某钢铁水质全自动分析实验室项目规划.docx

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1、验室项目规划2023年03月一述“M-录章目第第2章主要建设内容3第3章技术方案43.1 实现流程43.2 自动分析仪器单元53.3 样品储存单元53.4 自动分液单元63.5 自动流转单元83.6 自动进样单元93.7 自动清洗单元10471系统布局10372运行流程103.8 自动控制与管理单元113R1中控系统12VR2信息化系统12第4章项目建设效益分析154.1 大大降低人工投入154.2 消除传统实验室分析职业安全隐患154.3 数据质量全流程可控154.4 大大提升实验室检测效率15第1章概述11背景XX钢铁煤焦工区水质检测分析主要以加工储运中心、焦化厂、炼铁厂、炼钢厂、热轧厂、

2、动力厂/制氧、动力厂/发电、动力厂/给水、动力厂/给水、生产制造部所涉及34项指标，其中，CODcr,PH值、氨氮、臭和味、电导率、钙硬度、挥发酚、浑浊度、硫酸盐、氯离子、溶解氧、全铁、肉眼可见、色度、石油类、悬浮物、亚硝酸盐氮、余氯、总硬度、总磷酸盐、总氟化物、总铁、总碱度、总油的检测要求为24h一次；另外，CODcr,PH值、氨氮、沉积物、电导率、酚酰碱度、腐蚀率、钙离子、挥发酚、磷酸根、氯离子、耐热大肠杆菌、浓缩倍数、全铁、溶解性总固体、溶解氧、翅、菌落总数、悬浮物、亚硝酸盐氮、异养菌、余氯、浊度、总大肠杆菌、总碱度、总磷酸盐、总氟化物、总铁、总硬度、总油的检测要求为一周一次，部分周检测

3、的指标与每天检测的指标重合。各指标检测周期和分析数量如下表所示：表1同时进行24h和周检次的指标及分析数量序号123456789检验项目氨氮(NH3-N)CODcr总油（石油类）浑浊度总氮化物挥发酚悬浮物PH氯离余(M氯24h分析数量14121210109887周分析数量2319233115311序号101112131415161718检验项目全铁氯离子总碱度总硬度电导率硫酸盐钙硬度亚硝酸盐氮（NO2-N）总磷总磷酸盐（以PO43-计）24h分析数量755543115周分析数量272526263161324表2仅进行24h或周检测的指标及分析数量序号I11213141516171s检验项目臭和

4、味色度肉眼可见物溶解氧总大肠杆菌酚醐碱度热肠菌耐大杆溶解性固体24h分析数量33213222序号910111213141516检验项目铜沉积率腐蚀率异养菌细菌总数（菌落总数）浓缩倍数溶解氧钙离子周分析数量220191971455除了大量的指标分析客观需求以外，另一方面也面临水质分析人员短缺的问题，现有的水质检测仪器设备自动化程度较低，已配备和将配备的部分自动化水质检测仪器设备缺乏智能系统有效串联，作用发挥十分有限，造成“机器代人”效果大打折扣。考虑到分析检测需求和频率，全自动实验室分析的指标主要参考表1中同时进行24h和周检测的指标及分析数量，对于日分析量较大的指标，优先考虑，其次考虑周分析数

5、量较大的指标。主要包括：氨氮、CoDCr、总油（石油类）、浑浊度、悬浮物、Ph值、全铁、氯离子、总碱度、总硬度、电导率、硫酸根、钙硬度、亚硝酸盐氮（NO2-N）、总磷酸盐（以PO43-计）、余氯。其余的总氟化物、挥发酚因方法的复杂性和安全性，考虑手工检测。第2章主要建设内容水质全自动分析实验室建设方案主要以下几部分:序号子系统描述1自动分析仪器单元覆盖PH值、总碱度、总硬度、钙硬度、氯化物、浊度、悬浮物、电导率、氨氮、CODCr和磷酸盐等等指标，满足每天水样通量和自动化监测的需要。2样品储存单元样品接收、出入库、冷藏、分拣3自动分液单元分液单元实现样品瓶的识别、开盖、定量取样、关盖、系统清洗等

