全自动制样和检测设备在企业检化验室的运用.pdf

今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application76 2 0 2 3.5 今日自动化2 0 2 3 年第5 期2023 No.51 全自动制样和检测设备在企业检化验室运用优势1.1 降低制取样成本传统企业检化验室运行管理过程中，制取样、检化验工作主要依赖人工操作完成，需要配置专门的制取样站，取样站构筑物要符合重力送样需求，整体的人力物力投入极大，且人为采样环节还面临粉尘伤害的风险，检化验工作安全性、高效性均无法保证。而全自动制样和检测设备采用智能化设置思路，从采样到筛分、破碎、缩分，再到称量、倾倒、弃样，均可实现无人值守化管理，制取样站建设成本明显降低，土建投资可以压缩到原来的50%以内1，同时也极大地解放了人力，省略了人工制样、汽车运输和成分分析的过程，有助于降低制取样成本，保证经济效益的综合优化。1.2 提高检测效率企业检化验工作对于核心生产业务来说有着促进性、保障性作用，检化验精度直接影响生产效能。传统检验模式下，主要依靠人力展开工作，取样制样及检验过程中存在着代表性不强、标准化程度过低的状况，很难彻底避免人为因素的干扰。而全自动制样和检测设备采用全流程机器接管监控模式，取样、制样、检测等环节均采用全自动推进模式，取样代表性更强，生成的参数内容还可以作为参数调节的原始依据，有助于搭建烧结矿质量检验闭环，充分杜绝人为干扰带来的不利影响。从已有经验上看，传统制取样、检化验耗费时长基本在2 h 以上，难以为烧结配矿提供实时依据，而全自动制样检测设备只需耗费40 min 左右，即可完成粒度分析、转鼓指数分析等，效率大幅提升。1.3 减少粉尘逸出制样检测流程中涉及到了烧结矿破碎、干缩、制粉等工序，粉末状的矿体很容易在风力作用影响下逸散，对大气环境造成污染，降低生产车间的清洁程度。而全自动制样和检测设备运行环节，综合考虑了粉尘逸出风险、危害，在系统中设置了6级筛配件和专门化的弃料回收装置，弃料皮带机、斗提机与全自动制样检验设备分设于场地两侧，不仅能够降低污染风险、保证物料回收利用率，还能够避免偶尔落料带来的称重检验误差。此外，本次使用的转鼓试验机同样为密封型结构，配备专门清扫装置，能够有效避免污染，实现环境效益、经济效益的双重提升。2 全自动制样和检测设备在企业检化验室运用的方法策略2.1 合理规划设备集成方案全自动制样检测设备拥有强大的制样取样、送样摘 要为解决企业检化验工作环节存在的制取样成本过高、样本检测费时费力等问题，规避由此引发的检化验效率下降困境，保障检化验精度和效能的综合提升，文章对全自动制样和检测设备进行深入探究。先简要分析全自动制样和检测设备在企业检化验室中运用的优势，然后归纳可行的运用方法，提出了合理规划设备集成方案、优化完善制样检测流程、改进智能控制中心系统等建议。关键词自动化技术；制样检测设备；检化验室中图分类号TF031 文献标志码A 文章编号20956487（2023）05007603Application of Fully Automatic Sample Preparation and Testing Equipment in Enterprise Testing LaboratoriesHOU Yixuan，WANG XiaohuaAbstractIn order to solve the problems of high sampling costs and time-consuming sample testing in the process of enterprise testing,avoid the dilemma of reduced testing efficiency caused by this,and ensure the comprehensive improvement of testing accuracy and efficiency,the article introduces fully automatic sample preparation and testing equipment for in-depth exploration.Firstly,a brief analysis is conducted on the advantages of fully automated sample preparation and testing equipment used in enterprise testing laboratories.Then,feasible application methods are summarized,and suggestions are proposed for reasonable planning of equipment integration schemes,optimization and improvement of sample preparation and testing processes,and improvement of intelligent control center systems.Keywordsautomation technology;sample preparation and testing equipment;laboratory全自动制样和检测设备在企业检化验室的运用侯宜轩1，王晓华2（1.