CN110082170A - 一种带称量及数据分析功能的自动制样系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带称重及数据分析功能的自动制样系统，包括控制系统，机械手模块、称重模块，机械手模块与控制系统连接，用于接收控制系统下达的指令、对样品装载容器进行取放和转运操作；称重模块与控制系统连接、用于称量样品重量并将重量数据存储至控制系统；控制系统用于存储样品制备环节各个样品的重量数据、计算制样环节中样品的损失量、损失率、残留量、收集率、去水量、去水率的一种或多种结果。本发明具有集中称重、称量精准可靠、结构简单、系统成本更低、能实现数据分析的优点。

Description

一种带称量及数据分析功能的自动制样系统

技术领域

本发明主要涉及样品制备技术领域，特指一种带称量及数据分析功能的自动制样系统。

背景技术

自动制样系统是根据原始煤样经破碎、缩分、干燥制粉等环节自动制备出全水样、存查样、分析样等样品，该系统按照流程一般包含一级破碎、一级缩分、二级破碎缩分、干燥制粉缩分等。一级缩分会制作出全水样、二级破碎缩分会制作出存查样，干燥制粉缩分会制作出分析样。目前，采用自动制样系统进行样品制备的用户对于样品在制备过程中各个制样样品的重量以及样品制备过程中的损失、残留等信息越来越关注，这些信息对样品制备的实验结果存在较大的影响，因此部分自动制样设备在一级入料前工位、二级入料前工位、缩分取全水工位、缩分取存查样工位、分析样制取工位、弃料收集工位等多个工位均设有称重装置，通过设置多个称重装置，对各个环节样品的重量进行称量。虽然多个称量装置能满足各个环节对样品重量的称量需求，但是仍存在以下问题：

1、由于设置了多个称重装置，造成整个系统成本过高，系统存在结构复杂、易发生故障等问题，且一旦某个制样环节出现问题导致制备样品不符合要求时，由于没有对样品重量是否合格进行判断，无法通过称重结果对系统发生的问题进行反查及补救。

2、自动制样系统的制样过程包含十来个单元，各环节均会存在样品量的损失和残留等，每个环节损失量大小和损失率都会影响到样品制备的实验结果，缺少对损失量/残留量/收集率/去水率进行计算与判定，现有的制样系统无法对制样全过程的样品变化和结果进行实时的监控。

3、现有技术中自动制样系统各个环节的称重装置仅实现了对单个样品的样重结果进行称量，缺少对历史数据的统计分析，系统长时间运行后，存在异常趋势也无法及时发现。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能集中称重、结构简单、系统成本更低、具有数据分析功能、能对制样各环节样品重量变化进行实时监控的自动制样系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种带称重及数据分析功能的自动制样系统，包括控制系统，机械手模块、称重模块，所述机械手模块与所述控制系统连接，用于接收控制系统下达的指令、对样品装载容器进行取放和转运操作；所述称重模块与所述控制系统连接、用于称量样品重量并将重量数据存储至控制系统；所述控制系统用于存储样品制备环节各个样品的重量数据、计算制样环节中样品的损失量、损失率、残留量、收集率、去水量、去水率的一种或多种结果。

作为本发明的进一步改进：所述控制系统接收样品重量数据并与制样标准或预设值或容差值进行比较，根据比较结果判断样重是否合格，对于不合格样重，控制系统进行报警和/或自动启用备用样进行制样。

作为本发明的进一步改进：所述控制系统接收样品重量数据，计算制样环节中样品的损失率或损失量或收集率或残留量或去水量或去水率一种或多种结果，并与预设值或容差值进行比较，判定结果异常时，所述控制系统进行报警和/或自动启用备用样进行制样。

作为本发明的进一步改进：所述控制系统接收样品重量数据并对历史数据进行统计对比分析，根据统计分析结果进行趋势判断，所述控制系统自动计算制样偏移量，并与预设偏移量值进行比较，制样偏移量超出预设偏移量值时，所述控制系统进行报警以提醒对制样系统进行维护。

作为本发明的进一步改进：所述机械手模块包括固定座、多节控制臂、夹持机构、机械手控制模块，所述多节控制臂与固定座相连，所述夹持机构设置在所述多节控制臂的末端，以用于夹持各种容器和/或封装容器，所述机械手控制模块与所述控制系统连接，用于接收控制系统下达的指令、对样品装载容器进行取放和转运操作。

