煤焦自动检测分析系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及煤焦检测技术领域，具体而言，涉及一种煤焦自动检测分析系统及其控制方法。


背景技术：

2.煤焦检测主要是对外购焦煤、喷吹煤、动力煤、高炉磨后喷吹煤、自产焦炭等原燃料检测。检测项目包括：挥发份(vdaf)、灰份(ad)、内水(mad)、全硫(st,d)、发热值(q)、氢(had)、氮(n)以及碳(c)。
3.目前，岗位操作以人工检测为主，设备主要有全自动工业分析仪、测硫仪、碳氮氢硫联测仪等半自动化设备，检测数据由检验员人工手抄录至质量管理信息系统。同时，煤焦检测过程需要人工操作，高温设备产生的热量及有害气体不能有效处理，对检验员的身体健康产生很大影响。
4.随着生产产能的扩大，煤焦检测任务持续增加，工作量达到饱和状态，检验时间过长，检验数据不能及时报告结果，不利于指导炼铁生产，具体的，现有技术具有以下缺陷：
5.1.目前全自动工业分析仪、测硫仪、碳氮氢硫联测仪等设备使用年限过久，设备老化，故障率较高，检测性能和作业效率满足不了生产节奏，尤其是低位发热值检测能力不足，发热值、c、had、n等每班8小时最大检测能力为10个单样品，无法满足检测需求；
6.2.检测设备全部为半自动检测，自动化水平不高，技术落后，岗位劳动强度大，在检测过程使用的高温设备产生的热量及生成的一氧化碳、硫化物、氮氧化物等废气，不能有效处理，不利于检验员身体健康，现场安全作业环境极需改善；
7.3.采用胶质层检测仪人工检测胶质层的厚度，检测效率低下，试剂受检测效率影响，失效快，造成检测成本高，检测数据不稳定、波动大，检测精度无法满足现有检测管理要求。


技术实现要素：

8.本发明的目的包括提供一种煤焦自动检测分析系统及其控制方法，其自动化程度，而且设备故障率低，检测效率高。
9.本发明的实施例可以这样实现：
10.第一方面，本发明提供一种煤焦自动检测分析系统，煤焦自动检测分析系统包括第一机器人、第二机器人、灰分挥发分检测仪、水分检测仪、碳氢氮元素检测仪、硫测仪、氧弹拆装清洗机构、样品接收开盖摇匀机构、样品称量机构和量热仪；
11.其中，第一机器人、氧弹拆装清洗机构、样品接收开盖摇匀机构、样品称量机构和量热仪设置在高温区，第二机器人、灰分挥发分检测仪、水分检测仪、碳氢氮元素检测仪和硫测仪设置在低温区，高温区与低温区采用耐高温隔热防爆墙隔开。
12.在可选的实施方式中，样品接收开盖摇匀机构用于接收样瓶，并摇匀、开盖以及取样；第一机器人转移样品到样品称量机构；样品称量机构用于将坩埚有序地夹取到自动称
量位，第一机器人用于取用称量好的样品倒入坩埚，以备检测。
13.在可选的实施方式中，量热仪采用非接触式的激光点火仪。
14.在可选的实施方式中，氧弹拆装清洗机构用于将氧弹盖和氧弹杯定位，并将氧弹盖和氧弹杯升降到指定位置、自动旋转氧弹杯，使氧弹盖和氧弹杯装配成氧弹，并对氧弹进行清洗。
15.在可选的实施方式中，氧弹拆装清洗机构包括氧弹装配模块、氧弹清洗模块和氧弹暂存模块；氧弹暂存模块用于暂存氧弹盖和氧弹杯；第一机器人用于将暂存的氧弹盖和氧弹杯转移至氧弹装配模块，氧弹装配模块用于将氧弹盖和氧弹杯定位，并将氧弹盖和氧弹杯升降到指定位置、自动旋转氧弹杯，使氧弹盖和氧弹杯装配成氧弹；氧弹清洗模块用于对氧弹进行超声波清洗。
16.在可选的实施方式中，碳氢氮元素检测仪包括自动包样机，碳氢氮元素检测仪接收到样品之后，自动包样机将样品自动包裹，并且将锡囊里的空气压缩除掉。
17.在可选的实施方式中，灰分挥发分检测仪采用自动马弗炉加恒温炉的形式。
18.在可选的实施方式中，煤焦自动检测分析系统还包括配置在低温区的空调和抽湿机，以确保低温区的温度相对恒定；煤焦自动检测分析系统还包括配置在高温区的温度检测系统、抽风散热系统和水处理系统，其中，水处理系统用于给量热仪提供水源，以确保高温区的温度未超过设定值。
