原料汽车采样远程自动控制系统的设计与应用

智能制造与设计
今 日 自 动 化
Intelligent manufacturing and Design
Automation Today
2021.2 今日自动化 ｜ 75
2021年第2期
2021 No.2
1 概述
福建三钢闽光股份公司原先的原料汽车采样设备采用手工操作，但此种方式仍然是现场操作，过程仍受人为因素的影响。

作
为大型的钢铁冶金企业，其每年进厂原料采购金额庞大，原料检验系统直接关系到企业的经济效益。

通过建立采样集中操控中心系统，充分整合汽车采样机，利用自动化控制技术、网络技术等技术，在采样集中控制中心构建完善的远程可操控采样管理系统，自动完成或辅助采样员完成采样任务。

实现汽车进出厂物料的自动采样、封装与密码标识功能，达到采样点无人化操作。

既提高采样作业率，又能很好地实现采样人员与所采物料完全的物理隔离，杜绝人为因素的影响。

从根本上堵塞原料检验管理漏洞，规范了检测工作管理，提高了企业的经济效益。

2 系统架构
设立集中操控中心，将集中操控中心与采样机通过网络系统及视频系统进行信息互通，实现集中操控中心接收MES 系统采样委托，核对采样信息，远程发送自动或手动采样指令，接收采样机采样信息，并将结果返回MES 、ERP 系统，如图1所示。

3 流程设计
（1）当待采车辆进入待采区域后，挡车栏杆放下，红灯亮。

采样系统自动读取集中操控中心的车号信息，同时车号识别系统自动识别出车辆号，系统将RFID 识别信息与车号识别系统识别出的车号相比对。

如有错误向集控中心报警，同时上传RFID 信息和摄像头车号识别信息，集控中心进行远程人工确认车号。

（2）车号确认后读取系统内的车辆取样委托及车辆信息，通过司机自助操作机进行信息显示。

如信息有误，司机可通过远程语音对讲系统通知远程控制中心修改。

司机确认相关信息无误后，点击采样机启动键，车厢定位系统自动启动。

（3）系统自动检测车厢位置及相关参数（包括车厢的长、宽、高和车底高），并自动将检测到的数据传递至集中操控中心。

集中
操控中心通过自动随机或手动指定采样坐标，采样机接收到集中操控中心发送的采样坐标指令，自动转化为采样机采样点位指令，采样机控制系统按先后顺序采取每个点位的样品，如图2所示。

（4）采样结束后，系统完整记录该车的采样情况、接收的采样指令、采样点三维坐标及采样后图片、采样方式等，上传到集中操控中心。

系统通过网络语音通知车辆离场，挡车器自动升起栏杆，绿灯亮，对已采样的车辆放行。

（5）采集到的样品自动进行打包，并将打包样信息发送至集中操控中心，由集中操控中心完成组批并将生产样送制样室。

4 硬件结构设计与实现
4.1 车牌IC 卡读取技术
进厂车辆在进厂门岗登记后，车辆信息植入并固化在电子标签IC 卡内，厂内网络传递通用。

取样车到达取样区，现场读卡器自动扫描取样车辆IC 卡，识别系统自动匹配验配系统车辆信息。

［摘 要］为了提高进厂原料取样过程中的风险防控，杜绝人为因素对原料质量的影响，提出利用现有的取样模型为基础，对现有的原料
取样点， 采取现场无人值守， 远程集中智能自动取样、封装，使原料取样透明化、集中化、远程化、智能化。

实现采样人员与所采物料完全的物理隔离，杜绝人为因素的影响，消除了管理盲区，规范了检测工作管理。

［关键词］自动取样；
远程监控；实时交互［中图分类号］TP273 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2021）02–0075–03
Design and Application of Remote Automatic Control System
for Raw Material Vehicle Sampling
Wang Zhang-xun
［Abstract ］In order to improve the risk prevention and control in the process of raw material sampling, and eliminate the influence of human
factors on the quality of raw materials, this paper proposes to use the existing sampling model as the basis, and adopt the on-site unattended, remote centralized intelligent automatic sampling and packaging for the existing raw material sampling points, so as to make the raw material sampling transparent, centralized, remote and intelligent. The physical isolation between the sampling personnel and the collected materials is realized, the influence of human factors is eliminated, the blind area of management is eliminated, and the detection management is standardized.
［Keywords ］automatic sampling ；
remote monitoring ；real-time interaction 原料汽车采样远程自动控制系统的设计与应用
王章循
（福建三钢闽光股份公司，福建三明 365000）
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图1 整体架构图
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2021年第2期
2021 No.2
通过信息识别与智能对接，车辆信息将保存到取样系统服务器中，形成完整的一条取样信息，内容包含检验批号、车牌号、供应商信息、品种、是否取样等内容，有效地遏制了套牌车辆进入厂区。

