但在化验环节的智能化建设还存在诸多的障碍，比如样品的自动称量、量热仪的点火方式、碳氢氮样品的包裹，这些问题都是化验室智能化建设的拦路虎。长沙开元仪器作为国内燃料智能化的先行者，率先推出了机器人智能化验系统，打通了燃料智能化建设的最后一公里。湖北华电江陵发电有限公司携手长沙开元仪器有限公司，成功实施了机器人智能化验系统，打通了采、制、传、存、化的所有链路，实现了化验过程的无人干预，降低了廉政风险，同时达到了减员增效的目的。
关键词：燃料智能化；机器人化验；无人干预
0 引言
在国家推动火电企业燃料管理智慧转型的背景下，火电企业对燃料管控的要求越来越高。湖北华电江陵发电有限公司已实现燃料入厂、采样、制样、样品传输、样品存储的有效管控，但在化验分析环节仍然依赖人工化验，存在不可控的人为干预风险，而化验直接影响煤炭的结算，是燃料管控中的关键环节。化验管控是燃料管控的最后一公里，能否实现对化验的有效管控，决定着燃料管控系统的前途，也是企业的关切点。基于此，长沙开元对工业机器人应用于煤质化验领域进行研究探索，在现有燃料采制化技术的基础上，通过集成工业机器人、改造升级的燃料化验设备及配套的自动化装置、软件，实现了从样瓶到数据的无人干预，实现了燃料全流程有效管控。机器人智能化验系统在湖北华电江陵发电有限公司的应用，提升了公司的燃料智能化水平，消除化验环节的人为干预，有效释放了人力资源及成本。
工业机器人在各行各业已有了非常成熟的应用，故在煤质化验领域进行应用没有技术瓶颈，机器人智能化验实现的拦路虎存在于煤样的自动称量、量热仪氧弹的自动装填、碳氢氮样品的自动包裹等方面。
孙引忠对机器人化验系统进行了初步研究，并对机器人化验系统的组成提出了初步设想，同时搭建了简单的机器人化验室[1]。罗建明对煤质无人化验进行了技术可行性分析，并对煤质无人化验的检定进行了展望 [2] 。
目前学者们对机器人化验系统组成框架涉猎较多，但针对机器人化验的关键技术没有介绍。本文将介绍煤样自动称量、量热仪氧弹自动装填及碳氢氮样品自动包裹等机器人智能化验所涉及到的关键技术，以及机器人智能化验系统在湖北华电江陵发电有限公司的应用情况，并同人工化验进行比对，以凸显机器人智能化验系统的应用优势。
1 系统组成
机器人化验是煤质分析仪器与智能机器人系统的深度融合与开发应用，实现了煤质化验向自动化、智能化的转变，系统与燃料智能化系统对接，系统可实现从样瓶到发热量、全硫、内水分、灰分、挥发分、CHN 元素含量等测试数据的全过程无人干预。
要实现从样瓶到数据的全过程无人干预，机器人化验需要具备的功能包括：样瓶自动接收、样品摇匀、样瓶开盖、样瓶回传、样品自动称量、氧弹装配清洗、自动化分析（量热、测硫、工业分析、元素分析）、自动弃样、自动数据上传、自动数据分析。机器人化验采用以机器人为中心，其他设备环绕布局的方式。系统工作流程如下：
1.1 系统运行后，监听气送系统的来样。
1.2 系统获取样品后，触发样品摇匀流程。
1.3 样瓶开盖；
1.4 低温区机器人取样至自动称量料斗；
1.5 样瓶合盖；
1.6 样瓶通过气送系统回传；
1.7 低温区机器人夹取料斗至自动称量机构实时分样称量；
1.8 自动称量机构暂存称好的样品；
1.9 低温区机器人夹样至各个工位（量热仪工位、高低温区样品转运暂存盘）；
1.10 低温区机器人回收量热坩埚工装；
1.11 低温区机器人协助氧弹合盖；
1.12 低温区机器人夹取氧弹至量热仪分析；
1.13 高温区机器人夹样至高温区设备（工业分析、测硫仪、碳氢氮元素分析仪）
1.14 低温区机器人回收料斗、取样斗；
