物联网全自动分样封装系统在样品封装中的应用

王 恺，张 波

(陕西省能源质量监督检验所，陕西 西安 710054)

在商品煤采制样过程中，为达到提高采制样工作效率、避免人为因素干扰等目的，商品煤供需双方都投入了大量资金，采取由机械化采制样机替代人工采样的方式完成采制样工作。到目前为止，各个厂家生产的采制样机，已经基本解决了对商品煤完成样品采取和在线制样等环节的工作，但是对样品分样留存后处理一直未能有效解决。绝大部分采制样机都只是将留存的样品暂存于分样机子样桶中，从机械化采制样机集样器内提取采集好的样品，然后运送到离线制样室，这是一个难以管控的过程，在此过程中很容易因环境因素或人为因素对样品产生干扰[1]。

1 采制样工作中样品收集、转运及机械封装存在的问题

1.1 人工收集和转运样品存在的问题

一般情况下，多数火力发电厂从机械化采制样机收集样品并转运工作流程都是按以下步骤进行的：采样机操作员完成对火车、汽车或胶带上样品的采集工作后，提取样桶、倒入样品袋、扎紧袋口、放入样品箱、放置信息条、锁紧样品箱，再运输至制样室。在此过程中将不可避免存在一些问题或不可控因素。

(1)为避免人为因素对样品的干扰，一般均采用在摄像头的监控下由采制样人员或管理员等进行人工取样，在采样过程中，当某一样桶装满或该样桶所需收集的样品已经收集完成，但采样工作继续进行时，该样桶内的样品因长时间放置，水分很容易发生损失，特别是在高温干燥的气候中，对样品质量影响很大[2]。另外，在收取样品时，需人工将集样器子样桶中的样品倾倒进转运样品所使用样品袋中，容易使样品在倾倒过程中产生损失，降低样品的代表性，加上操作过程中取样人员将直接接触到样品，极易发生人为因素对样品进行干扰的现象。

(2)样品在从采样现场到离线制样室转运过程中，未能处于完全密封状态，在高温、干燥天气时样品容易出现水分损失，同时样品转运过程中不能实时进行监控，难以确保样品质量不会发生变化；样品信息需要跟随样品转移，目前信息的载体多为纸质版，样品的识别亦是采用人工编号的方式居多，环节多、采用的方式不一、错误率较高、智能化程度较低，不论是在采样机中提取样品，还是在制样和化验过程中，样品的信息基本处于公开或半公开状态，为采制化等关键环节提供了人为操作可能性，很容易出现样品信息泄露的情况(比如几号样桶存放的是XX矿的样品)，因为样品信息基本都是手工填写或电脑手动输入，容易发生笔误的现象，给采制化工作带来不必要的麻烦。

1.2 机械喷码封装方式的弊端

除人工收集样品外，目前国内对采制样机工作完成后的样品自动封装收集有以下2种方式：单车样品自动喷码封装装置和整批样品自动喷码封装装置(2种喷码封装装置大多用于食品领域)，存在的弊端主要有以下2点。

(1)单车样品自动喷码封装装置，运行环境要求较高，需要配置较多的单机部件(如传送胶带机、包封机、喷码机等)，加上样品袋数量较多，耗材损失大，占用空间大，人力需求大，因此整体装置添置成本和使用成本明显偏高，样品转接流程较多，处理时间较长，扬尘现象比较明显，影响样品质量，容易发生样品相互污染的情况，导致样品失真。

(2)整批样品自动封装喷码装置，除运行环境要求较高，同样需要配置较多单机部件，占用空间大，虽然在耗材方面使用成本较单车样品自动封装喷码装置要低，但对包封机包装量的要求较大，总成本仍然很高，该装置中增配了底部出料的样品分样收集器，整套装置的故障点和故障率明显增高，运行过程中也同样会出现扬尘现象，容易发生样品相互污染的情况，影响样品的品质。

2 物联网全自动分样封装系统的原理

基于物联网技术的全自动分样封装系统是在“无人干预、自动操作”的管理思想指导下提出的一套完整样品管理系统。该系统基于先进的物联网技术，运用计算机网络技术、信息技术与通讯技术，以基础数据采集、自动釆样封装、射频卡样品属性信息智能读写以及二维码制样、化验三级编码体系、样品质量智能校核、自动生成结算单等防作弊的智能化信息系统为管控手段[3]，实现各个环节物物无缝关联。

