CN105891524A - 一种传送带样品自动化取样及多元素检测的***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种针对粉状固体物料传送带，进行物料自动取样、送样及元素含量检测的技术，涉及固体废弃物综合利用、化学分析、工业自动化控制技术领域。本发明是以X荧光技术及工业自动控制技术、机器人技术为基础，以设计的PLC控制***为核心，通过对机器臂的精确控制与定位，从传送带上采集所需样品，并进行简单处理后送至X荧光发射器位置；然后PLC控制X荧光发射及探测器开始测试，并读取测试结果。同现有技术相比，本发明方法具有适应面广、多元素同时检测且测试时间短、全自动无人值守等优点，可用于钢铁冶金、有色冶金、能源生产、煤化工等行业。

Description

一种传送带样品自动化取样及多元素检测的***与方法

技术领域

本发明属于冶金、能源等领域，涉及环境监测、资源综合利用、化学元素快速分析及工业自动控制等技术领域。

背景技术

重金属污染是当前环境保护工作面临的重大问题，由于重金属广泛分布于各类矿物中，且含量较低，一般为ppm甚至ppb级别，其监测存在很大难度。此外，重金属一旦排入环境，特别是排入水和大气，其影响难以通过治理而得到有效控制，因此，为实现重金属污染的有效控制，必须针对企业生产过程，特别是工业固废利用企业，开展重金属的源头检测工作，从生产源头防范重金属的污染风险。但当前企业的DCS***只负责监控生产过程主要节点的物料输入输出量及主要操作参数，且不同企业的DCS***互不兼容，无法实现数据的共享。而企业针对环保要求所建立的污染在线监控***，仅监控废水排放口中的COD、氨氮，废气排放口中的粉尘、SO₂等指标；针对固废排放多以离线监控其中重污染组份为主；难以满足重金属快速实时检测的需求。因此，围绕我国西部地区代表性工业固废资源，如粉煤灰、电石渣等，开发物质流多元素快速检测技术及装备，是针对以矿物资源及固体废弃物资源化利用为核心的产业，建立重金属检测监控体系，实现重金属污染风险源头预警的迫切需求，目前国内外尚无成熟技术可供使用。

发明内容

本发明目的是针对物质流多元素快速检测技术的缺失，提供一种粉末固相样品的多元素快速检测方法，并自动监测传送带等上料***状态，并全自动取样测试。

本发明由取料装置，送样装置，多元素测试***，防护及PLC实时控制***，工业控制***等部件构成。

1、取料装置

取料装置负责从传送带上采集粉末样品，取样器包含取样勺、鼓风***、吹扫***、刮平***、速度传感***等。每次取样容量不少于200ml，取样时间10s以内。

2、送样装置

送样***负责将采得的样品从传送带送到XRF荧光仪检测仓，并在检测完成后，将样品送回传送带。送样装置采用导轨传送的方式，含配装保护器，可调节传送目标位置。送样速度控制范围为0.015m/s～0.3m/s。

3、多元素测试***

利用X荧光技术，通过控制电路，控制X荧光仪自动开始检测；利用定时器控制测试时间，测试时间 可自由调节。X荧光仪需进行防尘保护，防尘阀门测试开始前打开，测试结束时自动关闭。

4、防护及PLC控制装置

防护及控制装置负责各部件动作保护，防尘以及动作指令的控制。PLC控制***负责根据现场控制提醒，直接控制多元素检测设备的运行，控制X荧光仪的运行，检查设备运行状态，并将设备运行状态反馈给现场控制提醒。

5、现场控制***与控制中心控制***

现场控制***负责依据预定检测方案或控制中心指令，定时启动检测，将检测方案转化为PLC指令，接收PLC反馈信息，负责从荧光仪存储***中读取检测结果，并将结果集设备运行状态发送回控制中心。控制中心控制***实现对多元素检测设备的远程控制，处理分析设备返回结果，制定控制预案。控制中心负责保存设备历史检测结果，并模拟再现远程***的运行情况。

本发明监测***的特点：

基于便携式X荧光技术与工业自动化控制技术，可从传送带上采样、调整样本形态、控制X荧光仪测试过程，并存储数据。基于PLC***，对多元素检测设备进行自动化改装，通过软硬件的协同工作，实现多元素检测过程的自动化和无人值守检测。本发明可实现针对粉煤灰等粉状原料的采样及铝、硅、镓、钒、汞、铬等元素的快速检测；并预留软件开发接口，结合网络技术及软件开发技术，可实现传送带状态及物流组分波动的远程监测。