1.15 低温区机器人协助氧弹开盖、坩埚回收、氧弹清洗、氧弹复位；
1.16 高温区机器人回收工分坩埚、测硫工装及坩埚、碳氢氮工装；
1.17 系统汇总数据并进行统计分析；
1.18 数据及数据趋势被上层燃管系统自动获取。
系统采用任务调度算法，上述运行步骤均是并行处理，根据机器人化验系统的当前状态，对当前任务进行最优的调度。任务调度模块是总控软件的“大脑”，负责实现任务的排班计划。根据各个子设备的实时状态，汇总需要完成的任务，按时间优先级进行动态规划，保证整套系统的高效运行。
2 关键技术
2.1 样品自动称量
前端气送系统对机器人化验系统输入的是瓶装样品，要想通过机器人完成样品化验，除了样品搬运和样品分析自动化外，系统需完成自动称量。
自动称量的前提是样品摇匀和开盖。在机器人样品摇匀和自动开瓶机开盖后，机器人夹取料斗转移样品到自动称量机构的料斗。料斗在运动机构的驱动下，均匀、快速分样，保证系统在规定时间内完成样品的称量。自动称量结构保证样品称量快速、精准、无交叉污染，是机器人智能化验系统的关键。自动分样称量整个过程无残留，无样品交叉污染。所以，不同的样品对应不同的料斗。
2.2 激光点火量热仪
要实现量热测试过程的自动化，若采用点火丝的方式实现点火，基本是不可能实现的，所以必须创新量热仪的点火方式。我们采用的是非接触式的激光点火方式，选择功率合适的激光器，既保证样品能点着，也保证点火热稳定。
2.3 氧弹自动装配清洗
氧弹自动装配清洗是量热设备自动运转的关键。传统氧弹的三部分设计不方便装配，为方便氧弹装配、清洗，考虑将氧弹设计成氧弹盖、氧弹杯两部分。氧弹被分体放在氧弹暂存区，在机器人的辅助下，将氧弹部件放入装配机构，装配机构将上下两部分定位抱紧，升降到指定位置时自动旋转氧弹杯完成装配。氧弹筒和氧弹盖是两个刚性的部件，两者之间的配合恰到好处才能使氧弹装配到位。
2.4 自动包锡囊的CHN
机器人智能化验系统应用CHN的最大瓶颈是样品的转移和包裹。传统的锡箔杯满足不了要求，采用锡囊取代锡箔杯接样，同时采用样品工装的思路来实现样品的转移。样品转移到CHN设备后，需要考虑将样品包裹起来（除掉锡囊里的空气），通过自动包样机构来实现CHN样品的自动包裹。
3 同传统化验的比对
机器人智能化验系统最大的特点是从样瓶到化验结果中间过程无人干预，无人干预的基础是样瓶自动摇匀、自动取样、自动称量、自动转移样品、自动氧弹装配、自动氧弹清理、三氧化钨自动添加、碳氢氮样品自动包裹，工业机器人在系统软件的调度下张弛有度地并行处理所有的任务。
4结 语
自从机器人智能化验系统在湖北华电江陵发电有限公司部署以来，打通了燃料智能化建设的最后一个环节，为化验室减员增效创造了充分的条件。在化验员做好准备工作后，化验过程可以自动完成，降低了化验员的劳动强度，同时将化验人为干预的风险降到了最低。
参考文献：
[1]孙引忠,韩泰然.工业机器人智能化验系统在选煤厂的应用[J].煤矿机电,2019,40(02):61-65.
[2]罗建明,陈超,何帅,胡雅忠,殷世波.煤质化验无人化智能分析系统的研究探讨[J].煤质技术,2019,34(06):44-47
[3] 杨勇.智慧燃料系统建设的技术路线[J].设备管理与维修,2019(24):105-109.
作者简介
姓名：彭祥维、性别：男、出生年月：1975.03、学位：本科、专业技术职称：工程师、现从事的研究工作：燃料采制化及计量管理工作、通信地址：湖北省荆州市江陵县经济开发区华电路东侧、邮编：434100、联系电话：13871707680