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★中控技術股份有限公司

2023年，中控技術積極參與實施中東某大型石油公司“基于機器人技術的廠區智能巡檢項目”建設工作，將輪式巡檢機器人、四足機器狗等多種機器人產品與技術進行融合，并結合現場特殊的應用場景，構建了一套完整的機器人智能巡檢解決方案。

圖1 系統架構

1　項目背景

由于該天然氣處理廠生產工藝復雜、大型精密高危設備眾多，傳統的人力巡檢方式效率低、危險程度高。巡檢工作質量容易受到如漏檢、誤檢或遇到惡劣氣候環境時的消極怠工、出人不出力等人為因素影響，導致巡檢效率低、誤報率高等問題，更為嚴重地則會引起重大安全事故，造成不可彌補的巨大損失。

基于上述問題，該天然氣處理廠希望借助智能機器人巡檢系統，憑借光譜視頻成像、紅外氣云成像、大數據分析、AI深度學習等技術，實現氣體泄漏定性、定量檢測、危險源檢測、表計識別與跑冒滴漏檢測等巡檢作業。同時，通過數字孿生技術實現泄漏點三維定位與報警功能，以及在事故和特殊情況下執行定制化巡檢任務。

2　案例實施與應用

本項目結合現場不同的場景需求，采用多種機器人系統完成各類巡檢工作。

對于防爆需求場景，該項目采用中控自主研發的輪式防爆巡檢機器人，該機器人可以按照預先設定的線路、巡檢內容、報警規則、巡檢日程自動執行巡檢工作。巡檢過程中，機器人利用自身搭載的熱成像、可見光、聲音等傳感器對儲罐、管道等檢測對象進行掃描，獲取各類巡檢數據，并利用自身攜帶的相關AI算法對這些數據進行分析，得出分析結果。如果分析結果超出預先設定的報警閾值，則觸發報警。同時，機器人利用自身數據同步程序將巡檢數據和報警數據存入云端遠程監控系統。對于一些機器人不方便到達的地方，該項目部署了如無線氣體檢測儀等固定式智能傳感器，機器人巡檢時可獲取這些傳感器采集的數據，進行綜合數據分析。

圖2 輪式防爆巡檢機器人

對于非防爆需求場景，如配電間、生活區，該項目采用室內輪式機器人、四足機器人來實現巡檢任務。針對化工廠配電間巡檢，采用室內輪式巡檢機器人，綜合運用激光無軌導航、圖像智能識別與分析、多傳感器融合等技術，可代替人工完成室內特定環境下的設備檢測及環境監測工作。對于室外非防爆環境，采用四足機器人展開指定區域巡檢工作，協助物業、安保人員完成火災預警、人員識別、入侵預警等工作。

圖3 室內輪式機器人

圖4 四足機器人

本項目機器人系統首次采用“OGI+TDLAS+AI視覺”多維度融合檢測技術，不僅能夠對氣體泄漏故障進行快速識別，還能對泄漏點進行精確定位與定量分析。

圖5 氣體泄漏故障識別、定位與分析

本項目還通過激光3D建模技術，搭建廠區數字孿生平臺，并實時顯示巡檢、報警信息，通過數字孿生平臺，構建了定位、量化和可視化的數字孿生檢測系統，用戶能夠在第一時間確定氣體泄漏與異常排放發生的具體位置，及時采取處置措施。

圖6 廠區數字孿生平臺

本項目還建立了智能化的數據分析與檢測平臺，能夠實現對機器人的遠程控制與自定義巡檢等功能，并具備報表生成、遠程維護、遠程診斷、數據分析等智能化巡檢功能。同時，系統還支持多種操作系統，并可與廠區的DCS/SCADA系統實現數據互聯。

3　項目效益

（1）巡檢效率顯著提高：考慮對數據的查看、記錄、歸檔時間，人工巡檢平均一個檢測點時間約為1～2分鐘；機器人單點巡檢時間在10-30秒，同步完成數據記錄、分析、告警；

（2）巡檢流程規范性明顯提高：全覆蓋智能巡檢系統識別精度保持在98%以上，準確可靠，無人為、環境等主客觀因素干擾，實現戶內站的可視化、智能化管理與展示；

（3）巡檢覆蓋率大幅提升：人工巡檢主要對各電力柜的電流、電壓表進行查看；智能巡檢系統能夠實現對所有設備表計、開關狀態、指示燈等的全面覆蓋與智能識別，設備覆蓋率至少提升100%以上；

（4）數據處理能力顯著增強：全覆蓋智能巡檢系統能夠匯總廠區多維檢測數據進行分析、管理、告警和故障預測，摒棄了傳統人工巡檢數據分散、處理效率低的缺陷，實現高效全面智能的全新運檢模式；

（5）生產安全性明顯提高：全覆蓋智能巡檢系統能夠取代人工，將巡檢人員與高壓環境隔離開來，消除巡檢的安全隱患，實現無人化安全運檢。

4　項目創新

在企業整體運維方面，本項目基于機器人的智能巡檢系統，打破了傳統體系模式下生產時間和空間的限制，實現了以設備狀態自動感知及預測、風險實時預警、智能輔助決策、遠程生產指揮、精益過程管控為代表的實時化、跨空間運檢模式體系，并對現場設備運行狀態進行多角度、多維度的分析，優化巡檢策略、故障缺陷分析，全面推動生產管理模式方式由“事后應對”向“事前防范”轉變，“分散現場管控”向“集約遠程指揮”轉變，“傳統人工生產”向“數據智能驅動”轉變，顯著提升了管理效率。

（1）設備信息數字化

利用機器人自主運行的特點，強化現場數據的智能采集、實時傳輸和自動分析，實現人機信息自動交互、設備狀態實時掌握、狀態異常提前預警、研判評估、輔助診斷等，全面提升設備狀態管控力；強化在線監測技術應用水平，拓展在線監測范圍，提升在線監測的可靠性、穩定性和實用性；全面實現對設備運行狀態的實時感知、監視預警。

（2）診斷評估智能化

立足于實際應用，從質量、安全、效率、經濟性等方面構造效益評價指標，針對不同環境特點，構建機器人和人工巡檢相結合的立體化巡檢模式體系；基于機器人獲取的高度一致性檢測數據，從時間趨勢上對設備故障進行預判，實現故障的提前預警和主動運維。

（3）設備巡視高效化

以設備狀態自動采集、實時診斷、可視化和遠程監護為基礎，將運維現場動態實時置前，推進巡檢業務監控管理與巡檢現場作業同步，提高巡檢作業效率和質量，輔助運維策略制定和計劃執行跟蹤，顯著提升設備狀態管控能力和巡檢管理穿透力。

近年來，智能巡檢機器人得到迅猛發展，但由于石油化工行業的特殊性，其在該行業的應用仍處于起步階段，在海外的應用也還處于空白期。通過該項目的實施與應用，驗證了采用多種機器人的聯合巡檢，并結合數字孿生、AI智能算法構成的整體解決方案，能夠很好地滿足石油化工企業的智能化、無人化巡檢的需求，將大幅提升運營安全與巡檢效率。可以預見，這將成為我國高端裝備進軍海外的有利契機。

摘自《自動化博覽》2023年11月刊