(1)新一代物联网全自动分样封装系统，主要分为主控系统、射频卡管控系统和样桶封装系统三个部分。主控系统是整套装置的核心，它由控制程序、PLC可编程控制器以及其他多种电气元气件组成，系统采用上位机进行集中操控，达到操作简单明了、易学易懂的效果；射频卡管控部分主要负责读写各类信息，采用物联网与二维码技术将样品属性信息准确实时写入信息卡中，与样品一起自动封装[4]。采用信息分级解密方式，将样品各类信息在采样工作进行的同时，由射频卡读写器自动写入到子样桶上固定的射频卡中，使用读写器并输入密码后方可读取射频卡中的样品信息，使样品信息转换为物联网管理的模式，对其保密性进行有效控制，制样和化验人员在工作过程中仅能对物联网的样品信息进行有限度的读取，信息的全部解密最终只能由指定管理人员完成，使取样、转样、制样、化验等工作过程中，满足对煤样信息保密和物联网传输等方面要求。样桶封装系统如图1所示，自动封装热封技术和加强型复合膜(模拟奶茶热压封装)[5]的工作流程：拉模电动推杆将包装膜定量拉出→压膜电动推杆推出→压膜块将封口膜压合在子样桶桶口→热封器下压将封口膜与子样桶进行热封→切割环将封好的桶口膜切割断开→压膜推杆收回→压膜块和热封器复位→收膜卷筒旋转收回余膜，完成本次热封动作。

图1 样桶封装系统-结构示意

(2)物联网全自动分样封装系统如图2所示，独立配置的电控系统和上位机程序，设备的运行自成体系，不论在整体价格、现场位置要求、投运率等方面，还是运行成本、信息保密等都具有较为明显的优势，并可对燃煤物联网管理系统的实施提供支持，最大程度地避免环境因素、人为因素等对样品质量产生干扰的可能性。

图2 物联网全自动分样封装系统

3 物联网全自动分样封装系统的应用效果

物联网全自动分样封装系统在巴陵石化技术中心进行了试验应用，取得了良好的使用效果。

3.1 配置全自动分样封装系统前后封装效果对比

(1)配置全自动分样封装系统之前，巴陵石化技术中心通常采用人工操作采样机采样、用桶收集样品，样品装入敞口样品桶内。管理粗放，不存在封装环节，水分散失严重，样品核心信息容易泄露。

(2)配置全自动分样封装系统之后，从信息保密化处理、确保操作人员不直接接触到样品等方面着手，采用信息编码或读写卡处理，对样品直接进行封装，从机械化采制样机集样器内提取采集好的样品，然后运送到离线制样室的整个过程，得到了有效管控。表1为2种方式在收取样品时的明显区别。

表1 分样机封装系统配置前后对比

3.2 物联网全自动分样封装系统应用优势

(1)其对集样器中的子样桶采用了全自动封装的方式，在采制样机操作人员取样前，先启动设备完成对子样桶的自动封口，由取样人员完成取样工作；在取样人员取出样桶时，样桶就已处于完全密封的状态，消除了取样人员可直接接触到样品的现象，取样过程中最大限度地避免了环境因素和人为因素对样品质量的干扰。

(2)系统可减轻操作人员劳动强度和操作技巧，在样桶自动封装完成后，直接将样桶及所盛样品一同取出，送至离线制样室或化验室，省去人工将样桶中样品进行倾倒收集、装箱等工作，有效减轻取样人员的劳动强度，避免在人工取样过程中因操作不慎导致样品损失现象的发生，免去了对取样人员在收样时对其操作技巧方面的要求，仅需将空桶放置到位即可。

(3)当某矿的样品采集完成或某样桶装满后，不需等到全部采样工作完成，即可对该矿的存样桶或装满的样桶进行封装工作，避免了样品因长时间暴露在空气中而产生水分损失现象，对防止样品水分损失的效果尤为明显；在采制样完成后，样桶可全部进行封装，能有效避免样品在转运或倒装过程中，可能出现的水分损失或质量变化。

(4)相对于市场上原有的样品封装工艺设备，物联网全自动分样封装系统有效地精简了样品封装工艺的组成部件，大幅度降低了该工艺的使用成本和运行故障点，为使用方在初始资金投入和运行维护费用等方面节约了大量资金，对设备的正常使用提供了保障。对原有采样机的正常采制样工作不会产生任何不良影响；同时新系统可采用整体安装方式，仅对原采制样机的分样机进行简单的整体更换即可，现场改造量很小，安装过程方便快捷，现场安装时间仅需2～3 d，对用户正常生产运营所产生的影响较小。

4 结 语

物联网全自动分样封装系统采用了目前市场上最为精简的部件配置方式，达到在取样、转运过程中对环境因素和人为因素的有效控制，实现了煤样信息的物联网管理和保密性要求，大幅度地降低了设备整体运行的故障率，是解决机械化采制样工作中样品收集和转运所存在的问题及隐患的一种可靠方式，使用效果良好。