基于物联网技术在燃煤采样管理中的应用

基于物联网技术在燃煤采样管理中的应用

罗卫南

（天津国投津能发电有限公司）

摘要：天津国投津能发电有限公司是国务院确立的国家首批循环经济试点项目，一期工程建设2*1000MW超超临界燃煤发电机组，和20万吨/日海水淡化装置，二期工程建设2*1000MW超超临界燃煤发电机组。公司每年使用煤炭约800万吨，热值误差每增加100cal/g，即造成经济损失约8000万元。煤炭样品采集的安全性、精确性、实时性直接影响企业的经济效益。目前多数发电企业的燃料业务中，各个业务环节中的信息没有有效的组织、相互利用起来，多数企业燃煤样品的采集仍然采用人工操作采样机械、使用样品桶和标识二维条码的方式，存在严重的人为跳采、换样和增删样品等安全隐患。因此，如何能使燃料管理工作更加高效，采集样品能够客观、真实的反应来煤品质已成为决定企业经济利益的重要因素。

先进的技术在企业煤炭管理中发挥作用已成为重大趋势，本文就基于物联网技术在煤炭管理中的应用予以详细阐述。

关键词：天津国投津能发电有限公司；物联网技术

1.引言

近年来国内煤炭供应模式发生了重大变化，发电厂煤炭供应由原先以国家供应计划和运输计划为主导的模式，快速地向市场供求双方谈判、协调的模式发展，无疑给发电企业的煤炭供应管理模式提出了巨大的挑战。

目前在多数发电企业的燃料业务中，各个业务环节中的信息没有有效的组织、相互利用起来，在这些业务环节中需要大量人工制表工作，劳动量大且冗余，费时费力，使人力资源大量浪费在这些重复劳动中。

传统的采样模式已经不能满足现代化工业需求，效率低、人为因素影响较大，随着工业信息化的趋势，已经需要从传统的半自动采样转向智能化的自动采样。自动采样是采样过程中无需人干预，通过设备按预先制定的程序进行连续或不连续的样品采集。自动采样与传统采样相比，具有采样频次高、采样量准确、代表性强的特点，还可避免由于人员操作不当带来的误差。无人值守采样封装系统对样品的采集具有更高的稳定性、可靠性等。

国投北疆电厂在投产之初，受制于市场煤比例较高的不利因素，对采制化系统尤为重视，尤其在系统研究开发、试验实施过程中，率先采用燃料智能采样封装的新技术，反复论证试验，逐步解决了困扰系统实施的一系列难题，创新性的形成了多项领先的技术方案及措施：

一、将复杂多元的生产系统设备和MIS系统网络拓扑结构梳理简化为串联结构，采样封装系统扮演串联结构的中央处理器作用；

二、采样封装机控制采用服务器-客户端工作模式，服务器采集外界5个系统接口并通过逻辑判断指挥4台采样机智能、顺畅、协调动作；

三、采用高保密性、高灵敏度、超高频RFID技术，实现数据的保密、安全传输；

四、成功开发RFID标签频数优选甄别技术软件，实现样品标签被唯一实时识别书写。燃料采样封装系统实现了燃料智能采样封装与物联网技术的“合二为一”。

2.基于物联网技术在燃煤采样系统中的应用

2.1物联网的概念

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是信息化时代发展的重要阶段，其英文名称是：“Internetofthings”，物联网是物物相连的互联网。物联网的核心基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络，其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[1]。

2.2技术原理

国投北疆电厂智能化采样封装系统采用物联网技术控制和915MHZ超高频RFID读写卡，其技术原理为：

2.2.1将轨道衡、翻车机、皮带输送机、采样封装机、RFID读写卡、管理信息系统以及监督信息系统耦合组建成物联网，使用TCP/IP技术协议和服务器客户端的工作模式。为提高系统工作的保密性和稳定性，将轨道衡、管理信息系统和监督信息系统组建为A局域网，将翻车机、皮带输送机、采样封装机和RFID读写卡器组建为B局域网，网间与服务器使用交换机进行服务及请求交换。

2.2.2在智能控制系统服务器建立以列车计量时间为主索引的主/从数据库群，及管理应用程序。进厂煤炭列车通过轨道衡时形成以“计量时间”为索引的“称重计量数据库”，此后列车进入厂内站重车线，确定对应的翻车机设备号，“计量时间”和“翻车机号”组合成唯一标识，特定入厂煤炭列，单一映射煤炭供应商。

通过管理信息系统将计量时间、翻车机号加密传送至智能控制系统，智能控制系统根据入厂煤炭列的唯一标识跟踪翻车机翻卸信号、皮带输送机启停信号及三通挡板的位置信号智能选择并控制采样封装机启停从而完成采样封装工作。控制RFID读写卡器将计量时间写入IC卡。

2.2.3采样封装机经过采样头采样、输送、破碎、缩分进入采样料斗，当重量到达一定数量时封装机启动并进入袋内ID卡读卡环节，在判断读卡成功后进入样品封装环节。

2.2.4样品和ID卡同时封装于袋内进入扫卡分样、制粉、化验环节，由管理信息系统集中进行数据处理，以“计量时间”为纽带，将供应商、化验质量、计量重量、合同信息耦合交流，实现财务结算账单输出及企业经营决策分析数据输出。