19.第二方面，本发明提供一种煤焦自动检测分析系统的控制方法，控制方法应用于前述实施方式的煤焦自动检测分析系统，控制方法包括：
20.s1：利用样品接收开盖摇匀机构接收样瓶，并摇匀、开盖以及取样；
21.s2：对样品进行检测，并采集数据，统计分析形成报表；
22.s3：对样品进行散热后，回收至坩埚。
23.在可选的实施方式中，s2包括：
24.样品自动称量完成后，利用硫测仪采用库仑滴定法或红外吸收法检测检测样品中的硫含量，并在测硫进样时添加三氧化钨。
25.在可选的实施方式中，s2包括：
26.控制高温区和低温区在24小时内的温度变化不超过4℃。
27.本发明实施例提供的煤焦自动检测分析系统及其控制方法的有益效果包括：
28.1.将检测设备分别设置在高温区和低温区，并采用耐高温隔热防爆墙隔开隔开高温区与低温区，保证高温区的检测设备处于合适的温度环境，也避免高温区对低温区的检测设备造成影响，保证检测设备的工作性能，降低故障率，提高检测效率；
29.2.高温区和低温区各自配置机器人，提高各个区域内的自动化程度，提高检测效率。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
31.图1为本发明第一实施例提供的煤焦自动检测分析系统的组成框图；
32.图2为煤焦自动检测分析系统的工作流程图。
33.图标：1-煤焦自动检测分析系统；2-第一机器人；3-第二机器人；4-灰分挥发分检测仪；5-水分检测仪；6-碳氢氮元素检测仪；7-硫测仪；8-氧弹拆装清洗机构；9-样品接收开盖摇匀机构；10-样品称量机构；11-量热仪；12-耐高温隔热防爆墙。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
40.请参考图1，本实施例提供了一种煤焦自动检测分析系统1，煤焦自动检测分析系统1包括第一机器人2、第二机器人3、灰分挥发分检测仪4、水分检测仪5、碳氢氮元素检测仪6、硫测仪7、氧弹拆装清洗机构8、样品接收开盖摇匀机构9、样品称量机构10和量热仪11。
41.煤焦自动检测分析系统1建立在总成平台上。总成平台是系统运行可靠的基础，为系统运行提供精准定位和动力支撑。总成平台主要包括总体框架、电控柜、气控柜、散热系统、耐高温隔热防爆墙12、视频监控和定位平台。检测使用的所有设备通过软件控制，当班检测作业完成后，能自动切断工作电源，实现系统自动化、智能化管理。
42.为了检测分析仪器设备不受高温的影响，设置高温区与低温区，并且中间用耐高温隔热防爆墙12隔开，形成高温检测分析室和常温检测分析室，其中，耐高温隔热防爆墙12采用双层防爆玻璃、并在中间填充空气的结构形式，这样，检测过程既不受设备热辐射影响，也不会给检验员带来影响。
43.配置第一机器人2用于操控高温区的检测分析设备，例如氧弹拆装清洗机构8、样品称量机构10和量热仪11，配置第二机器人3用于操控低温区的检测分析的设备，例如灰分挥发分检测仪4、水分检测仪5、碳氢氮元素检测仪6和硫测仪7。
44.各个模块和仪器通过网络和电气线路整合成一套具备检测分析、测量过程管理、
检测结果自动上传、数据报表管理的全流程智能检测管理系统。煤焦自动检测分析系统1对接质量管理系统，检测时检测人员扫描样品包装袋上的二维码，自动获取样品的编码和名称。
45.请参阅图2，本实施例还提供上述煤焦自动检测分析系统1的控制方法，包括以下步骤：
46.s1：利用样品接收开盖摇匀机构9接收样瓶，并摇匀、开盖以及取样。
47.具体的，检测样品通过皮带链条输送到样品称量机构10，样品自动称量后由第一机器人2自动控制，按检测分析过程自动控制输入瓶装样品系统。
