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★南京科遠(yuǎn)智慧科技集團(tuán)股份有限公司張滌，雷華錦，高佳

★中國(guó)大唐集團(tuán)有限公司南京發(fā)電廠劉峰，張笑

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；輸煤皮帶；無(wú)人值守；智能巡檢

1　前言

1.1　行業(yè)痛點(diǎn)

煤炭作為電廠的“動(dòng)力之源”，其重要程度不言而喻，但由于其特殊的性質(zhì)，導(dǎo)致煤炭的管理同樣是讓電廠很頭疼的一件事。煤炭在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸及存儲(chǔ)之后，由于水分的揮發(fā)、壓實(shí)程度的變化等因素影響變得更加危險(xiǎn)。自燃可能發(fā)生在任何堆煤或輸煤的地方，在輸煤傳送帶系統(tǒng)上發(fā)生的概率更高。煤會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生氧化，引發(fā)溫度升高。剛開始煤的溫度只會(huì)稍高于環(huán)境溫度，但如果沒有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能在其上升到400攝氏度時(shí)也無(wú)法察覺，直到其引起火焰燃燒。這樣不僅對(duì)工作人員安全造成威脅，還可能對(duì)運(yùn)行皮帶造成損壞，甚至造成更大面積的損失，發(fā)電完全中斷等。在預(yù)氧化過程中，還會(huì)產(chǎn)生大量的甲烷和一氧化碳?xì)怏w，這些有毒氣體讓滅火變得更加艱難。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大發(fā)電企業(yè)先后對(duì)占火電廠70%以上成本的燃料業(yè)務(wù)進(jìn)行了全面深入的信息化、自動(dòng)化、智能化建設(shè)并取得了良好的使用效果。但是，輸煤廊道的巡檢工作作為燃料輸送線業(yè)務(wù)的重要部分，勞動(dòng)任務(wù)繁重，環(huán)境條件惡劣，目前仍然采用傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式，存在效率偏低，及時(shí)性、安全性不高，可靠性、穩(wěn)定性偏弱，誤報(bào)、漏報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，視頻監(jiān)視大量盲區(qū)，無(wú)法及時(shí)快速追蹤現(xiàn)場(chǎng)情況等諸多問題，具體表現(xiàn)在：

（1）作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)往往環(huán)境較差，工作人員很難做到每天出入設(shè)備區(qū)去檢查設(shè)備安全，巡檢的及時(shí)性很難得到保障；

（2）巡檢環(huán)境惡劣，巡檢工人招工難的問題日益突出；

（3）出現(xiàn)惡劣天氣或者有安全隱患的情況下人員無(wú)法及時(shí)實(shí)施巡檢作業(yè)；

（4）人工巡檢通常缺少提前的預(yù)測(cè)、統(tǒng)一的調(diào)度；

（5）人工巡檢紙面的報(bào)告反饋滯后，巡檢結(jié)果通常也難以綜合分析。

1.2　建設(shè)目標(biāo)

目前燃料全流程的管理系統(tǒng)，集成了三維、自動(dòng)控制、業(yè)務(wù)流、智能檢測(cè)、智能識(shí)別等先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了燃料系統(tǒng)的統(tǒng)一管理、機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行、數(shù)據(jù)信息的智能分析，真正意義上做到了無(wú)人值守、少人監(jiān)盤的效果。

其中智能巡檢機(jī)器人則是根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)無(wú)人化、少人化的建設(shè)目標(biāo)，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，啟動(dòng)以運(yùn)行巡檢智能化建設(shè)為切入點(diǎn)的智慧生產(chǎn)建設(shè)，踐行創(chuàng)新型、智慧化、安全一流大背景下智能管控的價(jià)值創(chuàng)造。

智能巡檢機(jī)器人，旨在充分利用智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)其靈活的控制與運(yùn)行方式、不受環(huán)境因素影響等優(yōu)勢(shì)，逐漸在無(wú)人值班或少人值守的管理模式下執(zhí)行巡檢任務(wù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備缺陷，預(yù)防事故發(fā)生，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2　案例背景

大唐南京發(fā)電廠是大唐江蘇發(fā)電有限公司下屬三級(jí)企業(yè)，始建于1910年，是中國(guó)第一家官辦發(fā)電廠，1997年，建設(shè)兩臺(tái)125MW燃煤機(jī)組。

電廠擁有8條輸煤皮帶運(yùn)輸線，其中包括：6條入廠皮帶線1#、2#、3/4#、5/6#；4條入爐皮帶線7#A/B、8#A/B、9#A/B，共計(jì)：1500米，主要以人工巡檢為主。

本次項(xiàng)目改造，大唐南京發(fā)電廠8條輸煤皮帶，全部安裝科遠(yuǎn)公司智能掛軌巡檢機(jī)器人系統(tǒng)。

圖2 監(jiān)控平臺(tái)

