专利名称：智能采样系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及火车煤、汽车煤全自动采样领域，尤其涉及一种多钻头的智能采样系统及其控制方法。
背景技术：
在需要使用、销售大量煤的行业中，例如火力发电厂、钢铁冶炼厂、煤矿、煤化工、热力厂等行业，需要用汽车、火车拉运大量的煤炭，对于煤质的管理与监督广泛使用采样机将煤从火车、汽车里采集出来，因而采样机又分为分为汽车采样机、火车采样机。被采集出来的煤样通过输煤皮带运送到指定位置，通过一级破碎缩分器，直接封装或者进入留样分矿机集样桶。一级破碎缩分器、留样分矿机是目前国内煤样采集通用的设备，实现煤炭采集样的破碎缩分收集功能。采样机所采样的代表性、随机性、科学性，直接影响火力发电厂、钢铁冶炼厂、煤矿、煤化工、热力厂经济效益与商誉。目前，国内外的汽车、火车采样机所采用的技术，存在以下的问题:1、采样机的可利用率低，单钻头部布局存在单点故障，钻头损坏则采样机不能继续使用；2、采样的代表性差，国内目前点采转头每钻采样量为3-8公斤，断面采钻头采样量为20-30公斤，采样量小，从而使得采样有选择性而带来的系统误差；3、目前单钻头采样机的效率低，目前单点采样需要的时间大约70秒，按照国家标准每车18点布点，随即抽取3点的管理要求，采集3点需要200秒左右。以汽车煤为主的电厂冬季大量进煤的时候，影响进煤接卸的效率，直接会降低电厂的储煤量，影响到安全生产。因而大多数电厂采取单点采样或者直接放行的管理办法来弥补采样机的效率；4、以火车煤为主的火力发电厂，火车有效接卸时间为6小时，这期间需要完成采样、接卸，东北地区、西北地区还要完成暖库解冻工作。以57个车皮编组为一列，采样时间最快需要3小时10分，余下的时间用接卸就很紧张。5、缩分器缩分比固定不可调节，车载净重量不同的车，经过缩分后会进入收集桶相同的数量，不能真正反应综合煤质，对煤质的影响比较大，带来系统误差；6、目前采样机布点比较机械，只能布置在固定线路上。比如采用摇臂式螺旋采样头，只能采取一弧形线路内的煤样，车厢其他位置的煤样无法采取，存在采样死角。7、常用的螺旋采样头为内装有垂直形螺旋的圆通，直径不小于250_。当螺旋采样头钻入煤中时其外壳不动，碰到煤中大块煤或矸石等压在管壁中间时，则无法继续下钻，被迫移位或将大块煤或矸石挤出采样区，从而使得采样有选择性而带来的系统误差。

发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高采样效率及采样的代表性和灵活性的智能采样系统及其控制方法。本发明的目的是这样实现的:所述智能采样系统包括桥、皮带机、破碎机、缩分器、送料口、控制器和η个大航车、η个小航车及η个采样头，其中η > 2。所有大航车都位于同一桥上，并沿桥移动；每个大航车带有I个小航车，小航车沿位于大航车上的轨道移动；每个小航车上载有I个采样头；缩分器包括变频器、拨匙，变频器与拨匙电连接；控制器包括:用于检测大航车、小航车、采样头状态的状态检测单元；用于获取采样点位置和车辆净载量的获取单元；用于确定投入使用的大航车、小航车及采样头的任务分配单元；用于分别控制大航车、小航车、采样头、皮带机、缩分器的变频器运动、破碎机运动的运动控制单元。控制器分别与皮带机、破碎机、大航车、小航车、采样头、变频器电连接。控制器控制同时投入使用的采样头数量并对采样头进行单独或联合控制，布点比较灵活，还可以对多个采样点同时抽取，提高采样效率；此外，当某个采样头出现故障时，其他采样头还可以继续使用，提高了采样机的可利用率。采样头还包括内钻和外钻，内钻与外钻可以相反方向转动。当采样头钻入煤中遇到大块煤或矸石时，外钻以某一方向旋转，顶住该煤或矸石，内钻则以相反方向继续下钻，穿透该煤或矸石进行取样，从而减少了因采样具有选择性带来的系统误差。大航车、小航车采用激光、电阻电缆等测距方式确保行驶精确度。采样机还包括缩分器，缩分器包含变频器及拨匙。