48.其中，样品称量机构10包括坩埚输送链条、斗暂存盘、自动称量机械手、落料称量机、样品暂存盘、气送收发站、样瓶摇匀装置、样瓶开合机构、样品中转暂存机构、中转盘和天平。
49.化验员通过气送系统将瓶装样品送入样品接收开盖摇匀机构9，自动摇匀样品后，开瓶机自动开盖，第一机器人2转移样品到样品称量机构10的料斗，料斗在运动机构的驱动下，均匀、快速分样。同时，化验员提前将各种坩埚准备好，放置在坩埚传送带上，样品称量机构10将各种不同的坩埚有序地夹取到自动称量位，第一机器人2从样品暂存盘取用称量好的样品倒入坩埚，保证系统在规定时间内完成样品称量后及时检测。
50.检测样品自动取样和定量称量完成后，第一机器人2将不同化验项目所需的样品精准的放入对应的容器中准确的送至对应的化验仪器的进样口，进行相应项目的化验分析。各个检测模块可自动检测，检测模块出现故障时也可以人工检测。检测结果精密度符合国家相关检测标准，电子天平称量精密度达到0.1mg。
51.检测控制电脑pci插槽安装压力传感器，物理端口对接检测分析系统软件接口，采集压力信号检测判断气动传输系统是否正常，实现自动接收管道传输过来的样品瓶。如果气动传输压力不能满足要求时，需要检测员人工将样品瓶放在接样口，接收人工放入的样品瓶。同时样瓶盖也是通过气动功能自动开启，取样完毕后的剩余样品重新加盖封装，自动启动样品摇匀设备完成样品在瓶装内充分摇均匀，保证了取样的代表性和测试结果的准确性，并通过气动传输自动回传存放点。
52.最后，样瓶中还剩余有未被使用的样品，还需要将样瓶合盖，并将样瓶回收。
53.s2：对样品进行检测，并采集数据，统计分析形成报表。
54.其中，在s2中，煤焦分析结果包括挥发份、灰份、内水、全硫、发热值、c、h、n等。
55.样品自动称量完成后，硫测仪7检测煤焦样品中硫含量，采用库仑滴定法或红外吸收法检测，可自动添加试剂，可自动进样和出样，无需人工干预。样品需要添加三氧化钨，在测硫进样时添加，采用库仑滴定法还需要关注硅胶颗粒和电解液的使用情况，采用颜色传感器来识别硅胶颗粒的使用情况，同时采用ph电极来监测电解液的酸碱度。
56.煤焦自动检测分析系统1采用锡囊取代锡箔纸接收碳氢氮(chn)样品，采用样品工装的思路来实现样品的转移，样品转移到碳氢氮元素检测仪6后，采用自动包样机将样品自动包裹，并且将锡囊里的空气压缩除掉，从而实现碳氢氮(chn)样品检测过程的转移和包裹，解决了碳氢氮(chn)样品检测过程转移和包裹的瓶颈问题。
57.通过氧弹拆装清洗机构8、样品分析设备，实现样品测量、检测，每个步骤全自动化管理，可得到煤焦挥发份、灰份、内水、全硫、发热值、c、h、n等常规检测指标的检测分析结
果，检测分析结果，经系统预警功能比对后自动上传、发布，供铁区动态管控系统和产销管理系统使用。
58.要实现量热仪11整个过程检测分析自动化，采用普通点火丝的点火方式，是不可能实现的，所以，本实施例中采用非接触式的激光点火仪，激光点火仪的功率是3.5w，点火时间为5秒左右，点火热只有十几焦耳，所用半导体和激光器功率波动小，点火热能满足量热仪11的使用要求。
59.氧弹拆装清洗机构8包括氧弹装配模块、氧弹清洗模块和氧弹暂存模块。
60.氧弹自动装配清洗是量热设备自动运转的关键。为了方便氧弹装配、清洗，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模块，在第一机器人2的操控下，将氧弹放入氧弹装配模块，氧弹装配模块将氧弹盖和氧弹杯定位抱紧，升降到指定位置时自动旋转氧弹杯完成装配。
61.实验完成后，氧弹盖上玻璃视窗不能沾水，利用氧弹清洗模块对氧弹进行超声波清洗，清洗完成后，用压缩空气将氧弹吹扫干净后送入暂存区。
