賀禮，喻清華，王皓

（湖南中南智能裝備有限公司，湖南，長沙，410000）

20 世紀(jì)90 年代末期，國內(nèi)煤炭分選技術(shù)還處于原始狀態(tài)，其主要工作基本依賴人工操作的方式進(jìn)行。受勞動強(qiáng)度大、作業(yè)時(shí)間長、人為參與多、環(huán)境和樣品污染嚴(yán)重、過程管控難等因素的影響，樣品的代表性、真實(shí)性難以保證。2000 年，隨著國內(nèi)外煤炭生產(chǎn)、加工利用和貿(mào)易的發(fā)展，各種有利于煤炭分選管理并能滿足自動化、信息化、智能化的機(jī)械設(shè)備越來越受到社會的關(guān)注，同時(shí)，也對這些設(shè)備系統(tǒng)提出了更高效化、更智能化的要求。運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在煤炭樣品分選領(lǐng)域，極大地控制了勞動強(qiáng)度、杜絕了人為參與的影響、避免了環(huán)境和樣品的污染、節(jié)約了人力成本、提高了效能管控。

1 工業(yè)機(jī)器人分選技術(shù)與應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人分選技術(shù)以機(jī)器人為核心，綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、電子工程技術(shù)、信息傳感技術(shù)、控制理論、機(jī)構(gòu)學(xué)、人工智能學(xué)、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。運(yùn)用工業(yè)4.0 創(chuàng)新技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在智能系統(tǒng)的控制下，采用多關(guān)節(jié)機(jī)械手和多自由度的機(jī)械裝置完美替代人工在分選區(qū)域進(jìn)行作業(yè)。特別適用于煤炭采樣和制樣環(huán)節(jié)的樣品分選工作，并形成了一套獨(dú)立的、系統(tǒng)性的智能化產(chǎn)品。

起初，人工和機(jī)械采樣最終的留樣通過樣桶封裝后，通過人工搬運(yùn)和電動三輪車運(yùn)輸相結(jié)合的方式將樣品運(yùn)送至制樣設(shè)備進(jìn)行制樣。本分選技術(shù)自動實(shí)現(xiàn)從汽車、火車、皮帶采樣機(jī)經(jīng)破碎、縮分最終獲得的留樣通過皮帶輸送的方式進(jìn)入到分選區(qū)域內(nèi)，采用特制不銹鋼煤樣桶進(jìn)行煤樣收集，動態(tài)稱重，讀寫碼、自動封裝、自動歸批，自動分選，自動卸料至制樣設(shè)備進(jìn)行樣品的制備。其布置模型如圖1。

圖1

2 工業(yè)機(jī)器人分選工藝流程

用于本系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人分選技術(shù)可靈活滿足機(jī)械采樣機(jī)和人工采樣獲得的留樣進(jìn)行分選，可依據(jù)礦點(diǎn)、批次、車種、煤種、粒度、水分、熱值等對采取的留樣進(jìn)行歸批分選以適應(yīng)制樣設(shè)備。其機(jī)械采樣和人工采樣留樣歸批、分選、清洗作業(yè)流程如下：

機(jī)械采樣歸批作業(yè)流程：機(jī)器人隨機(jī)調(diào)取清洗備用的樣桶→進(jìn)入皮帶機(jī)下方工位→機(jī)器人取蓋歸位→樣桶密封→RFID 讀碼裝置識別芯片→煤樣收集→動態(tài)稱重→達(dá)到樣桶容量后寫碼→信息上傳服務(wù)器→機(jī)器人取桶蓋封桶→機(jī)器人調(diào)取樣桶歸批到滿桶工位。

人工采樣歸批作業(yè)流程：人工將樣桶放入人工稱重工位→稱重→RFID 讀碼裝置識別芯片→樣桶寫碼→信息上傳服務(wù)器→機(jī)器人調(diào)取樣桶歸批到滿桶工位。