作为本发明的进一步改进：还包括显示模块，所述显示模块与称重模块、控制系统连接，用于显示当前的称量数据、读取称量结果并存储至控制系统中。

作为本发明的进一步改进：所述显示模块为液晶显示屏或数显表。

作为本发明的进一步改进：所述称重模块包括称重传感器和称重板，所述称重传感器与称重板连接。

作为本发明的进一步改进：所述称重模块还包括固定支架，所述称重传感器一端与称重板连接，另一端固接在所述固定支架上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的带称量及数据分析功能的自动制样系统，通过机械手模块和称重模块相配合，机械手模块接收控制系统下达的指令，灵活抓取各个样品装载容器，转移至同一称重模块进行称量，机械手模块具有兼容性，可抓取多种容器，且转运过程稳定、精准可靠，从而实现了样品制备过程中各环节的称重操作集中在一个工位实现，大大简化了自动制样系统的结构，降低了系统的整体成本。

2、本发明的带称量及数据分析功能的自动制样系统，通过控制系统存储样品制备环节各个样品的重量数据、计算制样环节中样品的损失量、损失率、残留量、收集率、去水量、去水率的一种或多种结果，控制系统根据计算结果自动判断各个制样环节样品制备是否符合制样要求，对于不合格样品，控制系统自动报警以提醒工作人员处理或维护，控制系统还可根据用户设置自动启用备用样进行制样。制样过程无需人工参与称重、记录数据以及数据计算等，降低了劳动强度，自动化程度高，且结果不受人为因素的影响，精准度高，通过数据计算分析实现对各个制样环节的监控，能及时发现自动制样系统存在的问题，便于对自动制样系统进行检修，节省了检修时间和难度。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图。

图2为本发明具体实施例中控制系统样品重量合格性判断流程图。

图3为本发明具体实施例中制样系统工作全流程示意图。

图4为本发明具体实施例中次级制样单元工作流程示意图。

图5为本发明具体实施例中自动制样系统维护前全水分数据统计图。

图6为本发明具体实施例中自动制样系统维护后全水分数据统计图。

图7为本发明机械手模块的结构示意图。

图8为本发明称重模块的结构示意图。

图例说明：

100、控制系统；1、机械手模块；11、固定座；12、多节控制臂；13、夹持机构；14、机械手控制模块；2、称重模块；21、称重传感器；22、称重板；23、固定支架；3、显示模块。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种带称重及数据分析功能的自动制样系统，包括控制系统100、机械手模块1、称重模块2，机械手模块1与控制系统100连接，用于接收控制系统100下达的指令、对样品装载容器进行取放和转运操作；称重模块2与控制系统100连接、用于称量样品重量并将重量数据存储至控制系统100；控制系统100用于存储样品制备环节各个样品的重量数据、计算制样环节中样品的损失量、损失率、残留量、收集率、去水量、去水率的一种或多种结果。

本发明的带称量及数据分析功能的自动制样系统，通过机械手模块1和称重模块2相配合，机械手模块1接收控制系统100下达的指令，灵活抓取各个样品装载容器，转移至同一称重模块2进行称量，机械手模块1具有兼容性，可抓取多种容器，且转运过程稳定、精准可靠，从而实现了样品制备过程中各环节的称重操作集中在一个工位实现，大大简化了自动制样系统的结构，降低了系统的整体成本。通过控制系统100存储样品制备环节各个样品的重量数据、计算制样环节中样品的损失量、损失率、残留量、收集率、去水量、去水率的一种或多种结果，根据计算结果自动判断各个制样环节样品制备是否符合制样要求，控制系统100对计算结果自动判断制样环节是否符合要求，对于不合格样品，控制系统100自动报警以提醒工作人员处理，控制系统100还可根据用户设置自动启用备用样进行制样。制样过程无需人工参与称重、记录数据以及数据计算等，降低了劳动强度，自动化程度高，且结果不受人为因素的影响，精准度高，通过数据计算分析实现对各个制样环节的监控，能及时发现自动制样系统存在的问题，便于对自动制样系统进行检修，节省了检修时间和难度。

如图2所示，本实施例中，控制系统100接收样品重量数据并与制样标准或预设值或容差值进行比较，根据比较结果判断样重是否合格，对于不合格样重，控制系统100进行报警和/或自动启用备用样进行制样。实际应用时，控制系统100会针对各个制样环节得到的样品重量设置制样标准值或预设值及容差值，例如，全水分样国家标准应在1.25kg以上，存查样要求在0.75kg以上，分析样要求60g以上，容差值要求各环节重量变化不超过10%。一旦制备的样品重量不符合要求，控制系统100及时进行报警以提供工作人员处理，根据用户的设置需求，控制系统100可自动启用备用样进行制样，避免因样品不符合要求而导致自动制样系统停止工作。