4.2 采样机构
整机采样的全部工作过程采用计算机程序控制。

操作者在操作室及集中控制中心内通过目视或观察计算机摸拟显示及工业电视监视器，均可随时了解设备的工作状态和采样头的位置，做出决定更换控制模式或实行手动控制。

4.2.1　自动取样装置
本自动取样装置采用桥式取样装置，分别由采样大车、采样小车、螺旋钻采样机、动力站、分电器控制系统组成。

螺旋钻采样机、动力站安装在采样小车上，采样小车可在桥式采样大车上左右移动（Y 方向），采样大车可沿着轨道前后移动（X 轴方向），螺旋钻采样机可在采样小车上上下移动（Z 轴方向）。

当控制人员通过摄像系统指定取样位置后，采样大车、采样小车在PLC 指令控制下自动运行到指定位置，螺旋钻采样机自动向下钻取样品。

自动采样模式分为全断面采样和点式采样，可根据实际需要自主设定，系统进入全断面采样模式时，采样头按照随机生成的点位或集控中心指令的点位从车厢表面向下开始采样，采样深度可系统自动设定或由用户自行设定。

全断面采样时，系统默认自动采到车厢底部，触底反弹。

系统按照设定的点位全部采集完成后，大小车自动回归原点卸料。

系统进入点采模式时，采样头按照随机生成的点位或集控中心指令的点位进行点采。

该点位的样品料进入收集斗内，大小车自动回原点，收集斗卸料。

4.2.2　采样装置
由驱动电机、减速传动箱、钻杆、采样头组成。

电机固定在减速传动箱上，采样头为螺旋切割钻取式，由采样筒（圆周切割
器）、螺旋提升器及钻头组成。

螺旋取样器的叶片由不锈钢制成，其中钻头采用的是硬质合金。

采样杆具备初次破碎、缩分功能，采样过程能用采样物料自动清洗采样杆，无积料。

系统开始采样时，螺旋驱动装置驱动采样头旋转，齿条升降系统带动螺旋采样系统下降，采样钻头头部设有钻刃，能对大块物料、物料冻块进行切削破碎采样。

螺旋采样头直径为108 mm ，保证大粒度的料样也能被采集到。

全断面采样时，采样头采集的样品料在采样杆的顶部缩分，缩分出的样品料进入样品收集斗，缩分剩余的样品直接返回车厢。

点采时采样头从车厢表面开始向下钻取，此时收集斗料门自动打开，样品料全部返回车厢，当采样头钻取到设定的点位高度时，收集斗料门自动关闭，该点位的样品料进入收集斗内。

4.3 缩分、打包机构
采样完毕，收集斗的物料自动卸入初级转运皮带机。

经初级转运皮带机转运至初级制样皮带机，再经安装在初级制样皮带机上的布料器均匀铺摊后，缓慢均匀经过旋转式缩分器进行缩分，缩分出的物料进入子样称重斗。

子样称重斗精确称量出物料（≤4 kg ），并自动卸料，物料进入底开式集样器内。

缩分剩余的样品进入混匀布料机内，混匀布料器将样品料自动混匀铺摊，铺摊好的物料进入可逆皮带机。

可逆皮带机正向运行，物料进入包装称重料斗内，当包装前称重料斗内的样品量达到设定重量时，可逆皮带机停止正向运行，反向启动将包装剩余的物料返排至弃料仓。

包装前称重料斗自动卸料，物料进入袋式包装机内，袋式包装机将样品自动封袋并通过激光打码机自动打码，包装打码后的样品袋通过样袋输送小皮带转运至样袋储存室
4.4 车型测量装置
对首次进厂的车辆，可准确测量出车厢的长度、宽度和高度参数，并自动记录在系统中。

测量方式采用超声波测量。

车辆长度方向检测开关安装在大车上，宽度、高度方向安装在小车上，测量方法为通过大小车移动扫描检测数据，检测时车辆停稳，司机自动按钮启动开始检测。

4.5 视频监控装置
为实现远程采样操作，在现场关键设备安装了高清监控摄像头，实时监控现场采样过程、打包封装、设备运行状态等各工序情况，达到全流程全工序无死角监控，并且运用图像处理技术将取样截面图像加入智能操控系统界面，实时保存采样点坐标。

5 功能特点
①融智能多元化为一体，简化流程，完成一个环节自动转入下一个环节，减少了人工干预。

②技术含量高，融合音视频流处理、远程控制PLC 、网络数据库等多种技术。

③系统使用方便，数据管理严谨，分析准确。

6 结束语
系统开发建设了一套智能化网络远程采样系统，融合现有计量数据，实现计量质量数据的一体化，提供了方便、快捷、安全的信息数据处理手段。

实现了采样人员与所采物料完全的物理隔离，杜绝人为因素的影响，在根本上堵塞原料检验漏洞，达到廉洁从业的目的。

并保证了样品具有真实性和代表性，为生产过程质量控制提供了保障。

满足生产单位管理生产和对质量数据信息需求，提高了管理水平、生产效率和经济利润。

参考文献
[1] 焦宏伟，高卓成，李德，等.原燃料远程采样技术与计量一体化
系统开发与应用[C].山东省金属学会理化检验学术委员会理化检验学术交流会，
2009.
图2
业务流程图。