6、功能；定量取样的样品直接通过管路输送到各仪器中，不同仪器之间通过电子管阀进行自动分配。4自动流转单元流转单元负责将样品瓶通过轨道快速传动，从样品接收单元流转到分液单元、留置单元等。5自动进样单元实现仪器样品管从传输模块至分析仪的抓取功能，可将样品准确放至仪器的样品接收区，为仪器分析提供样品条件。6自动清洗单元样品瓶、样品杯的自动清洗、烘干、分拣7自动控制及信息管理系统是水质全自动分析实验室的控制中心及信息处理中心，主要由控制系统硬件、中控系统软件以及全流程信息化管理软件三部分组成。8实验室环境保障单元实验室环境保障单元为水质全自动分析实验室仪器设备正常运行以及人员的工作环提供了基本保障条件，主

7、要包括实验室动力环境监控系统、实验室新风系统、供电保障系统、废液收集及自动处理系统、液体配套等。9实验室委托运行维护水质全自动分析实验室为无人化、流水线式全自动实验室，涉及到非常复杂的硬件和软件系统，本项目建议完全委托专业第三方机构进行运行维护以保障实验室的正常运行以及分析结果的准确可靠。第3章技术方案3.1实现流程水质全自动检测系统实现流程见下图1：自动控制与管理单元自动分析仪器单元自动清洗单元图1水质全自动检测系统实现流程系统运行流程如下：1）第一步，接收。将样品瓶放入样品接收单元，通过带传动输送，实现样品瓶逐个进行排布。2）第二步，分样。分液单元的机械手抓取样品瓶到分液位置，实现扫码确认

8、、开盖、定量取样、关盖等动作。分液后的样品杯通过机械手抓取到流转单元。分液单元实现自动清洗与复位，等待下一个样品。3）第三步，流转。样品瓶逐个进入流转单元后，采用轨道装置对样品进行排序输送，并实现扫码识别，确认样品类型和检测指标等信息。样4）第四步：进样。样品杯流转到仪器对应的进样单元，进样单元将样品杯送入仪器中。5）第五步，样品分析。样品通过管路自动注入到到各分析仪器的样品杯。COD等经过试剂添加.消解反应-检测分析.管路清洗等待下次分析这样的步躲，并自动将数据生成并上传系统；PH和电导率则是水样注入测量池一定体积后，经平衡后读取数据，再进行清洗等待下次分析，生成数据上传到系统。6）分液完成

9、后样品瓶，通过机械手抓取回到流转单元，自动流转到留置单元，等待人工取走，进行其它项目的测定或进行留样。7）如果样品瓶和样品杯测定结束，有流转单元送到自动清洗单元进行清洗。样品瓶上包括条形码和易于人工识别的中文标识（如厂区、取样点等信息），便于人工检视和核对。样品瓶上条码，用于样品瓶流转过程中各个环节的自动扫码识别。3.2 自动分析仪器单元水质分析仪器是水质全自动检测系统的核心。根据所测项目，建议仪器设备配置如下：序号仪器检测指标方法1全自动多参数分析仪pH、电导率电极法2全自动滴定仪总碱度、总硬度、钙硬度、余氯滴定法3全自动多参数分析仪浊度、悬浮物散射光法4全自动离子色谱分析仪氯化物、总磷酸盐

