煤炭在整個能源消耗架構中依然占著主導地位， 對于鋼鐵企業，采購煤的支出在整個成本中占據著很 大的比重。商煤交易的金額巨大，而商品煤結算的依據 便是煤質參數，主要包括煤的發熱量、全水分、灰分和 硫分等。

現有的鋼鐵企業煤炭采制化技術相對成熟，基本 已滿足企業需求，但是仍存在以下問題：

(1)燃料采制化設備自動化程度不足：采制樣檢 驗設備不配套，檢驗結果不穩定，成為制約企業可持續 發展的主要問題。對于此類問題，因化驗數據精準度不 足，無法為企業后續戰略決策和管理提供可靠依據。

(2)采樣方面的問題：在煤炭采樣過程中，受人 為操作因素影響，所采樣品為非斷面，沒有很好的代表 性，不能充分反應出燃料的質量；其次采樣過程中采樣 的樣本數目太少、采樣點設置不當、采樣的容器設備開 口尺寸過小都會造成較大的系統誤差。

(3)制樣方面的問題：若采樣燃料處置不當，就 會改變原來樣本的性質和特點，留樣的多少也會改變 制樣的精度，最終會直接影響煤質的檢測結果。

(4)企業管理水平不高：現有系統只是單純實現 經營管理的手段，僅提供基礎的數據來打通上下游信 息交換來提高效率，缺乏必要的經濟性、效益性等分析 測算模型，不能很好地利用已有的數據為燃料采購、轉 運以及降低整體燃料成本提供輔助決策支持。

總而言之，采制化管理已經占據煤質量的心臟位 置，決定了煤質量的優劣， 一旦商品煤采制化管理出現 問題，就會對企業造成嚴重的影響。

基于以上需求和有效避免人工化驗的弊端，亟待 發展工業機器人智能煤樣檢測系統，實現燃料化驗工 作的自動化和智能化，以替代現有的人工+儀器化驗方 式，既改善工人工作環境，降低勞動強度，提高化驗數 據的準確性，同時實現企業減員增效，提高企業核心競 爭力，從而實現良好的經濟效益和社會效益。

作為鋼鐵企業的重要原材料，進廠煤的采樣、制樣、 編解碼和煤質分析目前基本上全部由人工完成，存在  運行成本高、檢驗效率低、人為影響波動大、檢驗周期  長、職業健康危害大，很難滿足現代化鋼鐵企業的需要。

隨著國內外鋼鐵企業生產規模的不斷發展，鋼鐵  企業的原料場、生產設施逐步實現現代化、大型化，對  原燃料的水分、成分等控制日趨嚴格。近幾年隨著工業 機器人的應用技術成熟，自動采制樣設備、自動分析設  備、智能化得到了普遍應用，根據太鋼智能制造計劃，  進廠煤檢驗需適應生產的快節奏以及太鋼高質量發展 要求，實現進廠煤采樣、制樣、送樣、存樣、化驗全流  程智能化迫在眉睫。2020年太鋼開始實施進廠煤采樣、 制樣、化驗技術智能升級項目，項目于2021年開始進  入試生產，目前已經開始投用。

1 方案與過程

1.1 全自動采樣方案：

太鋼的進廠煤全部通過火車運輸進廠，通過運輸 皮帶進入儲罐，各煤種的來料方式與參數如表1所列。

通過對各種采樣方式進行多次論證、考察、交流， 結合公司內部實際工藝與設備配套情況，最終確定采 用皮帶中部采樣機進行采樣，具體配套如下：

A、在焦化廠的B202 皮帶機、 GM1 管帶機展開段、

表1  進廠煤檢驗物料參數表

Y3-4 皮帶機分別設皮帶中部采樣機通過單皮帶自動取 樣后通過制樣系統制備出13mm、3mm 各兩份樣品，自 動封裝后其中一份13mm、 一 份3mm 煤樣通過氣動傳輸 系統收發工作站發送至存樣柜接收站： 一份13mm 通過 氣動傳輸系統收發工作站發送至自動化驗室的自動化 驗接收 A 工作站： 一份3mm 通過氣動傳輸系統收發工 作站發送至智能機器人制樣系統進行后續樣品制備工 作；進行烘干后繼續制樣。得到1.0mm 和1.5mm 樣品 人工取走測試Y 值和反射率；研磨制備2個0.2mm樣 品，1個自動送自動化驗工業分析和硫分，1個人工取 走測試G 值。系統樣品輸送均采用風動送樣。

B、煉鐵廠單皮帶自動取樣后通過破碎、縮分后進 入集樣歸批、制備線，制備出13mm、3mm 各兩份樣品，

自動封裝后，由系統加密后經人工轉運化驗中心進行 后續制樣及全自動化驗工作。

C、能動廠雙皮帶自動取樣后通過破碎、縮分、并 入單條集樣歸批、制樣線，并制備出13mm、3mm 各兩份 樣品，自動封裝后，由系統加密后經人工轉運化驗中心 進行后續制樣及全自動化驗工作。

1.2 智能機器人制樣方案

在化驗中心設置一套智能機器人制樣系統，完成 工份樣的全自動制樣，如圖1所示。圖中：1、智能機 器人包裝機(氣動傳輸)2、智能應急平臺3、智能環 保型旋轉縮分機4、智能干燥箱5、智能清洗系統6、 讀寫碼器7、棄料輸送機8、智能粉碎機9、智能煤 炭粉碎機10、智能對輥破碎機11、機器人。