本发明具体特别包括：

可自动监测传送带工作状态，无需对企业传送带进行改造；

可自动完成传送带取样、送样工作；

测试结果以XML格式自动保存于设备内置存储器上，共PC端下载调用；

本发明具有稳定可靠的采集、显示、存储、数据通信、管理、***自检和报警功能；

本发明具有远程控制功能，可利用GSM/GPRS网络或局域网对现场设备进行遥控监测，并对数据监测的历史及当下结果进行提取与分析；

本发明可监视运行期间自身的状态变化和运行情况，在发现不正常现象时及时分析原因，采取措施。

附图说明

图1是本发明实施例的框架结构示意图；

图2是本发明实施例的现场安装示意图；

图3是本发明控制程序界面的示意图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但不限于实施例。

实施案例1：

将本发明安装在某钢铁厂烧结车间上料皮带旁，调整好设备位置并用地脚螺丝固定；调整设备压力传感器位置，使之与传送带物料接触。连接好外接线路，包括交流电源(220V，50Hz)，压缩空气管路。打开设备总开关，启动工控机，带工控机***启动完毕后，打开设备控制程序(XRFC.exe)。待控制程序自检完毕，界面如图3所示，点击右下角的“数据分析与上传程序设置”，在弹出的对话框中选择同一目录下的upload.exe[1,2]。设置X荧光测试时间为120秒，定时检测时间间隔为5分钟，点击“开始定时检测模式”，PLC即控制设备开始传送带监测及X荧光仪的自动测试工作，无需人工干预与值守，满足权利要求5和6的要求。当本发明完成每次测试并获取元素含量数据后，将通知upload.exe程序，由其负责后续处理。

[1]该步骤只需在第一次使用控制程序时进行。

[2]upload.exe为独立软件，符合本发明所规定的外置数据处理接口规范，upload.exe为针对本实施案例需求进行二次开发的程序，不属于本发明专利范畴。

实施案例2：

将本发明安装在某粉煤灰预脱硅车间上料皮带旁，设置X荧光测试时间为120秒，开始定时自动测试。经测试，从设备感知到传送带上料动作，到设备采用完毕，所用时间的5.5±0.3s，X荧光实际测试时间为98±2s，采样间隔为270s，检测出元素35-41种，除Al(27.3％)，Si(25.8％)，Fe(1.6％)外，还包括As(11.1ppm)、Cr(20.7ppm)、Cl(0.194％)、Ge(5ppm)、Br(5ppm)、Cd(33.03ppm)等，其中Ge检测值为5ppm，为X荧光的检测下限；以Al、Cd和Cr为例，Al检测结果为27.3％，相比同一样品ICP测得结果24.4％，误差为11.89％；Cd检测结果为33.03ppm，相比同一样品ICP测得结果35.67ppm，误差为7.4％；Cr检测结果为20.7ppm，相比同一样品ICP测得结果18.13ppm，误差为14.17％。满足权利要求2和4的要求。

实施案例3：

将本发明安装在某水泥厂电石渣上料皮带旁，为防止电石渣腐蚀X荧光探头，需保证X荧光探头与电石渣样品上表明距离在0.3-0.5mm之间，通过设备微距螺丝，对送样目标位置进行微调；微调完成后，设置X荧光测试时间为120秒，开始定时自动测试。设送样过程前进方向为x轴方向，经过红外线定位仪测试，每次送样终点距离目标位置，x轴方向上为0.35±0.12mm，y轴方向上为0.02±0.01mm，z轴方向上为0.03±0.15mm，达到权利要求3中所制定的水平误差小于2mm，垂直误差小于0.5mm的要求。经测试，从设备感知到传送带上料动作，到设备采用完毕，所用时间的5.8±0.3s，X荧光实际测试时间为95±2s，采样间隔为265s，检测出元素26-35种，其中含量较高的重金属元素有镍(51.2ppm)、汞(69ppm)、铅(82.9ppm)、铬(179.5ppm)、锌(312.2ppm)、铜(78.5ppm)、镉(73.8ppm)，非金属元素有硼(150ppm)和砷(75.2ppm)(电石渣含水较高，测试结果为干基中元素含量)。