变频器分别与控制器及拨匙电相连，控制器依据车辆净载量的不同，对变频器进行控制，从而调节缩分比，即通过拨匙进入收集桶的样品数量，从而更加真实地反映出综合煤质，减少系统误差。所有采样头采集的样品可通过同一条皮带进行传输，并使用同一个缩分器，简化了系统结构，节省生产成本。本发明的控制方法包括如下步骤:步骤1:控制器中的状态检测单元检测η个大航车、η个小航车及η个采样头状态，其中，η彡2 ；步骤2:控制器中的获取单元获取采样点的位置；步骤3:控制器中的任务分配单元确定投入使用的大航车、小航车及采样头；步骤4:控制器中的运动控制单元分别控制大航车、小航车及采样头移动，使各采样头从初始位置移动到采样点位置；步骤5:控制器中的运动控制单元分别控制采样头在采样点采集煤样；步骤6:控制器中的运动控制单元分别控制大航车、小航车及采样头移动到送料口上方并释放煤样；步骤7:控制器中的运动控制单元控制皮带机转动将煤样送至破碎机；步骤8:控制器中的运动控制单元控制破碎机对煤样进行粉碎；步骤9:控制器中的获取单元获取车辆净载量信息；步骤10:控制器中的运动控制单元根据车辆净载量调整变频器工作速率；步骤11:变频器控制拨匙抓取相应量的煤样至样桶中。

图1是本发明整体结构图；图2是本发明电气连接图；图3是采样头结构图；图4为本发明最佳实施例整体结构图。下面通过附图结合实施例对本发明所述结构做进一步详细说明。实施例1:
如图1所示，所述采样系统包括桥8、皮带机4、破碎机5、缩分器6、送料口 9、控制器7和η个大航车3、η个小航车2及η个采样头1，其中η > 2。所有大航车都位于同一桥上8，并沿桥8移动；每个大航车3带有I个小航车2，小航车2沿位于大航车3上的轨道移动；每个小航车2上载有I个采样头I ;缩分器6包括变频器10、拨匙11 ;送料口 9位于桥8下方，皮带机4位于送料口 9下方。破碎机5位于皮带机的一端，缩分器6位于破碎机5正下方。如图2所示，控制器7包括状态检测单元7.1、获取单元7.2、任务分配单元7.3、运动控制单元7.4，并与皮带机4、破碎机5、大航车3、小航车2、采样头1、变频器10电连接。采样机工作时，控制器7中的状态检测单元7.1对η个大航车3、η个小航车2、η个采样头I状态进行检测，其中，n ^ 2，确定其是否能够正常使用；获取单元7.2从外部获取采样点的位置、数量等信息以及车辆净载量信息；任务分配单元7.3根据状态检测单元
7.1的检测结果以及获取单元7.2确定的采样点数量确定投入使用的大航车3、小航车2及采样头I ;运动控制单元7.4接收来自任务分配单元7.3信号，对大航车3、小航车2、采样头I进行单独或联合控制以便采集样本，并将煤样通过送料口 9送至皮带机4，运动控制单元7.4控制皮带机4转动，将煤样送至破碎机5，运动控制单元7.4控制破碎机5运动对煤样进行粉碎，运动控制单元7.4根据来自获取单元7.2的净载量信息对缩分器的变频器10工作速率进行控制，从而调节缩分比，由于拨匙11与变频器10相连，由此控制拨匙11抓取至样桶中的煤样数量。由于多个大航车、小航车、采样头可以单独或联合控制，布点比较灵活，并可以对多个采样点同时抽取 ，提高采样效率；此外，当某个采样头出现故障时，其他采样头还可以继续使用，提高了采样机的可利用率。本系统中，通过拨匙进入样桶的煤样数量可以根据净载量进行控制，从而更加真实地反映出综合煤质，减少系统误差。大航车、小航车采用激光、电阻电缆等测距方式确保行驶精确度。如图3所示，采样头I还包括内钻和外钻，内钻与外钻可以相反方向转动。当采样头钻入煤中遇到大块煤或矸石时，外钻以某一方向旋转，顶住该煤或矸石，内钻则以相反方向继续下钻，穿透该煤或矸石进行取样，从而减少了因采样具有选择性带来的系统误差。所有采样头采集的样品可通过同一条皮带进行传输，并使用同一个缩分器，简化了系统结构，节省生产成本。实施例2:如图4所示，采样系统包括3个大航车3、3个小航车2及3个采样头I。