山东海化海洋工程有限公司，山东潍坊262737；2.山东海化股份有限公司溴素厂，山东潍坊262737）今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application2 0 2 3.5 今日自动化 772 0 2 3 年第5 期2023 No.5检验能力，引入应用过程中要做好各设备之间关系的协调统筹工作，合理规划设备集成方案，在各类设备之间建立起良好的交互联动关系，搭建起顺畅的物料流、信息流，确保设备效能的发挥。本文设计的全自动制样和检测设备物料流思路为：自动取样风动系统送样机械手接样检验分析备查样品保存。信息流思路为：LIMS（实验室信息管理，以下简称LIMS）系统及 MES（制造企业生产过程执行，以下简称 MES）系统自动取制样系统风动送样系统自动分析系统数据处理系统，各类参数处理完成后馈回 LIMS 系统和 MES 系统，形成闭环管理模式，用于指导烧结配矿实践工作。在确认总体的物料流、信息流之后，还需要进行针对化地设备配置，其中取样单元主要采用了旋转斗式结构，切割器开口度为200 mm，经调试运行能够满足下料需求。配备转运皮带机，宽度控制在650 mm，部分段为500 mm，另外设置部分可逆式皮带，用于运送提升上来的样品。粒度分析单元设计环节，配置了6级筛，筛孔尺寸分别为40 mm、25 mm、26 mm 不等，筛分效率可以达到90%以上，能够满足环保清洁要求和筛分取样要求。另外设置转鼓测定单元、风动送样单元、弃料单元等，最大限度保证全自动制样检测设备集成质量2。2.2 优化完善制样检测流程2.2.1 优化应用自动取样设备全自动取样系统位于整个集成系统架构的前端，承担着主要的制取样职能，本次设计过程中，主要配置了5大板块负责制取样工作，功能分述如下：称重提升模块。该模块布置在烧结矿落料口，可以从头部滚筒部位获得样品，并送入减量秤，当重量达到设计参数值后，启动提升模块并将物料送入可逆皮带机，本次设定的参数值为200 kg。6 mm 制样模块。该制样模块会对样品进行初步破碎，为后续的缩分、干燥处理提供便利。0.23 mm 制样模块。初步破碎后的样品进入0.23 mm 制样模块，进行缩分处理，缩分后再次称量确保其满足最小质量要求，且水分损失在0.5%以内。电气控制模块。可以控制各流程运行逻辑，并开展系统的封装写码、信息收集等工作，系统内部还装设了监控摄像头，可以实时获取制取样系统运行影像。弃料收集模块。由于样品制备环节烧结矿会被破碎成0.23 mm 的粉末，因此损失率可能会有所上升，弃料收集模块主要负责清扫和收集，确保整个制样系统的物料损失量维持在2%以内。2.2.2 优化应用自动制样设备本次制样设备配置过程中，使用了链式缩分机，搭配圆盘缩分器、格槽式所分级对采集到的样品进行处理。先将预处理好的样品进行称重，根据质量参数计算出缩分比，为后续的缩分处理做铺垫。实践中注意合理控制链斗在接料区域的停留时间，最大限度保证缩分精度。圆盘缩分器主要包含5个关键结构3，其中腔体负责收纳所有分项模块，物料进入腔体部分后，掉入缩分盘结构，在刮板的转动下落至出料口，完成 A、B 两份样品的计量，两份样品的缩分比例不同，能够满足多样化的检化验需求。刮板持续转动，还能够彻底清除缩分器上残留的物料，提高物料的利用回收效率。完成缩分处理后，继续进入干燥处理模块，温度控制是该模块处理的重点内容，若干燥温度过低，将会导致干燥不彻底、检验结果失真等问题，温度设置过高，又会加剧煤样氧化风险，出现物理、化学性质的变更，同样影响检验结果精度。2.2.3 优化应用自动送样设备自动送样设备装配环节要重点做好防堵料设计，避免频繁堵料造成的全自动取样检测设备效率下降问题。本次主要使用了负压风动送样技术，借助压缩空气提供送样动力，将样盒作为传输载体，直接推动样盒在管道中的运动。这种方式在检化验实践中有着非常强的适用性，即便样盒收发站点之间距离较远，也能够确保空载样盒、载料样盒的快速传送，一方面降低了送样工作对人力的依赖性，另一方面也加快了送样速度，有助于解放劳动力，保证检化验效率的提升。注意设备管道设计过程中要结合距离远近、现场空间等进行灵活调整，现阶段可用的输送距离从2 000 m到4 500 m 不等，对应的转弯半径最大值、压缩空气动力需求等同样是存在很大差异的，必须进行针对化设计优化。本次为提高送样效率，采用了多套单管双向正压式风动送样系统，各套单管之间相互独立，采用一对一送样的方式，总路程3 500 m，技术体系较为成熟4，运行效果十分可靠。2.2.4 优化应用自动接样设备全自动接样设备制造过程中，主要使用了工业机器人技术，其高效、耐久性能十分明显，现阶段已经在汽车制造、电子电器等领域获得了广泛使用，有助于提高产品质量、优化生产效率。对于钢铁行业来说，工业机器人的应用同样是裨益良多的，在自动喷号、测温，以及钢卷拆捆等工作中，使用该种机器人可以较好地降低人工作业的强度和风险。