★南京科遠智慧科技集團股份有限公司張滌，雷華錦，高佳

★中國大唐集團有限公司南京發(fā)電廠(chǎng)劉峰，張笑

關(guān)鍵詞：機器人；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(chǎng)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)，導致煤炭的管理同樣是讓電廠(chǎng)很頭疼的一件事。煤炭在經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的運輸及存儲之后，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。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(kāi)始煤的溫度只會(huì )稍高于環(huán)境溫度，但如果沒(méi)有監測系統可能在其上升到400攝氏度時(shí)也無(wú)法察覺(jué)，直到其引起火焰燃燒。這樣不僅對工作人員安全造成威脅，還可能對運行皮帶造成損壞，甚至造成更大面積的損失，發(fā)電完全中斷等。在預氧化過(guò)程中，還會(huì )產(chǎn)生大量的甲烷和一氧化碳氣體，這些有毒氣體讓滅火變得更加艱難。

近年來(lái)，國內各大發(fā)電企業(yè)先后對占火電廠(chǎng)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(xiàn)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、穩定性偏弱，誤報、漏報現象時(shí)有發(fā)生，視頻監視大量盲區，無(wú)法及時(shí)快速追蹤現場(chǎng)情況等諸多問(wèn)題，具體表現在：

（1）作業(yè)現場(chǎng)往往環(huán)境較差，工作人員很難做到每天出入設備區去檢查設備安全，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(wèn)題日益突出；

（3）出現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測、統一的調度；

（5）人工巡檢紙面的報告反饋滯后，巡檢結果通常也難以綜合分析。

1.2　建設目標

目前燃料全流程的管理系統，集成了三維、自動(dòng)控制、業(yè)務(wù)流、智能檢測、智能識別等先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)現了燃料系統的統一管理、機械設備的自動(dòng)運行、數據信息的智能分析，真正意義上做到了無(wú)人值守、少人監盤(pán)的效果。

其中智能巡檢機器人則是根據企業(yè)生產(chǎn)實(shí)現無(wú)人化、少人化的建設目標，結合企業(yè)生產(chǎn)管理現狀，啟動(dòng)以運行巡檢智能化建設為切入點(diǎn)的智慧生產(chǎn)建設，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。

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

圖1 系統架構

2　案例背景

大唐南京發(fā)電廠(chǎng)是大唐江蘇發(fā)電有限公司下屬三級企業(yè)，始建于1910年，是中國第一家官辦發(fā)電廠(chǎng)，1997年，建設兩臺125MW燃煤機組。

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

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

圖2 監控平臺

3　案例實(shí)施與應用

掛軌機器人系統由掛軌巡檢機器人本體、軌道平臺、供電平臺、通信平臺、定位系統、后臺監控平臺等組成。系統結構可分為三層，分別為執行層、通訊層和管理層。執行層包括了智能掛軌巡檢機器人本體、自主充電模塊、第三方數據傳感設備等，實(shí)現智能機器人的數據采集、自主充電等功能。通訊層可分為無(wú)線(xiàn)通訊和主網(wǎng)通訊兩大部分，無(wú)線(xiàn)通訊滿(mǎn)足巡檢區域的網(wǎng)絡(luò )全覆蓋，保證機器人在任何位置都能實(shí)現無(wú)障礙通信。管理層包含機器人后臺、監控中心等，主要功能有數據分析、任務(wù)編排下達和歷史數據查詢(xún)等。主要包含以下功能：

圖3 巡檢機器人

（1）視頻監控

智能掛軌巡檢機器人自身具有可見(jiàn)光與紅外視頻圖像采集功能，工作人員可通過(guò)監控平臺操作智能巡檢機器人移動(dòng)到指定位置，控制云臺自由轉動(dòng)，可實(shí)現近距離地觀(guān)察拍攝目標物體，將監控范圍覆蓋到盲區。機器人可拍攝出現場(chǎng)各種設備高清圖像和紅外熱成像，并將采集到的信息經(jīng)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸到控制云臺，利用AI智能算法自動(dòng)識別現場(chǎng)各種設備是否有異常情況，如儀表識別、皮帶機異常、結構異常、皮帶撕裂、皮帶跑偏、拋灑滴漏等識別，并產(chǎn)生相應報警，工作人員在第一時(shí)間查清問(wèn)題原因，并采取相應措施，避免事故發(fā)生。

（2）紅外測溫功能

智能掛軌巡檢機器人可以在任何時(shí)間，通過(guò)車(chē)載紅外熱像儀對現場(chǎng)的運行設備的溫度進(jìn)行測量，同量通過(guò)紅外圖片標識設備最高點(diǎn)位置及溫度值?？捎糜诿悍蹨囟?、滾輪溫度、電機溫度等的監測。當被檢測設備溫度超過(guò)設定溫度值時(shí)，機器人能夠自動(dòng)報警，工作人員便可到故障地點(diǎn)實(shí)地查看，并采取相應措施。車(chē)載溫度傳感器選用高性能紅外攝像頭，測溫測量范圍為-20℃～550℃。這些檢測紅外圖片存儲到系統數據庫中，為之后的事故處理提供依據。

