智能化煤質檢測集控系統可行性分析

杜洪偉

（國家能源集團神東專業化服務基地神東檢測中心煤質檢測室，陜西 榆林 719300）

1 神東煤質檢測現狀、特點及瓶頸

神東礦井分布范圍廣，煤種多、商品煤煤質檢測呈現出檢測批量大、煤種多、各檢測指標浮動區間寬等特點。

1.1 檢測流程人為參與過多，影響檢測數據客觀性

檢測流程從稱取樣品到干燥或灼燒樣品，再到干燥或灼燒后再次稱取樣品，得出檢測結果，審核檢測數據是否符合報出要求，大多都是通過人工操作處理的，而人的主觀意識、情緒、惰性等因素的存在對檢測精度有潛在的影響，嚴重的情況下會造成檢測結果失真，這與檢測數據必須客觀的要求相背離。

1.2 檢測設備一體化、智能化程度低

目前煤質檢測設備生產廠商在檢測設備更新換代過程中投入了不少精力，但多側重于研究單臺設備的自動化、智能化、對多項目集成智能檢測的一體化研究幾乎沒有投入。換句話說，我們使用的檢測設備自動化程度高，但縱觀整個檢測流程，人工攪拌煤樣、稱取煤樣、人工取送樣品，人工清洗器皿、人工審核數據這些環節都沒有做到智能一體化，對隨檢測樣品數量變化而相應進行改造的檢測單元的模塊化集成也沒有涉及。而且大量重復繁重的工序相應耗費的人工成本就高，不利于提質增效。

1.3 單臺設備檢測效率低

以灰分（Aad）檢測為例：

單臺馬弗爐尺寸：55cm*42cm*55cm,爐膛尺寸：45cm*22cm*14cm，每班可檢測煤樣6個，檢測效率低的原因主要有兩點：一是由于設備生產廠家基于大多實驗室檢測批量小，單臺設備即可達到檢測要求的考量，一直以來沒有考慮過研發大批量，大容量的單臺高效檢測設備來滿足特定客戶要求，而我們需要單臺處理能力達到50個煤樣以上，我們的需求正好屬于市場開發的短板；二是由于恒溫區控溫技術限制，單臺大批量的處理技術需要保持足夠大的恒溫區域，技術的突破和生產成本的大幅提高都是需要考慮的問題。

1.4 缺乏對關鍵作業點的流程監控

以灰分（Aad）檢測為例，檢測流程關鍵作業點如（表1）所示。

這些流程關鍵作業點是保證檢測質量客觀、公正的關鍵步驟和環節，也是人工操作最容易出現紕漏的地方，所以需要嚴格監控。

1.5 不利于質量體系的有效運行

實驗室質量體系的有效運行依靠人、機、環、管四個因素協調配合，相互促進，質量體系框架內的相關質量記錄和技術記錄內容的填寫是保證實驗過程做到可追溯的關鍵證據。所以設備的標準狀態、環境的標準管控、標準物質的使用情況，原始數據等都需要相對應的記錄。記錄的客觀與否直接關系質量體系的有效運行。要保證記錄客觀，就要減少人工填寫，將體系要求的記錄內容在集控系統中體現并將監控數據實時打印。

2 智能一體化煤質檢測集控系統的構成

2.1 構成圖（圖1）

2.2 系統主要功能介紹

智能一體化煤質檢測集控系統主要由流程集控系統、視頻監控系統、輔助傳送系統、輔助稱樣系統、設備集成系統、智能審核系統組成[1]。

表1

圖1

2.2.1 流程集控系統

流程集控系統是智能一體化煤質檢測集控系統的中樞，主要部件是中央控制監測系統、視頻監控系統、樣品輔助傳輸系統、檢測設備參數監控系統的連接。配備流程集控系統的目的是為了減少檢測過程人為參與，實時檢測控制設備設施關鍵環節、關鍵參數的即時狀態，為實現檢測過程追溯創造可回放的客觀真實條件，為規范實驗室質量體系運行提供可靠的，科學的基礎環境。

2.2.2 視頻監控系統

視頻監控系統主要設置在有人為操作的關鍵作業點，為了監督關鍵檢測環節人為操作主觀性的影響，輔助設置在對樣品粒度的符合性驗證環節以及監控可能影響檢測的其它因素，作為流程集控系統的輔助系統使用，也用于服務實驗室管理。

