基于人工智能技術(shù)的火電廠皮帶機(jī)智能巡檢系統(tǒng)分析

楊新杭

（北京匯力智能科技有限公司，北京 100070）

輸煤系統(tǒng)是火力發(fā)電的重要環(huán)節(jié)，快速、穩(wěn)定的原煤供給是機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提。而皮帶機(jī)設(shè)備運(yùn)行故障、堵煤和原煤自燃等情況會(huì)給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重安全隱患，因此需對輸煤系統(tǒng)進(jìn)行日常巡檢。

傳統(tǒng)的輸煤皮帶系統(tǒng)人工巡檢方式，存在很多弊端：

（1）電廠輸煤系統(tǒng)范圍廣、設(shè)備多，環(huán)境狀況復(fù)雜，有的皮帶爬坡大，爬升高（高度達(dá)50m以上）人工巡檢需要大量人力和物力，員工年齡日增，后繼無人。

（2）人工巡檢結(jié)果受主觀因素影響較大，效率偏低，及時(shí)性、安全性不高，誤報(bào)、漏報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

（3）視頻監(jiān)視系統(tǒng)無法智能判斷和及時(shí)快速追蹤現(xiàn)場情況。且視頻系統(tǒng)同樣需要中控室人員集中監(jiān)視，存在因精神不集中而錯(cuò)過畫面的情況。

（4）對于落煤管堵煤、皮帶跑偏、縱撕、表面破損等輸煤系統(tǒng)的痛點(diǎn)和隱患，電廠目前應(yīng)用的常規(guī)接觸式傳感器保護(hù)實(shí)時(shí)性差、檢測成功率低，且易對皮帶造成物理損壞。

隨著人工智能技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，在環(huán)境惡劣的場所或人工重復(fù)勞動(dòng)強(qiáng)度大的場合使用機(jī)器人代替人工成為當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的趨勢。面對電廠智慧化轉(zhuǎn)型的迫切需要，亟需引入先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)、智能化與數(shù)字化等技術(shù)，提高巡檢運(yùn)維的管理水平。研制一款巡檢實(shí)時(shí)性強(qiáng)（避免長時(shí)間充電）、可靠性高的巡檢機(jī)器人，以及一批針對落煤管堵煤、皮帶跑偏、縱撕、表面破損等實(shí)施有效智能檢測診斷的智能硬件終端，結(jié)合5G通訊傳輸技術(shù)，共同組成智能無人巡檢系統(tǒng)，替代人工巡檢，提高皮帶機(jī)保護(hù)水平及安全運(yùn)行水平是十分必要的。

1 智能巡檢系統(tǒng)的建設(shè)原則

建設(shè)一套基于智能巡檢機(jī)器人、圖像識(shí)別技術(shù)和新型檢測原理，并利用廠內(nèi)5G專網(wǎng)實(shí)施數(shù)據(jù)高速可靠傳輸?shù)钠C(jī)智能保護(hù)硬件系統(tǒng)（下文簡稱：皮帶機(jī)智能巡檢系統(tǒng)），覆蓋輸煤系統(tǒng)C-1AB、C-2AB、C-3AB皮帶，對輸煤皮帶跑偏、表面破損、撕裂、落煤管堵煤等進(jìn)行智能檢測分析與報(bào)警，避免輸煤皮帶撕裂、斷帶以及減少因經(jīng)常性跑偏造成的皮帶異常磨損，提高輸煤系統(tǒng)安全性和生產(chǎn)效率，減少皮帶磨損、降低輸煤皮帶更換成本。

通過移動(dòng)式巡檢機(jī)器人和智能硬件終端的應(yīng)用，自動(dòng)采集輸煤系統(tǒng)中生產(chǎn)區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)和各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，能夠準(zhǔn)確判別環(huán)境危險(xiǎn)狀況、設(shè)備故障、設(shè)備異常趨勢并主動(dòng)報(bào)警，以5G實(shí)時(shí)通信的方式將處理結(jié)果反饋給中控，徹底消除安全隱患，切實(shí)提高生產(chǎn)效率，提升企業(yè)的安全生產(chǎn)管理水平。

2 簡要方案介紹

2.1 索道式巡檢機(jī)器人

在皮帶機(jī)沿線間隔一定距離布設(shè)門式索道支架，支架橫梁下方掛載鋼絲繩，在皮帶機(jī)頭部轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)設(shè)置索道驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，索道巡檢機(jī)器人固定在鋼絲繩上，隨著驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)器人隨鋼絲繩移動(dòng)，在皮帶機(jī)上方沿線運(yùn)行。機(jī)器人搭載高清攝像頭、紅外熱成像儀、環(huán)境監(jiān)測儀、拾音器等儀器，采集沿途設(shè)備視頻數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)（氣體或粉塵濃度）、噪聲特征數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)機(jī)器人主控處理后，將檢測結(jié)果通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至中控服務(wù)器。