实施案例4：

将本发明安装在某水泥厂粉煤灰上料皮带旁，设置X荧光测试时间为120秒，开始定时自动测试。经测试，从设备感知到传送带上料动作，到设备采用完毕，所用时间的5.4±0.3s，X荧光实际测试时间为98±2s，采样间隔为269s，检测出元素25-29种，其中Al检测结果为13.5％，误差11.3％；Si检测结果20.1％，误差7.9％，Ga检测结果8.5％，误差13.6％；As检测结果89.3ppm，误差7.7％；Cr检测结果56.3ppm，误差3.6％；Cd检测结果27.5ppm，误差11.4％。

Claims (8)

1.一种传送带样品自动化取样及多元素检测的***，包括如下部件：

(1)取料装置

取料装置负责监测传送带样品状态，负责从传送带上采集粉末样品，取样器包含取样勺、鼓风***、吹扫***、刮平***、皮带来样速度传感***等；

(2)送样装置

送样***负责将采得的样品从传送带送到XRF荧光仪检测仓，并在检测完成后，将样品送回传送带；送样装置采用导轨传送的方式，含配装保护器，可调节传送目标位置；

(3)多元素测试***

利用X荧光技术，通过控制电路，控制X荧光仪自动开始检测；利用定时器控制测试时间，测试时间可自由调节；增设X荧光仪设备箱及其底盖进行防尘保护，设备箱底盖在测试开始前打开，测试结束时自动关闭；

(4)防护及PLC控制装置

防护及控制装置负责各部件动作保护，防尘以及动作指令的控制；PLC控制***负责根据现场控制提醒，直接控制多元素检测设备的运行，控制X荧光仪的运行，检查设备运行状态，并将设备运行状态反馈给现场控制提醒；

(5)现场控制***与控制中心控制***

现场控制***负责依据预定检测方案或控制中心指令，定时启动检测，将检测方案转化为PLC指令，接收PLC反馈信息，负责从荧光仪存储***中读取检测结果，并将结果集设备运行状态发送回控制中心；控制中心控制***实现对多元素检测设备的远程控制，处理分析设备返回结果，制定控制预案；控制中心负责保存设备历史检测结果，并模拟再现远程***的运行情况。

2.一种传送带样品自动化取样及多元素检测的方法，包括如下部分：

(1)取料

由取料装置监测传送带样品状态，并从传送带上采集粉末样品；每次取样容量不少于200ml，取样时间10s以内；

(2)送样装置

送样***将采得的样品从传送带送到检测仓，并在检测完成后，将样品送回传送带；送样速度控制范围为0.015m/s-0.3m/s；

(3)多元素测试

通过控制电路，实现X荧光仪自动检测；由定时器控制与调节测试时间。

3.按照权利要求1、2所述的传送带样品自动化取样及多元素检测的***与方法，其特征在于：所述的部件1)中传送带监测是利用压力传感器，将压力信号转换为传送带运动状态及速度信号实现的，取样 时间10s以内。

4.按照权利要求1、2所述的传送带样品自动化取样及多元素检测的***与方法，其特征在于：所述的部件2)传送装置采用导轨传送的方式实现精确定位，水平误差小于2mm，垂直误差小于0.5mm；并配装电机过载保护器，当传送路线上出现障碍物时，自动停止传送。

5.按照权利要求1、2所述的传送带样品自动化取样及多元素检测的***与方法，其特征在于：所述的部件3)中的多元素测试***采用X荧光技术，X荧光保证最长在120秒以内测试完毕，检测下限5ppm，检测误差15％以内。

6.按照权利要求1、2所述的传送带样品自动化取样及多元素检测的***与方法，其特征在于：所述的部件4)中X荧光仪的测试过程由PLC***自动完成，无需人工及上层设备或软件的干预。

7.按照权利要求1、2所述的传送带样品自动化取样及多元素检测的***与方法，其特征在于：所述的部件5)中现场控制***采用定时控制的方式，无需人工干预。

8.按照权利要求1、2所述的传送带样品自动化取样及多元素检测的***与方法，其应用范围包括粉煤灰、电石渣、尾矿等粉末态工业固废，以及铁精矿、铜精矿、煤粉等粉末态工业原料中主量元素与微量元素的实时快速检测，检测元素包括Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、U等47种元素。