2.2.3 樣品輔助傳送系統

樣品輔助傳送系統將樣品粒度核驗、樣品機械攪拌與傳送設施一體化集成，有兩種方式：一種是機械輸送帶傳輸方式，一種是智能機器人輔助傳送方式，前者要求系統各組成部分位置固定，一體化程度高，系統協調性高，但這種布局方式在實驗室設計之初就需要進行考慮；后者對各組成部分位置不需固定，比較靈活，一體化程度不高，且系統之間協調性不高，但對實驗室用地要求沒有前者那樣苛刻，根據我們目前的實際情況，只能選擇后者。

2.2.4 輔助稱樣系統

輔助稱樣系統較與人工稱樣在設計方面有很大的改進，既可以提高稱樣效率，縮短時間；又減少人為因素對稱樣的干擾。改進的方式主要是機械輔助。由于天平穩定性以及要求稱取質量的精度限制，這一環節完全摒棄人工目前還很難做到，但確保人力不直接接觸樣品的單一目的還是能達到的，這也是開發這一系統的主要目的。

2.2.5 設備集控系統

智能一體化煤質檢測集控系統由于采取關鍵點集成控制技術，所以必須對目前所使用的檢測設備進行大幅度的集成化模塊化改造，改造要求側重于以下幾個方面：設備集成模塊化；集成電路遠程控制化；輔助傳送系統和檢測設備兼容性改造；樣品編碼與器皿編號對應識別系統改造。

此外，樣品粒度核驗、樣品攪拌系統的技術性研發都需要在智能一體化煤質檢測集控系統中統一研發配置。

2.2.6 智能審核系統

智能審核系統是在神東檢測中心煤質檢測室在多年應用煤質數據庫系統以及數據采集系統的基礎上提出的，旨在對檢測數據人工審核呈現出的弊端所進行的升級創新[2]。通過對某一礦井，某一煤種，某一檢測項目多年積累的檢測數據進行統計分析，建立統計模型，確定某一時段內符合自身要求的置信區間來對當天檢測數據進行篩選判別，并對異常數據進行異常原因分析，分析結果反饋給審核人員，最大程度保證檢測數據的客觀、規范、準確、高效，為指導礦井生產、洗選參數配置、商品煤銷售定價、煤種指標決策提供最有利可靠的數理依據。

3 智能化煤質檢測集控系統的優勢

3.1 可較大幅度減少檢測流程人工參與，確保檢測數據客觀、規范

使用該系統后，主要關鍵環節可實現無人參與或實時監控，以灰分（Aad）檢測為例，如表2所示。

使用智能一體化煤質檢測集控系統前后關鍵作業點對比表：

表2

3.2 檢測關鍵環節點智能監控，保證作業流程符合國標要求

作業流程的計算機程序寫入，各節點相對應參數的鑒定判斷是根據各檢測項目相對應的國家標準檢測方法制定的，即整個檢測過程嚴格按檢測方法國家標準設計，符合國標要求。

3.3 設備及設施故障及時發現，及時排除

由于流程集控系統的設計會對寫入的關鍵參數進行自動判斷、提示或報警，所以故障設備或設施、故障部位、故障排除方法在中央集控系統顯示屏上都會自動檢測并顯示，所以能做到在第一時間及時發現設備或設施故障、制定相應措施排除故障。

3.4 減少檢測耗時

整個系統提高工效的兩個關鍵：一是稱樣方法上的改進可以大幅降低檢測耗時，二是檢測流程上的改進可以大幅降低檢測耗時，以全水份（Mt）檢測干燥環節為例，在不影響干燥機理的前提下，如果提高干燥溫度即從國標規定的105～110℃提高到145℃，在使用智能一體化煤質檢測集控系統得出的大量實驗數據證明檢測數據無出入或出入很小可忽略不計，但檢測用時卻節省了1.5h，那么我們通過實驗數據得出檢測流程的改進方法，通過改動溫度檢測參數即可達到提高效率的最終目的。

3.5 檢測數據智能審核，智能分析，科學指導生產，服務決策

檢測數據的客觀性得到了顯著提高，大量檢測數據所呈現出來的統計規律為科學指導生產打下了扎實的理論基礎。以發現數據之間存在的客觀規律，判斷檢測數據的異常并給出可能原因，以達到智能審核的目的。這既提高了審核效率、避免了人為主觀傾向所帶來的弊端，也可為礦井、選煤礦調節生產參數、決策生產煤種，為商品煤以質計價提供直接依據。

4 結語

智能化煤質檢測集控系統從降低人工成本、節省檢測設備的消耗都起到了很大的成本節約。同時大量精準的檢測數據，為礦井生產決策、洗選參數調整、商品煤以質計價提供了最有利的直接依據，也為企業發展決策起到了決定性作用。對于提升神東商品煤品牌價值來說起到了推波助瀾的作用，更有助于樹立神東煤品牌形象。