62.整个系统的效率瓶颈在工业分析的灰分分析，灰分分析周期长，若采用传统的自动工业分析仪，灰分的分析效率将制约整个系统的分析效率，如果来样批次不确定，采用自动工业分析仪会影响检测分析效率，因此，本实施例的灰分挥发分检测仪4采用自动马弗炉加恒温炉的形式，来实现连续、高效的工业分析，可以提高检测效果。
63.为保证检测系统对发热量样品检测分析，保证低温区检测设备不受高温区设备热辐射影响，系统采用耐高温隔热防爆玻璃设计了隔离墙，将不同区域检测分析设备物理隔开，形成两个独立空间。低温独立空间内无强烈的空气对流，配置了空调、抽湿机、水处理系统等设备，提供一个检测分析的恒温系统，确保室内温度相对恒定。高温发热设备与常温设备隔离，可以防止高温对低温设备的直接热辐射，实现检测分析系统24小时内的温度控制变化不超过4℃。
64.其中，配置两台机器人，一台负责低温区域的检测分析工作，一台机器人负责高温区域的检测分析的工作，可完全替代检验人员自动完成各项操作。机器人控制技术可精确的将试样及器皿转移至预先设定的位置，实现全过程的自动检测，无需人为干预，避免人为因素，可有效保证检测结果的真实性和准确性。
65.为了提供检测场所清洁的空气环境，系统设计了水处理一氧化碳、硫化物、氮氧化物等废气的功能。将检测发热设备产生的废气抽入一根可防腐、防高温的套管中，末端燃烧加热后产生的废气接入水处理系统，水处理系统与密封化学中和池连接在一起，将废气中和，减少环境污染。
66.由于检测系统集成了量热仪11，有大量的热输出，将会给检测设备带来高温环境，而且系统的量热仪11对温度在18℃～28℃范围比较敏感，因此系统设计了温度检测系统及抽风散热系统。温度检测系统实时监控温度变化，当温度超过设定值时，温度检测系统自动报警，抽风散热系统将高温设备散发的热量及时排走，水处理系统用于供给量热仪11水源，确保高温区的温度未超过设定值，低温区域设备不受高温区检测设备的影响。同时对检测系统设计了外置空调，为系统营造一个大致稳定的环境温度。
67.这样，控制装有样品的坩埚自动转移、自动清洗、氧弹自动清洗、加水、自动充氧、自动点火、自动实验、自动放气、氧弹自动存放等全流程管理。而且，系统实时检测两独立空
间是否处于恒温状态，根据检测要求对配置水箱内水进行加热和冷却，实时监控温度变化，当温度超过设定值时，系统自动报警提示，抽风系统将系统高温设备的散发的热量及时排走，水处理系统及时给量热仪11提供水源，确保高温区和低温区24小时内的温度控制变化不超过4℃，低温区域设备不受高温区检测设备的影响，具体的发热量测试技术指标如表1。
68.表1发热量测试技术指标
69.序号技术指标名称技术指标要求1是否自动组装氧弹是2是否自动拆卸和清洗氧弹是3是否自动充氧和放气是4氧弹是否自动取放氧弹是5样品点火方式激光点火/或加热棒式的自动点火6是否具有水温自动恒定功能是7单样测试时间小于10分钟8测试精密度rsd≤0.1％9温度分辨率0.0001℃10测试结果精度要求符合gb/t213国标最新版本
70.为保证样品检测结果数据的可靠性和准确性，系统设计了检测分析结果预警功能，参考国家标准设置各检测分析参数，检测分析结果实时与分析参数比对，检测结果异常时系统报警提示，由岗位检验员确认、判断，提交上一层级管理员审核，判断是否需要重新检测分析。检测结果正常时，系统不会报警，岗位检验员确认，并发送上一层级管理员审核，无误后在质量管理信息系统发布，检测结果上传铁区管控系统和产销管理系统。
71.来样信息可通过扫码录入系统后，检测分析设备能够通过数据接口自动对接系统，接收工序传输化验编码，自动识别接收到的样瓶编码信息，实现样品检测分析，检测结果经系统预警功能比对无误后，自动上传至系统发布。可达到每8小时60个单样品的检测，每个单样的检测项目包括挥发份、灰份、内水、全硫、发热值、c、h、n。
