摘要:對煤炭自動制樣技術的發展歷程進行回顧和總結，并從系統布局、工藝流程及實際應用等方面對機器人智能制樣系統進行全面介紹。典型智能機器系統在感知、思維、效應方面全面模擬人并具有自動識別、判斷和規劃功能，可極大提高制樣工作效率、維護工人作業健康、滿足國標GB/T474和GB/T19494.2中精密度和偏倚要求、降低人為誤差的影響，其既可作為作業工具又能成為管理工具的智能化制樣設備。

　　關鍵詞:煤炭檢測;采制樣;智能機器人;自動制樣系統;精密度;偏倚要求

　　煤炭論文投稿刊物：煤炭科技為國內外公開出版發行的科技期刊，季刊，國際標準刊號ISSN1008-3731，國內統一刊號CN32-1491/TD，郵發代號28-175，現由徐州礦務集團有限公司和江蘇省煤炭學會、中國礦業大學共同主辦。期刊內容以煤炭行業先進實用技術為主，包括理論探索和科學研究。

　　0前言

　　煤炭為我國的主要能源，對其提出合理、精細化的使用要求可有效控制劣質煤的使用、減少煤炭排放帶來的大氣污染、維護空氣的純凈和人類的健康。煤炭的質量檢驗結果可幫助篩選出不同煤種的特征，使得煤炭的利用更為高效。煤炭的質量檢驗過程包括采樣、制樣和檢測3個環節[1]，每個環節的準確率均直接影響到整體煤炭質量結果，其中采樣和制樣環節的誤差分布占整體煤質檢驗誤差分布的96%[2-7]，所以有效管理采制樣環節為控制煤炭質量的關鍵所在。

　　近十年來，煤炭采樣環節逐漸已由原來的人工采樣轉變為機械化自動采樣，且已被行業內廣泛認可，并在煤炭行業內快速普及，而制樣環節也經歷了自動化的變革。全自動制樣技術已開始逐漸替代人工操作與各制樣環節工藝銜接的制樣方式，更由于電力行業自2012年起推行的燃料管理智能化、采制過程全自動作業，促使著全自動煤炭制樣系統高效、迅速發展。

　　1煤炭自動制樣技術的發展歷程

　　1.1煤炭聯合自動制樣設備

　　自1999年始，煤炭聯合自動制樣機相繼被推出，該類型設備采用簡單的自動控制模式，可將破碎、篩分和縮分組合成為整體，但也存在著設備體型龐大、出料粒度大(0mm~13mm)、縮分比例固定、不可調節、無防塵設施且在煤樣水分較大時經常不能正常開機工作等問題。

　　1.2多功能聯合制樣機

　　2002年后，具有自動截取全水分樣功能的多功能聯合制樣機組被陸續研制發明。該種聯合制樣機組結構緊湊，占地面積較小，可實現對煤樣破碎、縮分后制取化驗所需的煤樣樣品，還能夠自動截取全水分煤樣樣品，工作效率更高，人員工作強度降低。此類制樣機組還試圖解決含水較高的煤樣物料發生的黏連、堵塞等現象。2004年到2008年期間，一系列多功能聯合制樣機組被陸續推向市場，其各項制樣功能更加完善，制樣效率、制樣品質逐步提高，所研制產品逐步向環保型升級。此段時間推出的制樣機組，基本均包含簡單的自動清洗排棄裝置，全部密閉于密閉機體內。該種制樣系統大幅降低了制樣過程空氣中的粉塵密度。

　　1.3電腦控制聯動制樣系統

　　2009年前后，煤檢行業內陸續研發推出適用于各種礦石、煤炭制樣的電腦控制聯動制樣系統，基本實現了電腦控制實現作業制樣，對制樣機堵煤、零部件損害等簡單功能實現監督報警，較好地解決了因原煤樣水分大而產生的制樣堵料問題，從而提高制樣機實時制樣的效率。

　　1.4煤炭全自動制樣系統

　　煤檢、煤炭業界于2012年首次提出通過聯動制樣系統實現煤炭檢測樣品制備工作“無人值守”的理念。2013年前后，各研發單位開始研發無人值守煤樣自動制樣系統，此段時間研發的自動制樣系統基本包括控制單元、上料單元、破碎縮分單元、干燥單元、粉碎單元等。全自動煤炭制樣系統建立在傳統人工檢驗檢測模式基礎上，為了解決人工制樣條件惡劣、勞動強度大、自動化程度低等問題進而發展。其將傳統的、獨立的各個環節運用自動化的方式集成，實現成為1個可獨立、自動完成全部制樣工作的系統，可實現全水分煤樣制備、存查煤樣、一般分析煤樣制備及噴碼封裝一體化等過程和結果。

　　自動制樣系統對于保障煤炭樣品制備的規范性和樣品的代表性、安全性的功能逐步提高，可杜絕人為干擾、降低勞動強度及改善工作環境[1，2]。對于全自動煤炭制樣系統的實際應用來說，除了關注其實際制備的效率外，煤炭的水分適應性、系統防止煤樣的交叉污染能力以及在設備在制樣過程中無明顯生熱等均為關注的重點。目前已有的煤炭全自動制樣系統均可實現樣品的自動輸送、稱重、破碎、縮分和干燥等功能，但由于在空氣干燥、往復式切割縮分、樣品破碎、研磨等方面技術的局限性，無法兼顧在高制樣效率下達到國標對于制樣方法流程和制樣結果的要求[8-18]。