本次以5个采样点为基准，配备了机械手臂进行样品转移，6个机械手、2个线性机械臂，分别负责样品的抓取和传递，自动化水平极高。注意提前设计机械手臂运行路径，对相关参数进行严格测试和校验，确保机械臂运行顺畅、机械手抓力充足，为后续的检验工作提供支持。2.2.5 优化应用自动分析设备全自动检验分析设备是整个系统的核心，本次主今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application78 2 0 2 3.5 今日自动化2 0 2 3 年第5 期2023 No.5要采用 X 荧光光谱仪作为核心分析设备，前置诸多预处理装置，负责样品粒度分析、转鼓指数测定、化学成分样品制备，以及粘结剂添加、样品细磨及压片等工序。其中粒度分析单元设置了6个粒度级别，可以对头部缩分机缩分出的样品进行筛分、称量，并对应计算各种样品的平均粒径。经筛分后样品会送入转鼓试验设备，转鼓结束后静置2 min 左右，借助机械手进行送样摇筛，计算出对应的转鼓指数。部分样品则直接进入化学成分样品制备单元、冶金性能制备单元等，根据设计方案进行筛分处理，方便后期进行检验分析，剩余物料送入弃料皮带机。2.3 改进智能控制中心系统考虑到全自动制样检测设备种类多样，既包含制取样系统，也包含风动系统、自动送样接样系统等，实践中采用分开控制的方式可能会造成信息对接不及时、控制反馈滞后等问题，因此本次设备优化过程中，还进行了智能控制中心的设计和配置。设计过程中面临的现实问题主要包含以下几类：信息来源分散问题。由于现有的工控机、上位机组成较为复杂，LIMS 系统、矿业 MES 系统并未实现完全互通5，因此数据来源是较为分散的，格式和表述规则均有较大差异，集成控制难度较大。控制系统分散问题。现场风动系统、制取样系统等类型多样、点位分散，信息传输和通讯布线难度相对较大。检验规则变换问题。全自动制样检测设备集成系统落成后，不仅要负责高炉金属料的制样检测工作，还需要对将近200多种物料进行检验，程序开发工作量大。新设备对接问题。全自动制样检测设备引入之后，将面临较为棘手的兼容性问题，接口不适配很容易造成宕机率、错误率的提升。基于此，本次系统设计过程中，采用针对化思路，对每种工艺类型进行赋代码操作，不同代码对应不同样品处理方式，进而实现检验规则的适应和整合。2.4 配套搭建数据管理系统全自动制样和检测系统运行过程中，会生成大量试验性、报告性数据，这些数据不仅能够为当下的燃料分析提供依据，还可以作为系统设备故障、检验精度把控的重要原始资料，需要进行妥善存储和保管。基于此，全自动制样检测设备集成环节，需要对应建立数据管理系统（Data Matching System，DMS），即便在无人操控的场景下，系统也可以自动进行信息数据的收录。还需要搭建完善的质量管理系统（Quality Management System，QMS），对不同指令、参数馈回结果等进行匹配性检验，保障检验质量的提升。为方便操作和应用，本次 QMS（质量管理）系统设计过程中，采用了 C/S（客户机和服务器）架构，以数据库为依托进行信息参数的采集，实现与 LIMS 的无缝对接，履行各项参数的统计、判定职能，为生产检验数据可靠性提供保障。2.5 建立健全风险控制系统虽然全自动制样和检测设备的引进极大减轻了人力负担，促进了检化验精度和效率的双重提升，但设备系统是否能够完全代替人力，完全支撑起无人值守检化验室的运行，仍需要系统的观察和考虑，要积极树立起风险意识，做好廉洁防范与故障防范，避免出现检化验精度下降、数据失真等状况。本次设计过程中，主要配备了200余个摄像头，可以对场地内5个自动取样点进行远程监控，摄像头采集到影像数据之后，通过总线网络实时传送回工业监控电视中，方便工作人员观看分析，数据实时存储在硬盘之中，可以进行历史信息回溯和调取，保证检验科学性、公正性。同时，风险控制系统还使用了智能化算法，可以对采集到的画面信息进行深入分析，及时发现其中存在的不安全隐患，并发出自动告警信息，提醒工作人员注意，有效保障全自动制样检验技术综合效能。3 结束语全自动制样检测设备在企业检化验工作中有着极为广阔的应用前景，能够显著降低制取样成本，提高样本检测效率和精度，保障生产经营高效性与环保性，实践中务必要给予充分重视。要结合企业检化验室实际情况制订科学的设备集成方案，对应配齐配全自动取样、自动制样、自动送样、自动接样等设备，同时改进智能控制系统、数据管理系统，为检化验效能的优化奠定基础。参考文献1 陈德仁，冯奎，许斐.煤炭全自动制样系统精密度和偏倚试验方法 J.洁净煤技术，2021，27（2）：73-76.2 向境，舒倩.全自动燃煤采制样系统的设计与应用 J.电力勘测设计，2021（2）：110-113.3 夏碧峰，崔全法，魏建全.高炉金属料全自动检测设备的集成与应用探索 J.冶金自动化，2021，45（5）：66-72.4 张扬.全自动制样系统在神东检测公司的应用 J.内蒙古煤炭经济，2021（16）：140-142.5 陈永欣，周山，吴国境.广钢码头矿产品全自动取制样系统工艺设计 J.中国口岸科学技术，2021（3）：50-54.