2.2.5采样时将样品按比例分成商务结算样和监督样，对应于独立的监督信息系统和管理信息系统，前者对后者全面覆盖式复核、校验。

2.2.6监督信息系统、管理信息系统和智能控制系统间通讯数据采用DES加密算法，确保数据不被破译。

2.3核心技术的实现

2.3.1RFID射频识别技术

RFID（RadioFrequencyIdentification）电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据[2]。

当采样封装系统开始启动采样后，样品达到一定量封装系统将自动对该样品进行封装，每一个封装袋装对应一张915mHz的高频卡，封装系统用RFID读卡器将样品信息同卡内信息建立单一索引，相关信息通过中心数据库进行分发和下达，杜绝人工干预，为燃料管理系统及监督管理系统检验样品提供数据基础。

技术特点：使用RFID卡作为样品和信息媒介，自动进行读写卡操作，无人为干预的可能。且在样品信息传递中采用网络协议传递，信息在毫秒级时间完成分发及下达，实时完成信息交互。

2.3.2接口技术

从系统稳定、高效运行的角度考虑，各设备通信接口作为联系电子化信息、指令和各执行系统的沟通桥梁，采样封装系统与其他信息系统之间应保证网络畅通。采样封装系统与其他系统通讯接口均采用WebService技术。WebService技术能使得运行在不同机器上的不同应用无须借助附加的、专门的第三方软件或硬件，就可相互交换数据或集成。依据WebService规范实施的应用之间，无论它们所使用的语言、平台或内部协议是什么，都可以相互交换数据[3]。

从安全性角度考虑，分布系统与集中系统之间的通道应通过内部网络或专用VPN实现，不采用在互联网中直接调用服务的方法，在方法调用前进行用户验证，同时在敏感信息系统间增加单向通信硬件，防止非法调用。

2.3.3采样机与全自动封装机结合

传统采样机由采样头、一级皮带机、破碎机、二级皮带机、缩分器、斗提机、螺旋给料机、收集器及连接落煤管构成。收集器采样六个收集筒开放式接料方式运行，中间必须人为取料，容易产生偏差及人为错误并且增加了人力成本。为此把采样机保留除收集器以外的其它传统采样部分，把收集器更换为前自动封装机将所产生样品样进行封装处理，开放式的收集器就变成了全封闭的封装机。为了进一步提高可靠性还进一步设计增加了读写卡器设备，对每一个包装袋进行标识以区别所包装的煤样信息。

采样机所采煤样被分为20%的备查样和80%的商务样，备查样和商务样采集共用1台封装机，依靠缓冲料斗切换实现2个样品的自动封装并分别封装。

采样机和封装机通过连锁控制方式实现有效集成，采样机和封装机通过数据总线在一套上位机控制下共同完成自动采样封装工作。采样封装控制系统程序由S7-200PLC进行编程实现，采样设备和封装机由S7-200PLC进行控制，上位机与PLC通过RS232网络进行数据通信。上位机电脑配置上OPCServer，封装系统通过OPCServer中间层与采样设备及封装机设备进行控制采样。封装机采用气动负压给张袋，经过自动称量、夹袋、缝线、输送实现样品自动封装功能。并在封装机夹板安装无线射频写读卡器，ID卡提前装入袋子的卡袋内，样品编码写入并经效验无误后和袋口同时缝线，实现样品和ID卡的加密封装功能。

采集样品使用覆膜袋封装，防止了样品的水分损失，确保了样品的代表性从而保证了企业的经济效益。

3.结语

天津国投津能发电有限公司燃料智能采样封装系统实现了燃煤供应商信息与其燃煤样品之间无中间人工参与的“物物相连”和“物物交流”，燃煤样品采集工作从此告别人工干预的传统模式进入高度智能的物联网时代。

燃料采样封装物联网系统耦合计量信息系统、翻卸系统、输送系统和管理信息系统、监督信息系统，共同构造一个覆盖广义燃料管理全程的物联网。在这个网络中，样品的供应信息属性自动标识、读取、识别并封装，MIS系统、设备终端、供应信息、封装样品、化验数据、财务结算等彼此进行物物“交流”。该系统的成功实施，杜绝了燃料检验各环节人为干扰的可能性，提高了样品采集至商务结算的透明性、准确性和安全性，为有效地捍卫企业经济利益提供了全面综合的解决方案。样品采集后实时封装，减少水分损失，每年度可产生经济效益近千万元，真实反映来煤品质，为机组运行提供了有力保障，减少了来煤样品的商务纠纷，维护了公司的行业信誉，为公司创造了良好的市场秩序，为企业生产经营提供了新的利润增长空间，积极推动了企业整体的发展和进步。

参考文献

[1]2014年物联网产业链状分析[J/OL]，2014-08-03.

[2]黄玉兰《通信技术术语》[M]，人民邮电出版社出版，2010.

[3]沈军《燃料智能全面管控一体化信息系统分析与设计》[D]，天津大学，2014.

作者简历

罗卫南（1987-01-26），男，籍贯：黑龙江省五常市，2010年毕业于华北电力大学机械工程及其自动化专业，大学本科学历，现就职于天津国投津能发电有限公司，任燃料管理部采样班长职务。