大航车3沿桥8往复移动，小航车2通过大航车3的轨道，沿与桥8垂直的方向移动，采样头I固定在小航车2上，并可沿与大航车3及小航车2运动方向垂直的方向移动。送料口 9位于桥8下方，皮带机4位于送料口 9下方。破碎机5位于皮带机4的一端，缩分器6位于破碎机5正下方，缩分器6包括变频器10及拨匙11。控制器7包括用于检测大航车、小航车、采样头状态的状态检测单元7.1、用于获取采样点位置和车辆净载量的获取单元7.2、用于确定投入使用的大航车、小航车及采样头的任务分配单元7.3、用于分别控制大航车、小航车、采样头、皮带机、缩分器的变频器运动、破碎机运动的运动控制单元7.4，并与皮带机4、破碎机5、大航车3、小航车2、采样头1、变频器10电连接。
采样时，载煤车停在采样机下方，设置桥8中间位置为第一个大航车的初始位置，第二个大航车及第三个大航车的初始位置分别位于第一个大航车的两侧，且与第一个大航车之间的距离等于四分之一桥8长。控制器7中的状态检测单元检测3个大航车3、小航车2及采样头I的状态，并通过位置获取单元获取3个采样点的位置。当3个大航车3、3个小航车2及3个采样头I状态都正常时，确定3个大航车3、小航车2及采样头I状态都投入使用，控制器7的运动控制单元分别控制大航车沿桥8伸展的方向运动、控制小航车2沿大航车上的轨道运动，将采样头I分别移动至3个采样点位置，采集煤样后，控制器7的运动控制单元控制大航车、小航车2及采样头I移动到送料口9上方并释放煤样，煤样通过送料口 9下滑到皮带机4上，控制器7的运动控制单元控制皮带机4转动将煤样送至破碎机5，控制器7的运动控制单元控制粉碎机5对煤样进行粉碎，粉碎后的煤样进入缩分器6，控制器7中的信息获取单元获取车辆净载量信息，控制器7中的变频器控制单元根据车辆净载量控制缩分器6中变频器10工作速率，变频器10控制拨匙11抓取相应量的煤样至样桶中。当3个大航车3、3个小航车2及3个采样头I组成的3组设备中有I组的大航车、小航车或采样头检测异常时，确定另外两组完全正常的设备投入使用，控制器7的运动控制单元分别控制大航车沿桥8伸展的方向运动、控制小航车2沿大航车上的轨道运动，将采样头I分别移动至其中2个采样点位置，采集煤样后，控制器7的运动控制单元控制大航车3、小航车2及采样头I移动到送料口 9上方并释放煤样。再次检测前述使用的2个大航车3、2个小航车2及2个采样头I状态，确定其中一组完全正常的设备投入使用，控制器7的运动控制单元分别控制大航车沿桥8伸展的方向运动、控制小航车2沿大航车上的轨道运动，将采样头I移动至其中剩余的采样点位置，采集煤样后，控制器7的运动控制单元控制大航车、小航车2及采样头I移动到送料口 9上方并释放煤样。煤样通过送料口 9下滑到皮带机4上，控制器7的运动控制单元控制皮带机4转动将煤样送至破碎机5，控制器7的运动控制单元控制粉碎机5对煤样进行粉碎，粉碎后的煤样进入缩分器6，控制器7中的信息获取单元获取车辆净载量信息，控制器7中的变频器控制单元根据车辆净载量控制缩分器6中变频器10工作速率，变频器10控制拨匙11抓取相应量的煤样至样桶中。当3个大航车3、3个小航车2及3个采样头I组成的3组设备中有2组的大航车、小航车或采样头检测异常时，确定另外一组完全正常的设备投入使用，控制器7的运动控制单元分别控制大航车沿桥8伸展的方向运动、控制小航车2沿大航车上的轨道运动，将采样头I分别移动至第I个采样点位置，采集煤样后，控制器7的运动控制单元控制大航车、小航车2及采样头I移动到送料口 9上方并释放煤样。再次检测前述使用的大航车3、小航车2及采样头I状态，当状态正常时，控制器7的运动控制单元分别控制大航车沿桥8伸展的方向运动、控制小航车2沿大航车上的轨道运动，将采样头I移动至第2个采样点位置，采集煤样后，控制器7的运动控制单元控制大航车、小航车2及采样头I移动到送料口9上方并释放煤样。