3　案例實(shí)施與應(yīng)用

掛軌機(jī)器人系統(tǒng)由掛軌巡檢機(jī)器人本體、軌道平臺(tái)、供電平臺(tái)、通信平臺(tái)、定位系統(tǒng)、后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為三層，分別為執(zhí)行層、通訊層和管理層。執(zhí)行層包括了智能掛軌巡檢機(jī)器人本體、自主充電模塊、第三方數(shù)據(jù)傳感設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人的數(shù)據(jù)采集、自主充電等功能。通訊層可分為無(wú)線通訊和主網(wǎng)通訊兩大部分，無(wú)線通訊滿足巡檢區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，保證機(jī)器人在任何位置都能實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙通信。管理層包含機(jī)器人后臺(tái)、監(jiān)控中心等，主要功能有數(shù)據(jù)分析、任務(wù)編排下達(dá)和歷史數(shù)據(jù)查詢等。主要包含以下功能：

圖3 巡檢機(jī)器人

（1）視頻監(jiān)控

智能掛軌巡檢機(jī)器人自身具有可見光與紅外視頻圖像采集功能，工作人員可通過監(jiān)控平臺(tái)操作智能巡檢機(jī)器人移動(dòng)到指定位置，控制云臺(tái)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)近距離地觀察拍攝目標(biāo)物體，將監(jiān)控范圍覆蓋到盲區(qū)。機(jī)器人可拍攝出現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備高清圖像和紅外熱成像，并將采集到的信息經(jīng)無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂圃婆_(tái)，利用AI智能算法自動(dòng)識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備是否有異常情況，如儀表識(shí)別、皮帶機(jī)異常、結(jié)構(gòu)異常、皮帶撕裂、皮帶跑偏、拋灑滴漏等識(shí)別，并產(chǎn)生相應(yīng)報(bào)警，工作人員在第一時(shí)間查清問題原因，并采取相應(yīng)措施，避免事故發(fā)生。

（2）紅外測(cè)溫功能

智能掛軌巡檢機(jī)器人可以在任何時(shí)間，通過車載紅外熱像儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備的溫度進(jìn)行測(cè)量，同量通過紅外圖片標(biāo)識(shí)設(shè)備最高點(diǎn)位置及溫度值?？捎糜诿悍蹨囟?、滾輪溫度、電機(jī)溫度等的監(jiān)測(cè)。當(dāng)被檢測(cè)設(shè)備溫度超過設(shè)定溫度值時(shí)，機(jī)器人能夠自動(dòng)報(bào)警，工作人員便可到故障地點(diǎn)實(shí)地查看，并采取相應(yīng)措施。車載溫度傳感器選用高性能紅外攝像頭，測(cè)溫測(cè)量范圍為-20℃～550℃。這些檢測(cè)紅外圖片存儲(chǔ)到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，為之后的事故處理提供依據(jù)。

圖4 監(jiān)視畫面

（3）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)

掛軌巡檢機(jī)器人攜帶有氣體探測(cè)器與溫濕度傳感器，可以隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的空氣環(huán)境與溫濕度進(jìn)行分析并得出結(jié)果，氣體分析包括檢測(cè)空氣含氧（O2）量濃度、環(huán)境空氣煙霧顆粒物（PM2.5，PM10，煙霧）以及有毒與可燃?xì)怏w（CO，H2S，CH4）濃度大小。可人工設(shè)置檢測(cè)氣體深度報(bào)警的限值，超過限值后立即發(fā)出燈光報(bào)警，以防止由于工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的誤判，造成生命危險(xiǎn)。

（4）常規(guī)及特殊巡檢

智能掛軌巡檢機(jī)器人可進(jìn)行定時(shí)巡檢、定點(diǎn)巡檢、指定任務(wù)臨時(shí)巡檢、遙控巡檢等多種巡檢方式。常用的定點(diǎn)巡檢可以根據(jù)指定的路徑和指定的巡檢目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)巡檢，只需要設(shè)定巡檢路徑并啟動(dòng)自動(dòng)巡檢即可使機(jī)器人自動(dòng)完成巡檢任務(wù)。巡檢過程中機(jī)器人每到一個(gè)巡檢工作位置，能自動(dòng)準(zhǔn)確停車探測(cè)，做完規(guī)定的動(dòng)作后再按照路徑自動(dòng)往下一個(gè)巡檢目標(biāo)點(diǎn)前進(jìn)，全程不需要人工操作控制，由機(jī)器人全自動(dòng)完成巡檢作業(yè)，并自動(dòng)記錄并保存所采集到的數(shù)據(jù)。

（5）無(wú)人化自主充電

掛軌巡檢機(jī)器人本體自帶電池電量檢測(cè)保護(hù)，在系統(tǒng)出現(xiàn)低電量報(bào)警時(shí)，自主運(yùn)行到充電點(diǎn)進(jìn)行充電。

（6）自身安全防護(hù)