本实施例中，控制系统100接收制样前后的样品重量数据，计算制样环节中样品的损失率或损失量或收集率或残留量或去水量或去水率，并与预设值或容差值进行比较，判定结果异常时，控制系统100进行报警和/或自动启用备用样进行制样。例如，容差值要求分析样收集率≥98%，样品损失率不大于2%。通过实时监控各个环节的样品损失率或损失量或收集率或残留量或去水量或去水率等结果，及时发现自动制样系统存在问题的制样环节，便于对自动制样系统进行检修，节省了检修时间和难度。

如图3、图4所示，具体应用时，以制备两个全水分样品为例，在一级破碎入料时通过机械手模块1抓取装样容器至称重模块2对样品重量进行称量，称量结果存储至控制系统100，记为一级缩分前样重。

样品经过初级制样，样品破碎缩分后，制备出两份全水样（具体数量根据用户需求可设置），一份正式样，一份备用样，以及一份初级弃料。通过机械手模块1将上述各个样品送至称重模块2进行称量，称量结果存储至控制系统100，控制系统100通过以下公式计算出一级破碎缩分环节的损失率：

R1=[1 - (全水样1+全水样2+正式样+备用样+初级弃料)÷一级缩分前样重] ×100%

次级制样单元主要使用正式样和备用样，机械手模块1将正式样输送至次级制样单元，备用样放入暂存区。样品经过次级制样，样品破碎，缩分，干燥后，制备出两份存查样（具体数量根据用户需求可设置），一份3mm干燥后样，以及二级弃料样。通过机械手模块1将上述各个样品送至称重模块2进行称量，称量结果存储至控制系统100，控制系统100通过以下公式计算出次级损失率。

R2=[1-（存查样1+存查样2+3mm干燥前样+二级弃料样）÷正式样]×100%

通过称量3mm样品干燥前后的重量数据，根据以下公式计算出3mm样品的干燥去水率：

干燥去水率=[（干燥前重量-干燥后重量）÷干燥前重量]×100%

机械手模块1将干燥后的3mm样品运输至制粉单元入料口进行制粉。样品经过制粉单元样品制粉，清洗后，制备出三份分析样（具体数量根据用户需求可设置），一份清洗样（具体数量根据用户需求可设置），一份制粉弃料。通过机械手模块1将上述各个样品送至称重模块2进行称量，称量结果存储至控制系统100，控制系统100通过以下公式计算出制粉收集率和制粉损失率。

制粉收集率=(分析样1+分析样2+分析样3+清洗样+制粉弃料)÷3mm干燥后样重

制粉损失率R3=1-制粉收集率。

控制系统100通过计算各个环节的损失率，可得到整机损失率=R1+R2+R3。所有样品的重量均是通过机械手模块1送至称重模块2进行称重，无需设置多个称重模块2，系统成本更低，结构更简单，且称重模块2与控制系统100连接，能及时将数据存储至控制系统100，便于控制系统计算样品的损失量、损失率、残留量、收集率、去水量、去水率等结果。

本实施例中，控制系统100接收样品重量数据并对历史数据进行统计对比分析，根据统计分析结果进行趋势判断，趋势判定结果异常时，控制系统100进行报警以提醒对制样系统进行维护。

如图5所示，以全水分历史数据监测统计结果为例（历史数据监测统计同样适用于其它样重数据，例如正式样、分析样等），控制系统100具备单个数据异常监控功能，如控制系统100监控发现第9个数据全水值为1.38kg，虽然其满足全水样≥1.25kg的要求，但其偏差值大于10%，控制系统100进行异常报警；此外，控制系统100还具备整体趋势判定功能，如从第18个数据开始，整体数据有上升趋势，但从第18至第29个单个来判断，全水分满足制样要求（全水样≥1.25kg，且偏差值不大于10%），控制系统100对制样系统进行实时监控，通过历史数据统计发现整体趋势偏高，控制系统100 通过以下公式计算系统偏移量：

偏移量= |Σ（n~n+10）（全水（n）-全水（n+1））| ，其中n≥1，表示第n个样。

控制系统100计算制样系统的偏移量并与预设偏移量进行比较，判定自动制样系统是否符合制样标准要求，一旦计算出的偏移量超出预设偏移量，监控趋势控制系统100将判定为异常并进行报警以提醒工作人员及时进行系统维护；如图6所示，自动制样系统维护后，其值基本位置在1.25至1.28之间，数据趋于稳定。通过控制系统100对历史数据进行统计分析，对整体趋势进行判定，能及时发现各个制样环节可能存在的问题。