再次检测前述使用的大航车3、小航车2及采样头I状态，当状态正常时，控制器7的运动控制单元分别控制大航车沿桥8伸展的方向运动、控制小航车2沿大航车上的轨道运动，将采样头I移动至第3个采样点位置，采集煤样后，控制器7的运动控制单元控制大航车、小航车2及采样头I移动到送料口 9上方并释放煤样。煤样通过送料口 9下滑到皮带机4上，控制器7的运动控制单元控制皮带机4转动将煤样送至破碎机5，控制器7的运动控制单元控制粉碎机5对煤样进行粉碎，粉碎后的煤样进入缩分器6，控制器7中的信息获取单元获取车辆净载量信息，控制器7中的变频器控制单元根据车辆净载量控制缩分器6中变频器10工作速率，变频器10控制拨匙11抓取相应量的煤样至样桶中。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种智能采样系统及其控制方法，包括桥、皮带机、破碎机、缩分器、送料口，其特征在于所述采样机还包括控制器、η个大航车、η个小航车及η个采样头，其中η > 2 ; 所有大航车都位于同一桥上，并沿桥移动； 每个大航车带有I个小航车，小航车沿位于大航车上的轨道移动； 每个小航车上载有I个采样头； 缩分器包括变频器、拨匙，变频器与拨匙电连接； 控制器与皮带机、破碎机、大航车、小航车、采样头、缩分器中的变频器电连接。
2.根据权利要求1所述的智能采样系统，其特征在于，控制器包括用于检测大航车、小航车、采样头状态的状态检测单元；用于获取采样点位置和获取车辆净载量信息的获取单元；用于确定投入使用的大航车、小航车及采样头的任务分配单元；用于分别控制大航车、小航车、采样头、皮带机、缩分器的变频器、破碎机运动的运动控制单元。
3.根据权利要求1所述的智能采样系统，其特征在于，η= 3。
4.根据权利要求1所述的智能采样系统，其特征在于，采样头包括内钻和外钻，内钻与外钻可以相反方向转动。
5.一种权利要求1所述智能采样系统控制方法，包括下列步骤: 步骤1:控制器中的状态检测单元检测η个大航车、η个小航车及η个采样头状态，其中，η彡2 ; 步骤2:控制器中的获取单元获取采样点的位置； 步骤3:控制器中的任务分配单元确定投入使用的大航车、小航车及采样头； 步骤4:控制器中的运动控制单元分别控制大航车、小航车及采样头移动，使各采样头从初始位置移动到采样点位置； 步骤5:控制器中的运动控制单元分别控制采样头在采样点采集煤样； 步骤6:控制器中的运动控制单元分别控制大航车、小航车及采样头移动到送料口上方并释放煤样； 步骤7:控制器中的运动控制单元控制皮带机转动将煤样送至破碎机； 步骤8:控制器中的运动控制单元控制破碎机对煤样进行粉碎； 步骤9:控制器中的获取单元获取车辆净载量信息； 步骤10:控制器中的运动控制单元根据车辆净载量调整变频器工作速率； 步骤11:变频器控制拨匙抓取相应量的煤样至样桶中。
6.根据权利要求5所述的智能采样系统控制方法，还包括下列步骤: 当η = 3时，设置桥中间位置为第一辆大航车的初始位置，第二辆及第三辆大航车的初始位置分别位于第一辆大航车两侧。
7.根据权利要求6所述的智能采样系统控制方法，还包括下列步骤: 当η = 3时，设置桥中间位置为第一辆大航车的初始位置，第二辆及第三辆大航车的初始位置位于第一辆大航车两侧，且与第一辆大航车之间的距离等于四分之一桥长。
全文摘要
本发明涉及火车煤、汽车煤全自动采样领域，尤其涉及一种多钻头的智能采样系统及其控制方法，采样系统包括桥、皮带机、破碎机、缩分器、送料口、控制器、n个大航车、n个小航车及n个采样头，控制器7与皮带机4、破碎机5、大航车3、小航车2、采样头1、缩分器6中的变频器10电连接。通过对多钻头单独或联合控制，提高布点灵活性、采样效率和采样机的利用率。
文档编号G01N1/08GK103185675SQ20111046113
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者张顺林, 孙纳新, 李海锋, 毛军, 郝敬亚, 赵亚军 申请人:北京冶联科技有限公司