★中控技術(shù)股份有限公司

2023年，中控技術(shù)積極參與實(shí)施中東某大型石油公司“基于機器人技術(shù)的廠(chǎng)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(chǎn)品與技術(shù)進(jìn)行融合，并結合現場(chǎng)特殊的應用場(chǎng)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(chǎng)生產(chǎn)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(zhì)量容易受到如漏檢、誤檢或遇到惡劣氣候環(huán)境時(shí)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(wèn)題，更為嚴重地則會(huì )引起重大安全事故，造成不可彌補的巨大損失。

基于上述問(wèn)題，該天然氣處理廠(chǎng)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(xué)習等技術(shù)，實(shí)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(yè)。同時(shí)，通過(guò)數字孿生技術(shù)實(shí)現泄漏點(diǎn)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(wù)。

2　案例實(shí)施與應用

本項目結合現場(chǎng)不同的場(chǎng)景需求，采用多種機器人系統完成各類(lèi)巡檢工作。

對于防爆需求場(chǎng)景，該項目采用中控自主研發(fā)的輪式防爆巡檢機器人，該機器人可以按照預先設定的線(xiàn)路、巡檢內容、報警規則、巡檢日程自動(dòng)執行巡檢工作。巡檢過(guò)程中，機器人利用自身搭載的熱成像、可見(jiàn)光、聲音等傳感器對儲罐、管道等檢測對象進(jìn)行掃描，獲取各類(lèi)巡檢數據，并利用自身攜帶的相關(guān)AI算法對這些數據進(jìn)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(fā)報警。同時(shí)，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(wú)線(xiàn)氣體檢測儀等固定式智能傳感器，機器人巡檢時(shí)可獲取這些傳感器采集的數據，進(jìn)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(chǎng)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(lái)實(shí)現巡檢任務(wù)。針對化工廠(chǎng)配電間巡檢，采用室內輪式巡檢機器人，綜合運用激光無(wú)軌導航、圖像智能識別與分析、多傳感器融合等技術(shù)，可代替人工完成室內特定環(huán)境下的設備檢測及環(huán)境監測工作。對于室外非防爆環(huán)境，采用四足機器人展開(kāi)指定區域巡檢工作，協(xié)助物業(yè)、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(jué)”多維度融合檢測技術(shù)，不僅能夠對氣體泄漏故障進(jìn)行快速識別，還能對泄漏點(diǎn)進(jìn)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(guò)激光3D建模技術(shù)，搭建廠(chǎng)區數字孿生平臺，并實(shí)時(shí)顯示巡檢、報警信息，通過(guò)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(hù)能夠在第一時(shí)間確定氣體泄漏與異常排放發(fā)生的具體位置，及時(shí)采取處置措施。

圖6 廠(chǎng)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(shí)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(shí)，系統還支持多種操作系統，并可與廠(chǎng)區的DCS/SCADA系統實(shí)現數據互聯(lián)。

3　項目效益

（1）巡檢效率顯著(zhù)提高：考慮對數據的查看、記錄、歸檔時(shí)間，人工巡檢平均一個(gè)檢測點(diǎn)時(shí)間約為1～2分鐘；機器人單點(diǎn)巡檢時(shí)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(wú)人為、環(huán)境等主客觀(guān)因素干擾，實(shí)現戶(hù)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(jìn)行查看；智能巡檢系統能夠實(shí)現對所有設備表計、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、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(zhù)增強：全覆蓋智能巡檢系統能夠匯總廠(chǎng)區多維檢測數據進(jìn)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(shí)現高效全面智能的全新運檢模式；

（5）生產(chǎn)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(huán)境隔離開(kāi)來(lái)，消除巡檢的安全隱患，實(shí)現無(wú)人化安全運檢。

4　項目創(chuàng )新

在企業(yè)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(chǎn)時(shí)間和空間的限制，實(shí)現了以設備狀態(tài)自動(dòng)感知及預測、風(fēng)險實(shí)時(shí)預警、智能輔助決策、遠程生產(chǎn)指揮、精益過(guò)程管控為代表的實(shí)時(shí)化、跨空間運檢模式體系，并對現場(chǎng)設備運行狀態(tài)進(jìn)行多角度、多維度的分析，優(yōu)化巡檢策略、故障缺陷分析，全面推動(dòng)生產(chǎn)管理模式方式由“事后應對”向“事前防范”轉變，“分散現場(chǎng)管控”向“集約遠程指揮”轉變，“傳統人工生產(chǎn)”向“數據智能驅動(dòng)”轉變，顯著(zhù)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(diǎn)，強化現場(chǎng)數據的智能采集、實(shí)時(shí)傳輸和自動(dòng)分析，實(shí)現人機信息自動(dòng)交互、設備狀態(tài)實(shí)時(shí)掌握、狀態(tài)異常提前預警、研判評估、輔助診斷等，全面提升設備狀態(tài)管控力；強化在線(xiàn)監測技術(shù)應用水平，拓展在線(xiàn)監測范圍，提升在線(xiàn)監測的可靠性、穩定性和實(shí)用性；全面實(shí)現對設備運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知、監視預警。

（2）診斷評估智能化

立足于實(shí)際應用，從質(zhì)量、安全、效率、經(jīng)濟性等方面構造效益評價(jià)指標，針對不同環(huán)境特點(diǎn)，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(shí)間趨勢上對設備故障進(jìn)行預判，實(shí)現故障的提前預警和主動(dòng)運維。

（3）設備巡視高效化

以設備狀態(tài)自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)診斷、可視化和遠程監護為基礎，將運維現場(chǎng)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)置前，推進(jìn)巡檢業(yè)務(wù)監控管理與巡檢現場(chǎng)作業(yè)同步，提高巡檢作業(yè)效率和質(zhì)量，輔助運維策略制定和計劃執行跟蹤，顯著(zhù)提升設備狀態(tài)管控能力和巡檢管理穿透力。

近年來(lái)，智能巡檢機器人得到迅猛發(fā)展，但由于石油化工行業(yè)的特殊性，其在該行業(yè)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(guò)該項目的實(shí)施與應用，驗證了采用多種機器人的聯(lián)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(mǎn)足石油化工企業(yè)的智能化、無(wú)人化巡檢的需求，將大幅提升運營(yíng)安全與巡檢效率?？梢灶A見(jiàn)，這將成為我國高端裝備進(jìn)軍海外的有利契機。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年11月刊