圖4 監視畫(huà)面

（3）現場(chǎng)環(huán)境監測

掛軌巡檢機器人攜帶有氣體探測器與溫濕度傳感器，可以隨時(shí)對現場(chǎng)環(huán)境的空氣環(huán)境與溫濕度進(jìn)行分析并得出結果，氣體分析包括檢測空氣含氧（O2）量濃度、環(huán)境空氣煙霧顆粒物（PM2.5，PM10，煙霧）以及有毒與可燃氣體（CO，H2S，CH4）濃度大小?？扇斯ぴO置檢測氣體深度報警的限值，超過(guò)限值后立即發(fā)出燈光報警，以防止由于工作人員對現場(chǎng)環(huán)境的誤判，造成生命危險。

（4）常規及特殊巡檢

智能掛軌巡檢機器人可進(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)巡檢可以根據指定的路徑和指定的巡檢目標點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)巡檢，只需要設定巡檢路徑并啟動(dòng)自動(dòng)巡檢即可使機器人自動(dòng)完成巡檢任務(wù)。巡檢過(guò)程中機器人每到一個(gè)巡檢工作位置，能自動(dòng)準確停車(chē)探測，做完規定的動(dòng)作后再按照路徑自動(dòng)往下一個(gè)巡檢目標點(diǎn)前進(jìn)，全程不需要人工操作控制，由機器人全自動(dòng)完成巡檢作業(yè)，并自動(dòng)記錄并保存所采集到的數據。

（5）無(wú)人化自主充電

掛軌巡檢機器人本體自帶電池電量檢測保護，在系統出現低電量報警時(shí)，自主運行到充電點(diǎn)進(jìn)行充電。

（6）自身安全防護

掛軌巡檢機器人采用光電避障系統，能對障礙物和巡檢區域內工作人員進(jìn)行探測，遇到障礙物系統會(huì )自動(dòng)避障并發(fā)出報警。同時(shí)系統增加失電防遛鎖止結構，以防止斷電設備因重力滑動(dòng)，造成人身安全或設備損壞等事故發(fā)生。機器人在明顯位置安裝有警示燈，通過(guò)警示燈的不同顏色來(lái)表示掛軌巡檢機器人當前的各種狀態(tài)，提醒巡檢區域內工作人員注意。

（7）交互式對講指揮

當現場(chǎng)設備發(fā)生復雜或者非常規問(wèn)題，現場(chǎng)工作人員不能解決時(shí)，通過(guò)智能掛軌巡檢機器人的視頻設備和語(yǔ)音設備可實(shí)現現場(chǎng)工作人員與遠端專(zhuān)家的即時(shí)交互，由專(zhuān)家來(lái)指導和協(xié)助現場(chǎng)工作人員，有助于問(wèn)題的現場(chǎng)解決。交互式對講指揮功能采用雙向對講廣播系統，支持雙向對講和錄音回放功能，完全滿(mǎn)足主控室和現場(chǎng)的音視頻實(shí)時(shí)交流。

4　應用創(chuàng )新性

（1）機器人本體高防護

現場(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(kāi)發(fā)的巡檢機器人獨特的雙層防護，一方面機器人本體外部有一套外殼防護，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(zhuān)門(mén)設計了單獨密閉的“控制艙”“電池艙”，確保任何苛刻環(huán)境下機器人可以正常工作，可實(shí)現真正意義上的IP67防護。

（2）智能圖像算法

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

（3）可升降云臺

智能巡檢機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，雖然云臺本身具備3600水平旋轉、±900反轉，但對于廊道內眾多設備還是有一定的死角，因此本次巡檢機器人設計增加了巡檢云臺垂直方向的伸縮臂，大大地提升了其巡檢范圍。

圖5 升降臂

（4）清潔裝置

由于機器人、軌道長(cháng)期處于高粉塵的環(huán)境中，一段時(shí)間均會(huì )出現一定量的積灰的情況，為了避免積灰影響機器人正常巡檢，本次機器人設計巡檢鏡頭、軌道均配備了清灰刷，同時(shí)也為巡檢機器人本體配備了清潔小屋，能夠實(shí)現機器人的一鍵清洗，同時(shí)清洗廢水可自動(dòng)收集排放。

（5）傳動(dòng)的升級

目前很多機器人采用的傳動(dòng)方式均為齒輪傳動(dòng)，但長(cháng)時(shí)間受到煤粉的侵染磨損比較嚴重。本次巡檢機器人設計采用了皮帶式軟傳動(dòng)，大大減少了煤粉對其的影響，保證機器人的安全穩定性。

5　效益分析

科遠智能掛軌巡檢機器人在大唐集團有限公司南京發(fā)電廠(chǎng)成功應用，一定程度上代替人工完成設備的巡檢工作，從而減輕了值班人員的工作強度，減少運維人員投入，降低人員成本；同時(shí)巡檢機器人能夠提供更安全、高效、精確的巡檢服務(wù)；能夠實(shí)時(shí)拍攝和記錄巡檢過(guò)程中的各項細節，便于事后分析和問(wèn)題排查，還可作為證據進(jìn)行監督和監控；能夠在設備發(fā)生故障時(shí)立即發(fā)出警報，有助于實(shí)時(shí)監控設備狀態(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(zhù)科技的不斷發(fā)展，巡檢機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