機(jī)器人分選作業(yè)流程：上級系統(tǒng)指令→機(jī)器人進(jìn)入滿桶工位進(jìn)行取桶→編碼識別→機(jī)器人將樣桶調(diào)入自動卸料工位→機(jī)器人取蓋歸位→樣桶自動卸料→皮帶輸送機(jī)→制樣設(shè)備。

樣桶清洗作業(yè)流程：樣桶自動卸料完成→機(jī)器人取蓋封桶→機(jī)器人將空桶送至空桶傳送機(jī)→傳送空桶至清洗區(qū)域→空桶清洗→空桶烘干→送至空桶傳送機(jī)→機(jī)器人空桶接收位→機(jī)器人將空桶歸位。

3 工業(yè)機(jī)器人分選技術(shù)系統(tǒng)要求及參數(shù)

機(jī)器人分選系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)來自機(jī)械采樣機(jī)和人工采取的煤樣進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)、裝通、稱重、開蓋、封蓋、讀寫碼、存儲、歸批、分選、清洗、烘干等功能，能夠依據(jù)所存煤樣按照礦點(diǎn)、批次、車種、煤種、粒度、水分、熱值信息原則將煤樣進(jìn)行分選后將煤樣倒入下一級制樣設(shè)備進(jìn)行制樣。

所有裝桶、稱重、開蓋、封蓋、讀寫碼、樣桶存取、樣桶轉(zhuǎn)運(yùn)、倒桶等所有工作均由機(jī)器人完成。所有樣桶存放在機(jī)器人外圍的地面鋼架上并具有定位功能，環(huán)形布置，數(shù)量可依據(jù)使用現(xiàn)場進(jìn)行定制。樣桶采用不銹鋼304 及以上材質(zhì)，厚度不小于1.2mm，形狀為圓形，樣桶底部設(shè)有RFID 電子芯片，芯片可采用中高頻和超高頻芯片，其工作頻率為：中高頻工作頻率：13.56MHz，支持協(xié)議：ISO14443A；超高頻頻率定為862（902）～928MHz，支持協(xié)議ISO18000-6C，芯片可重復(fù)擦寫，讀寫過程中無密碼認(rèn)證。

上級采樣機(jī)留樣皮帶機(jī)是連接機(jī)械采樣機(jī)和機(jī)器人分選系統(tǒng)的輸送設(shè)備，包括接料斗、卸料斗、桶口密封裝置，均采用不銹鋼304 及以上材質(zhì)，厚度不小于1mm。樣桶接料時(shí)不灑煤、不漏煤，具有灑煤回收裝置，皮帶具有觀察窗口，運(yùn)行時(shí)不跑偏、不粘煤、不堵煤、不揚(yáng)塵。

在線稱重和人工離線稱重裝置最大稱重不低于50kg，底部電子標(biāo)簽讀寫碼裝置讀寫成功率為100%。具有空桶出入工位，能將卸料完成的樣桶送入該工位通過傳送機(jī)送入空桶清洗區(qū)域進(jìn)行清洗和烘干，并將烘干完成的空桶回傳至出入工位，由機(jī)器人將空桶進(jìn)行歸位。

工業(yè)機(jī)器人可選用ABB、Fanuc、KUKA、等品牌，機(jī)器人臂展不小于6m，能夠承載不小于30kg 的樣桶和機(jī)械夾具。

工業(yè)機(jī)器人分選系統(tǒng)可以與上級采樣系統(tǒng)、管控系統(tǒng)，下級制樣系統(tǒng)等進(jìn)行連鎖運(yùn)行也可獨(dú)立運(yùn)行，可與各系統(tǒng)進(jìn)行信息互傳和共享并上傳至管控中心，可接受上級管控系統(tǒng)的指令運(yùn)行。工業(yè)機(jī)器人分選系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如表1。

表1

4 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用特點(diǎn)

具有滿足120kg 負(fù)載能力和50kg 附加臂負(fù)載能力，最長可滿足3195mm 的工作范圍，對于特殊性極高的要求，也能應(yīng)對自如。

替代人工轉(zhuǎn)運(yùn)；能迅速提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，減少人工搬運(yùn)造成的出錯(cuò)?？扇旌蛱娲斯ぷ鳂I(yè)，節(jié)約大量人力資源成本，以機(jī)器換人，達(dá)到減員增效。