10、亚硝酸盐氮、硫酸盐、氯离子离子色谱法5全自动氨氮分析仪氨氮纳氏试剂分光光度法6全自动CoD分析仪CODcr快速消解分光光度法7全自动重金属分析仪（ICP-MS）全铁、铜电感耦合等离子体质谱法8全自动红外测油仪总油（石油类）红外分光光度法3.3 样品储存单元将接收的样品采集箱送到样品仓库（冷库）进行保存或送到自动分液单元进行分液分析。3.4 图8货架及搬运AGV机器人3.5 自动分液单元除了要求单独采样的指标，其它保存条件相同的监测项目的现场采样一般采用多项指标合瓶采集，实验室接收到水样后，需要将合瓶的水样定量分液到不同的样品管中，由不同的仪器进行分析。全自动分液单元的具备样品瓶的扫码识别、开盖

11、、混匀、定量取样、稀释、关盖、系统清洗等功能；分液后的样品管再由机器人转移到自动流转单元。自动分液单页的架构见下图:图10自动分液单元架构图机器人从样品箱中抓取样品瓶，移动到扫码模块前，对样品身份进行确认;扫码完成后，开关盖模块旋转样品瓶身进行开盖；开盖后，混匀模块的吹气管伸入样品瓶，采用吹气混匀的方式，对样品进行混匀；混匀结束后，分液模块的吸样管伸入样品定量吸样，分液到不同的样品管中。吸样量根据不同检测参数设定的量进行。分液到样品管中的样品，中和模块和稀释模块可按设定对样品进行中和、稀释；分液、稀释完成后，机器人将样品管转移到自动流转单元；机器人和自动开关盖模块配合，将样品瓶盖子重新盖回、旋

12、紧，并将样品瓶转移回样品箱；分液单元的吸样管路、混匀管路移动到清洗单元，自动清洗内外壁。3.6 图11全自动分液单元3.7 自动流转单元流转单元负责将样品瓶通过轨道传动从样品接收单元流转到分液单元、留置单元。单元可根据样品的数量扩展多个传输通道，大大提升样品传输通量，同时具备完善的纠错功能。图13流转单元自动流转单元包括轨道和样本管载体，轨道有4条，分别为双向主轨和副轨。主轨由连续轨道组成，以环形逆时针方向绕着传送装置移动。副轨将样本从主轨移到仪器或模块上进行处理，然后将样本移回到主轨上。3.8 自动进样单元每台仪器配套1个进样模块，实现仪器样品管从传输模块至分析仪的抓取功能，可将样品准确放至

13、仪器的样品接收区，为仪器分析提供样品条件。分析结束后，将样品杯从仪器的样品接收区再抓回自动流转单元的副轨上。图14自动进样模块3.9 自动清洗单元工7.1系统布局图15清洗模块模型示意图布局如下图。ooooodboooodboooodbooood0.00000T7.2运行流程1）样品管通过流转单元和进样单元到清洗暂存位;2）抓取模块从清洗暂存位抓取样品管到废液池；3）抓取模块动作使样品管倒置，样品管内的废液流出;4）抓取模块将样品管放置在支架上，方便清洗；5）自来水冲洗样品管内的废液；6）洗涤剂冲洗样品管1次；7）自来水冲洗2次；8）纯水冲洗样品管23次；9）通过电导率判断是否清洗洁净程度；1

14、0）样品管进行烘干；3.10 自动控制与管理单元11MS系统或第三方平台诵扇舞而一务信息化系统实验室可视化大屏V信息化后端I/数据服务接口、;T实时消息推送智能仓储系统I发室全自动分液工作站全自动分液系统II机器人;仪表一仪表二仪表三仪表系统图17系统框架图整个系统组成：基建系统中控系统信息化系统本方案通过运用机器人控制、物联网、大数据、人工智能等技术构建全自动实验室控制平台。方案主要包含全自动分液、全自动分析、分析数据结果呈现、数据接入第三方平台等功能模块，以中控系统为中心完成各个系统的智能调度，协调各系统自动运转，从而实现大批量样品精准化、智能化、科学化、去人化、可视化的检测。If11中控系统中控系统设有样品测试前的新建任务、指令下发和信息接收的核心使用功能，界面上分为菜单区：登陆、系统配置、信息录入、检测分析、结果查询等所有操作的入口；界面