掛軌巡檢機(jī)器人采用光電避障系統(tǒng)，能對(duì)障礙物和巡檢區(qū)域內(nèi)工作人員進(jìn)行探測(cè)，遇到障礙物系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)避障并發(fā)出報(bào)警。同時(shí)系統(tǒng)增加失電防遛鎖止結(jié)構(gòu)，以防止斷電設(shè)備因重力滑動(dòng)，造成人身安全或設(shè)備損壞等事故發(fā)生。機(jī)器人在明顯位置安裝有警示燈，通過警示燈的不同顏色來(lái)表示掛軌巡檢機(jī)器人當(dāng)前的各種狀態(tài)，提醒巡檢區(qū)域內(nèi)工作人員注意。

（7）交互式對(duì)講指揮

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)生復(fù)雜或者非常規(guī)問題，現(xiàn)場(chǎng)工作人員不能解決時(shí)，通過智能掛軌巡檢機(jī)器人的視頻設(shè)備和語(yǔ)音設(shè)備可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工作人員與遠(yuǎn)端專家的即時(shí)交互，由專家來(lái)指導(dǎo)和協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)工作人員，有助于問題的現(xiàn)場(chǎng)解決。交互式對(duì)講指揮功能采用雙向?qū)χv廣播系統(tǒng)，支持雙向?qū)χv和錄音回放功能，完全滿足主控室和現(xiàn)場(chǎng)的音視頻實(shí)時(shí)交流。

4　應(yīng)用創(chuàng)新性

（1）機(jī)器人本體高防護(hù)

現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境比較惡劣，處于高粉塵、高濕度、高溫差的環(huán)境下。本次開發(fā)的巡檢機(jī)器人獨(dú)特的雙層防護(hù)，一方面機(jī)器人本體外部有一套外殼防護(hù)，另一方面重點(diǎn)控制元件，比如控制器、通訊板、鋰電池等，為此專門設(shè)計(jì)了單獨(dú)密閉的“控制艙”“電池艙”，確保任何苛刻環(huán)境下機(jī)器人可以正常工作，可實(shí)現(xiàn)真正意義上的IP67防護(hù)。

（2）智能圖像算法

機(jī)器人巡檢過程中對(duì)于很多場(chǎng)景異常的判斷均需通過圖像分析判斷，比如人員形態(tài)、設(shè)備異常、泄漏、溫度異常等，需要通過不斷的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，不斷提高識(shí)別的準(zhǔn)確率，是真正意義上的人工智能算法。

（3）可升降云臺(tái)

智能巡檢機(jī)器人為軌道式安裝方式，其巡檢視角只能以皮帶的斜上方的角度進(jìn)行巡視，雖然云臺(tái)本身具備3600水平旋轉(zhuǎn)、±900反轉(zhuǎn)，但對(duì)于廊道內(nèi)眾多設(shè)備還是有一定的死角，因此本次巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)增加了巡檢云臺(tái)垂直方向的伸縮臂，大大地提升了其巡檢范圍。

圖5 升降臂

（4）清潔裝置

由于機(jī)器人、軌道長(zhǎng)期處于高粉塵的環(huán)境中，一段時(shí)間均會(huì)出現(xiàn)一定量的積灰的情況，為了避免積灰影響機(jī)器人正常巡檢，本次機(jī)器人設(shè)計(jì)巡檢鏡頭、軌道均配備了清灰刷，同時(shí)也為巡檢機(jī)器人本體配備了清潔小屋，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的一鍵清洗，同時(shí)清洗廢水可自動(dòng)收集排放。

（5）傳動(dòng)的升級(jí)

目前很多機(jī)器人采用的傳動(dòng)方式均為齒輪傳動(dòng)，但長(zhǎng)時(shí)間受到煤粉的侵染磨損比較嚴(yán)重。本次巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)采用了皮帶式軟傳動(dòng)，大大減少了煤粉對(duì)其的影響，保證機(jī)器人的安全穩(wěn)定性。

5　效益分析

科遠(yuǎn)智能掛軌巡檢機(jī)器人在大唐集團(tuán)有限公司南京發(fā)電廠成功應(yīng)用，一定程度上代替人工完成設(shè)備的巡檢工作，從而減輕了值班人員的工作強(qiáng)度，減少運(yùn)維人員投入，降低人員成本；同時(shí)巡檢機(jī)器人能夠提供更安全、高效、精確的巡檢服務(wù)；能夠?qū)崟r(shí)拍攝和記錄巡檢過程中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)，便于事后分析和問題排查，還可作為證據(jù)進(jìn)行監(jiān)督和監(jiān)控；能夠在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)立即發(fā)出警報(bào)，有助于實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)采取措施進(jìn)行維修和改進(jìn)，避免事故的發(fā)生。

隨著科技的不斷發(fā)展，巡檢機(jī)器人的功能還將不斷拓展和完善，將為各行業(yè)帶來(lái)更多便利和效益。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年11月刊