具有空心軸腕部，用于電氣、氣動管線敷設(shè)于內(nèi)部，節(jié)省空間。修長、輕巧和緊湊的結(jié)構(gòu)形式確保了較小的干擾輪廓和最佳的抓爪能力；底座纖細(xì)，安裝面積小，適合在狹窄的空間有效使用；具有無與倫比的功率密度，可以實(shí)現(xiàn)更高的動態(tài)性能、更短的作業(yè)周期和更多的產(chǎn)量；全部控制通過觸摸屏，操作簡單。

專為高標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)而設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，易保養(yǎng)，維修成本低；憑借其力量和動能可毫無問題地執(zhí)行多個(gè)作業(yè)任務(wù)。

5 機(jī)器人分選系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)圖

機(jī)器人分選系統(tǒng)以機(jī)器人為中心，采用發(fā)散式的整體布局方式，可有效依據(jù)現(xiàn)有場地的實(shí)際面積或空間進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)和規(guī)劃。因機(jī)器人具有多維度空間的轉(zhuǎn)運(yùn)優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)平鋪式、立體空間式或兩者相結(jié)合的方式進(jìn)行布局。系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考規(guī)劃布局如圖2。

圖2

機(jī)器人分選系統(tǒng)在燃料智能化項(xiàng)目中整體規(guī)劃參考圖如圖3。

6 應(yīng)用效果分析

實(shí)現(xiàn)了企業(yè)安全、信息、經(jīng)濟(jì)效益三大提升：

在安全管理方面，突破傳統(tǒng)人工轉(zhuǎn)運(yùn)，開創(chuàng)了煤炭樣品分選自動化技術(shù)，完美呈現(xiàn)人與樣品安全分離；從原始基礎(chǔ)的手工作業(yè)，轉(zhuǎn)變?yōu)槿悄軝C(jī)器人控制作業(yè)，充分展現(xiàn)了人與信息的人性化隔離；科學(xué)有效地解決了原料儲存、分選、轉(zhuǎn)運(yùn)各環(huán)節(jié)中存在的人為因素。

圖3

在信息管理方面，由分級傳遞管理，提升至管控全覆蓋。形成了實(shí)時(shí)有效的管理機(jī)制，確保了數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)追溯，規(guī)范了生產(chǎn)管理的過程控制，準(zhǔn)確掌握了樣品管理環(huán)節(jié)至關(guān)重要的信息，為商業(yè)結(jié)算及企業(yè)運(yùn)營提供可靠依據(jù)。

在經(jīng)濟(jì)效益方面，由人工作業(yè)實(shí)現(xiàn)為自動化作業(yè)，降低了企業(yè)管理工作強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，提升了全員工作效率，降低了人工成本；由人工動態(tài)作業(yè)升級至智能機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，提升了精細(xì)化管理，減少了人為參與因素，杜絕了經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到了企業(yè)節(jié)能增效的管理要求。

機(jī)器人分選系統(tǒng)為燃料智能化項(xiàng)目整體解決方案開辟了新的管理思路，為企業(yè)把控了經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)，鞏固了安全保障，優(yōu)化了運(yùn)營成本。

7 結(jié)語

機(jī)器人在煤炭樣品分選中的應(yīng)用有效實(shí)現(xiàn)了燃料智能化項(xiàng)目全過程的連續(xù)化、自動化、智能化，減輕了勞動強(qiáng)度，提供了工作效率，完全避免了人為誤差和錯(cuò)誤。

機(jī)器人分選目前已形成完整的運(yùn)行系統(tǒng)，可與上下級系統(tǒng)連鎖運(yùn)行，也可獨(dú)立運(yùn)行。將可在煤炭、電力、鋼鐵、有色、化工、礦業(yè)等行業(yè)內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用，所以既可以作為作業(yè)工具，又可以作為管理工具的機(jī)器人分選系統(tǒng)，將會受到市場的歡迎。