　　為從根本上消除人為因素所導致的煤炭質量糾紛，提升整體制樣精度和制樣效率，滿足用戶個性化的需求，自2017年前后國內開始自主研發、設計、生產機器人煤炭制樣系統。以LEON-SIASUNIPS3600機器人智能制樣系統為例，其可將先進的機器人技術、信息化技術和智能控制技術應用于煤炭制樣領域，彌補了目前普遍使用的人工制樣法的諸多不足，提升了傳統煤炭制樣工作的技術水平，實現正常連續制樣過程中無人操作、自動化程度高等要求，過程和結果完全符合國家標準要求。該系統布局緊湊，可根據用戶場地需求對各模塊設備進行相應調整，各模塊并聯設計，可同時多步驟同步進行，有效提升煤炭質量檢驗業務的效率和準確性，有助于煤炭貿易及使用中的質量管理控制。目前，該系統已經在河北滄州黃驊港煤炭第三方實驗室進行應用示范。

　　2機器人智能制樣系統

　　2.1系統組成及關鍵技術

　　LEON-SIASUNIPS3600煤炭機器人智能制樣系統主要由制樣前置處理單元、大樣處理單元自動對接系統、人工加料系統、入料系統、出料系統、機器人制樣單元和控制系統等系統單元組成，其中機器人制樣單元還包括破碎單元、研磨單元、縮分單元、烘干單元、恒溫恒濕單元以及智能灌裝單元。制樣單元的整體布局為圓形，實現了各功能模塊并聯運行、互不干擾，可實現多批次樣品同時制樣，極大提高了系統制樣效率，但相對獨立的各單元模塊可根據實際需要實現布局的多樣化，且各單元模塊檢修過程更方便，對客戶的個性化需求方面適應性更強。

　　2.1.1機器人系統

　　機器人智能制樣與線性生產線全自動制樣系統相比，由于采用機器人實現上下料、搬運，能夠有效防止煤樣交叉污染，實現多批次連續制樣，提高生產效率。同時機器人定位精度高，能夠適應惡劣的工作環境，穩定可靠，系統開放，適用多種應用開發。系統中選用六軸垂直多關節機器人，機器人最大負載50kg，滿足制樣最大負載使用要求及后續機器人智能制樣系統升級的要求，機器人最大工作半徑2150mm，各單體設備環形分布，滿足各單體設備入料、出料要求。重復定位精度±0.25mm，實現較高的定位精度，滿足制樣所需精度要求。

　　2.2主要性能指標

　　煤炭機器人智能制樣系統的各項指標、過程及結果均符合GB/T474、GB/T19494.2等國家標準、DL/T1339等電力行業標準和國際相關標準要求。該系統可實現≤13mm樣品的入料，入料質量范圍為20kg~120kg，單套機器人智能制樣系統連續制樣效率不低于36個/d，可按照自動設定的程序完成樣品的輸送、破碎、縮分、烘干和研磨等制樣過程，可自動進行稱重、裝瓶、寫碼和封裝。制樣流程可實現2份6mm全水分煤樣(≥1.25kg)、1份6mm存查煤樣(≥3.75kg)、2份3mm存查煤樣(≥850g)、2份0.2mm分析煤樣(≥80g)的樣品制備。整機性能試驗結果表明:全水分偏差不超過0.4%;灰分偏倚不超過0.2%;干基高位發熱量偏倚不超過50J/g，收到基低位發熱量偏倚不超過120J/g;整機制樣精密度核驗方差滿足V0PT=0.05PL2要求;6mm破碎機過篩率≥95%，3mm破碎機過篩粒度≥99%，0.2mm研磨機過篩粒度≥99%;系統的整體損失率不超過5%。

　　3結語

　　機器人智能制樣系統將目前先進的機器人和智能控制技術應用于煤炭檢驗檢測領域，可極大提高制樣工作效率、維護工人作業健康、滿足國標GB/T474和GB/T19494.2中精密度和偏倚要求、降低人為誤差的影響，是1種既可作為作業工具又能成為管理工具的智能化制樣設備，同時也是1項具有創造力和市場競爭力的產品和系統工程。

　　該系統的應用實踐推動了煤炭及煤檢行業的自動化和智能化進程，將傳統的煤炭檢驗與工業化和智能信息化深度融合發展，由勞動密集型向技術密集型產業轉型升級，通過智能機器人替代人工操作，提高了煤炭檢驗的準確率和效率以及煤炭檢測機構的運營效率，提升了我國煤炭相關領域的科技實力。在煤炭檢測，特別是商品煤質量檢測的采樣、制樣、化驗系統建設和整個過程管控工作中，智能化及標準化的機器人系統將成為未來大勢所趨的發展方向，具有廣闊的發展空間。