如图7所示，本实施中，机械手模块1包括固定座11、多节控制臂12、夹持机构13、机械手控制模块14，多节控制臂12与固定座11相连，夹持机构13设置在多节控制臂12的末端，以用于夹持各种容器和/或封装容器，机械手控制模块14与控制系统100相连，用于接收控制系统100下达的指令、对样品装载容器进行取放和转运操作。

本实施中，还包括显示模块3，显示模块3与称重模块2、控制系统100连接，用于显示当前的称量数据、读取称量结果并存储至控制系统100中。通过显示模块3可以直观显示出称重结果及控制系统100计算出的样品的损失量、残留量、收集率、去水量、去水率等结果。本实施例中，显示模块3为数显表，直观显示数据结果。在其他实施例中，显示模块3可以为液晶显示屏等显示设备，称重结果和计算结果以报表形式显示，直观清晰，结果不受人工干预，可靠性高。

如图8所示，本实施中，称重模块2包括称重传感器21和称重板22，称重传感器21与称重板22连接。对样品进行称重时，机械手模块1夹持并转运装样品装载容器至称重板22上，通过称重传感器21获得样品重量数据，称重结果存储至控制系统100中，从而实现了样品重量的自动称量及样品重量数据的自动存储与计算。

本实施中，称重模块2还包括固定支架23，称重传感器21一端与称重板22连接，另一端固接在固定支架23上。通过设置固定支架23，称重模块2可以可靠地安装在自动制样系统的任意位置，在优先实施例中，称重模块2根据实际需求布置在称量需求集中的位置，以减少机械手模块1的转移运动的时间，有利于提升系统的工作效率。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种带称重及数据分析功能的自动制样系统，包括控制系统（100），其特征在于，还包括机械手模块（1）、称重模块（2），所述机械手模块（1）与所述控制系统（100）连接，用于接收控制系统（100）下达的指令、对样品装载容器进行取放和转运操作；所述称重模块（2）与所述控制系统（100）连接、用于称量样品重量并将重量数据存储至控制系统（100）；所述控制系统（100）用于存储样品制备环节各个样品的重量数据、计算制样环节中样品的损失量、损失率、残留量、收集率、去水量、去水率的一种或多种结果。

2.根据权利要求1所述的带称重及数据分析功能的自动制样系统，其特征在于，所述控制系统（100）接收样品重量数据并与制样标准或预设值或容差值进行比较，根据比较结果判断样重是否合格，对于不合格样重，控制系统（100）进行报警和/或自动启用备用样进行制样。

3.根据权利要求1所述的带称重及数据分析功能的自动制样系统，其特征在于，所述控制系统（100）接收样品重量数据，计算制样环节中样品的损失率或损失量或收集率或残留量或去水量或去水率一种或多种结果，并与预设值或容差值进行比较，判定结果异常时，所述控制系统（100）进行报警和/或自动启用备用样进行制样。

4.根据权利要求1所述的带称重及数据分析功能的自动制样系统，其特征在于，所述控制系统（100）接收样品重量数据并对历史数据进行统计对比分析，根据统计分析结果进行趋势判断，所述控制系统（100）自动计算制样偏移量，并与预设偏移量进行比较，制样偏移量超出预设偏移量值时，所述控制系统（100）进行报警以提醒对制样系统进行维护。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的带称重及数据分析功能的自动制样系统，其特征在于，所述机械手模块（1）包括固定座（11）、多节控制臂（12）、夹持机构（13）、机械手控制模块（14），所述多节控制臂（12）与固定座（11）相连，所述夹持机构（13）设置在所述多节控制臂（12）的末端，以用于夹持各种容器和/或封装容器，所述机械手控制模块（14）与所述控制系统（100）连接，用于接收控制系统（100）下达的指令、对样品装载容器进行取放和转运操作。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的带称重及数据分析功能的自动制样系统，其特征在于，还包括显示模块（3），所述显示模块（3）分别与称重模块（2）、控制系统（100）连接，用于显示当前的称量数据、读取称量结果并存储至控制系统（100）中。

7.根据权利要求6所述的带称重及数据分析功能的自动制样系统，其特征在于，所述显示模块（3）为液晶显示屏或数显表。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的带称重及数据分析功能的自动制样系统，其特征在于，所述称重模块（2）包括称重传感器（21）和称重板（22），所述称重传感器（21）与称重板（22）连接。

9.根据权利要求8所述的所述的带称重及数据分析功能的自动制样系统，其特征在于，所述称重模块（2）还包括固定支架（23），所述称重传感器（21）一端与称重板（22）连接，另一端固接在所述固定支架（23）上。