圖1 智能機器人制樣系統

其工作原理如下：

現場氣動傳輸過來的樣瓶從1:智能機器人包裝機解包后的樣瓶，;或者人工放置在2:智能應急平臺 上。通過機器人轉運到2:智能應急平臺的耙平部分， 進行耙平；耙平結束后，通過機器人轉運到4: 智能 干燥箱；干燥結束后，通過機器人轉運到3:智能環保 型旋轉縮分機進行縮分：縮分結束后，通過機器人轉 運到4臺破碎機(10:智能對輥破碎機，8:智能粉碎 機，9:智能煤炭粉碎機),分別進行破碎；破碎結束 后，通過機器人轉運到1:包裝機：包裝結束后，通過 氣動輸送輸送到全自動化驗設備或全自動存查樣柜， 或者通過機器人轉運到2:智能應急平臺，由人工取 走進行下一步工作。

制樣過程產生的棄料通過機器人轉運到7:棄料 輸送機送至棄料輸送系統，經氣動傳輸系統運至其他 運煤皮帶返回生產系統。

1.3  全自動化驗方案

智能化驗系統主要完成煤樣的硫分、內水、灰分、 揮發分、發熱量及13mm 全水樣的全水指標的自動化驗 及相關信息管理。采用物聯網、工業機器人應用及非標 機械自動化技術配合煤炭行業標準化驗儀器，用機器 人及自動化機械直接模擬化驗人員的化驗操作流程， 從而完成各化驗指標的自動化測量，測量結果直接進 入智能化驗管理系統。整個化驗過程，操作人員不允許 直接接觸化驗煤樣。

煤炭智能化驗系統由智能化驗管理系統和化驗工 作站組成。工作站包括全水分析工作站、工業分析工作 站、硫分分析工作站、量熱分析工作站。各工作站的核 心模塊包括微量稱重系統、拆裝蓋系統、機器人模塊、 分析儀器、煤樣輸送系統、輔助系統、 RFID 掃碼系統、 電氣控制系統。

太鋼的全自動智能化驗系統特點如下：

采用分布式智能化驗系統，工作站寬度為2.8m, 化驗場地等靈活布置，場地適應性較強，滿足設備檢修 與日常維護需求：完美解決部分工作站維護而產生的 系統停機問題，單站維修維不影響其余工作站工作

專有的微量稱重系統，稱量加樣的硫分為50mg± 5mg,灰分、內水和發熱量為1±0.1g,揮發分1±0.01g, 滿足國標稱量要求，同時解決了焦煤的粘性大對設備 精度的影響難題；

量熱站采用獨特的自動掛裝點火棉線技術，符合 國標規定的棉線/點火絲的點火方式；

2 實施效果

實現了進廠煤檢測過程的自動化，信息化，保證了 物理層面數據的真實性、準確性、實時性，為進廠煤檢 測管理和碳資產管理提供了真實有效的數據基礎。

所有設備、系統能與智能管控系統建立通訊，實現 數據、狀態等信息的交互。所有樣品信息及編碼均由管 控平臺統一生成并下發至相應設備寫入煤樣瓶。

所有設備具備智能自診斷、故障報警、故障信息存 儲、操作日志與故障信息自定義歸類查詢分析功能，并 具有斷電記憶功能，各設備、系統均能在恢復供電后自 動繼續完成相應的工作流程。

所有成套設備均滿足集中統一監控的要求，各項 功能滿足技術規范要求。涉及到的電腦/工控機等均能 防塵、防震、抗靜電，控制系統提供標準的通訊接口， 保證可靠、統一的外接數據交互。

采樣機、原煤樣轉運歸批系統、全自動制樣系統、 智能存樣柜、在線測全水系統、全自動化驗系統及煤樣 轉運系統連接通暢，各設備之間的輸送連接全密封設 計，設置有專用的煤樣容器，可以保證轉運容器或皮帶 及煤樣瓶無煤樣殘留、混樣，能夠做到設備本質安全且 美觀，實現連續制備煤樣。

全自動制樣系統要能夠在煤樣水分較大、濕粘、人 工輸入指令、接收管控平臺指令后采取相應的措施保 證煤樣在全自動制樣系統內不產生粘堵，能自動進行 水分補正。

制樣、化驗、存取樣、樣品轉移過程均可連續獲取 輸送樣品、自動識別讀寫樣品編碼、稱取煤樣質量、倒 料、除鐵、樣品制備、封裝、自動搖勻、取樣、樣品攤 平、測試、棄料收集清理及器皿自動清理、灼燒烘干、 循環使用等。

各設備系統間的對接，確保燃料驗收全過程無人 參與，流程順暢。

當采樣、制樣、化驗結束后可自動生成采樣、制樣、 化驗報告并上傳智能管控平臺。相關設備還應能自動  接收管控平臺的抽樣指令，具備自動采樣、自動制備、  各化驗項目自動測試、樣品重新編碼及自動傳輸的功  能。同時將現有全自動制樣系統與相關設備系統進行  集成對接。

煤樣桶封裝后采用瓶裝方式進行氣動傳輸，樣瓶 采用電子芯片對煤樣進行標識，標識具有唯一性，保證煤樣在流轉環節能夠被正確讀取。包裝瓶底內置芯片， 瓶蓋采用旋蓋形式，瓶蓋、瓶身可重復使用。

3 結論

整個項目達到以下目標，提升了企業管理水平，具 有在鋼鐵企業推廣價值。

實現企業焦化、煉鐵、能動廠所有入廠煤全自動采 樣、制樣、化驗目的。

實現各入廠煤樣品的自動制備、流轉、儲存和化驗， 降低工人勞動強度。

實現化驗數據自動采集、傳遞、同源不落地，與企 業ERP 系統對接并實現全過程監控。

滿足進廠原料質量管控的高速化、連續化、自動化 要求。

規避了入廠煤采制樣、樣品流轉及化驗過程中相 關人員的廉潔風險

參考文獻

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