72.系统的主界面可以设置设备状态图、任务列表、设备工作状态、试样信息回放、机械手工作队列、系统信息、时间和故障率统计、远程诊断、报警提示、温度检测、废气处理等功能，各个功能的具体介绍如下。
73.(1)设备状态图：是指系统在运行时设备的各种状态和试样所在的位置，不同的状态用不同的颜色加以区分，设备状态下面一栏表示该设备目前所关联的试样号以及任务号信息。
74.(2)任务列表：显示当前系统中有多少个正在处理的工作，大多数每个工作都对应着一个正在检测的试样。其中，其他设备和试样用任务号与任务相关联，具有相同任务号的设备和试样都可以在协同处理同一项工作。当用户需要人为的将系统中试样拿走时，可以在任务列表对应任务上右键删除将任务删掉。
75.(3)设备工作状态：就是设备当前工作的状态，系统会根据不同的状态来判断设备下一步动作。
76.(4)试样信息回放：能够记录和回放每个试样过程痕迹，保存时间≥6个月。
77.(5)机械手工作队列：当同时有多个设备请求机械手帮助时，机械手会根据先后让
每个请求排队，机械手可逐一进行处理。
78.(6)系统信息：显示系统同每个设备交换的各种信息，主要用于帮助排除故障。
79.(7)时间和故障率统计：能够统计试样发送、到达、分析结束时间。时间与上位机每天同步。
80.(8)远程诊断：通过plc编程和互联网手段，维保检修人员能够远程实时监控系统中主要设备的运行状态，在授权情况下，能够远程操作仪器主要部件动作，进行系统维护和故障诊断。
81.(9)报警提示：需要人工介入的样品，具有声光提示功能。
82.(10)温度检测：实时检测高温区和低温区检测设备产生温度，以双曲线或实时数据显示。
83.(11)废气处理：将高温设备检测分析过程产生的一氧化碳、硫化物、氮氧化物等废气收集到套管末端燃烧产生的废气接入水处理系统，并与密封的化学酸碱中和池连接在一起，将废气中和排出。
84.系统还具备二级审核功能，检测数据报出前，先经过二级审核，操作人员确认无误后方可发送，上传至质量管理信息系统或者实验室信息管理系统，同时也可设置为自动上传模式。
85.s3：对样品进行散热后，回收至坩埚。
86.其中，检测工作流程高温设备产生的热量通过检测散热模块调节散热，保证两个检测区域的设备在相对恒温的环境，为岗位检验员和检测设备带来适宜的场所。
87.各设备及其电路系统送电后，系统、设备自检，实时自动诊断工序运行过程中设备状态和一些关键执行机构的状况。软件通过对过程数据的分析，判断检测过程是否异常，并对检测分析结果做出预判，向岗位检验员提出操作警示，反馈关键元部件(炉子、阀、泵、风扇等执行机构)的使用情况。
88.同时，为防止系统检测过程突然断电，造成检测结果不准确的后果。系统设计时，采用了检测控制设备和大功率设备分开供电的策略，检测控制设备电源由ups输出，大功率设备电源则不做处理。这样停电时，检测控制设备不会掉电(除机器人外)，可以保证系统的状态稳定性和可靠性。
89.本发明实施例提供的煤焦自动检测分析系统1及其控制方法的有益效果包括：
90.1.将检测设备分别设置在高温区和低温区，并采用耐高温隔热防爆墙12隔开隔开高温区与低温区，保证高温区的检测设备处于合适的温度环境，也避免高温区对低温区的检测设备造成影响，保证检测设备的工作性能，降低故障率，提高检测效率；
91.2.高温区和低温区各自配置机器人，提高各个区域内的自动化程度，提高检测效率，实现全过程的自动检测，无需人为干预，避免人为因素，可有效保证检测结果的真实性和准确性；
92.3.系统具有废气处理功能，将检测发热设备产生的废气燃烧加热后接入水处理系统与密封化学中和池，将废气中和，减少环境污染。
93.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。