圖1 皮帶機(jī)智能保護(hù)終端系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 索道巡檢機(jī)器人示意圖

在轉(zhuǎn)運(yùn)站驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)附近設(shè)置無線充電基座，機(jī)器人可自主行走至無線充電基座，通過無線方式補(bǔ)充電能，避免傳統(tǒng)充電方式可能引起的火花。同時(shí)，該無線充電基座集成了通信裝置，機(jī)器人在充電時(shí)，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及充電狀態(tài)監(jiān)控。

2.2 落煤管堵煤監(jiān)測智能硬件

通過在落煤管內(nèi)部不同高度處，陣列式布置十幾組低電壓安全電極，系統(tǒng)利用靜態(tài)煤炭弱導(dǎo)電性，智能檢測落煤管中的堵煤狀態(tài)及位置，并將堵煤信息通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至中控服務(wù)器。

圖3 落煤管堵煤智能監(jiān)測示意圖

2.3 皮帶正面破損監(jiān)測智能硬件

通過在皮帶機(jī)張緊裝置處，固定布設(shè)一處高速高清攝像頭，監(jiān)控范圍覆蓋皮帶機(jī)正面表面，利用機(jī)器視覺識(shí)別皮帶正面的破損情況。并將識(shí)別結(jié)果通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至中控服務(wù)器。

2.4 皮帶防縱向撕裂監(jiān)測智能硬件

輸煤系統(tǒng)中皮帶撕裂是一種破壞性很大的故障，一旦發(fā)生會(huì)影響正常的煤料輸送，若不及時(shí)處理，會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

通過在皮帶機(jī)上游皮帶落料點(diǎn)附近，承載皮帶下方與回程皮帶上方之間，安裝激光線發(fā)生器和高速高清攝像頭，激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光條紋連續(xù)投射在承載皮帶背面表面，高速攝像頭與激光投射面成一定角度拍攝該激光線，采集視頻數(shù)據(jù)。當(dāng)皮帶因異物刺穿發(fā)生縱向撕裂時(shí)，激光線在皮帶撕裂處出現(xiàn)斷裂，系統(tǒng)分析圖像特征，利用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，智能判斷撕裂狀況，在第一時(shí)間向中控發(fā)出報(bào)警并停止皮帶運(yùn)行，避免事故擴(kuò)大。

圖4 皮帶正面破損智能監(jiān)測示意圖

圖5 皮帶防縱向撕裂智能監(jiān)測示意圖

2.5 皮帶跑偏監(jiān)測智能硬件

皮帶機(jī)運(yùn)行過程中，皮帶跑偏是較為常見的故障，皮帶機(jī)安裝不當(dāng)、托輥粘料、皮帶松弛、煤料分布不均勻、設(shè)備異常振動(dòng)等情況均會(huì)造成皮帶跑偏，皮帶跑偏容易引起輸滾筒或托輥軸承損壞、皮帶撕裂、煤料灑落造成揚(yáng)塵等問題。

圖6 皮帶防跑偏智能監(jiān)測示意圖

通過在皮帶機(jī)上方安裝門式支架，固定布設(shè)一處高速高清攝像頭，監(jiān)控范圍覆蓋皮帶機(jī)正面表面，利用機(jī)器視覺識(shí)別皮帶邊緣及偏移程度。并將識(shí)別結(jié)果通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至中控服務(wù)器。

2.6 中控服務(wù)器與軟件平臺(tái)

研發(fā)巡檢機(jī)器人與皮帶保護(hù)智能硬件控制與管理綜合軟件平臺(tái)。軟件平臺(tái)能夠提供二次開發(fā)擴(kuò)展接口，能夠基于平臺(tái)基礎(chǔ)功能進(jìn)行二次開發(fā)。

軟件平臺(tái)能夠提供電廠輸煤系統(tǒng)機(jī)器人智能巡檢監(jiān)控畫面的實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，畫面同時(shí)支持?jǐn)?shù)字、動(dòng)畫、圖表等顯示方式；能夠提供自動(dòng)生成設(shè)備缺陷報(bào)表、巡檢任務(wù)報(bào)表功能；能夠提供實(shí)時(shí)服務(wù)、接口服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)等所有服務(wù)故障診斷功能；能夠提供趨勢查詢功能，對存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)，采用趨勢曲線的方式進(jìn)行分析；能夠具備完備的權(quán)限管理功能，主要的權(quán)限包括登錄權(quán)限、訪問權(quán)限、遠(yuǎn)程操作權(quán)限、修改權(quán)限、刪除權(quán)限等；能夠根據(jù)故障的級別建立分級優(yōu)先、分類派送、智能聯(lián)動(dòng)報(bào)警機(jī)制；研發(fā)采用B/S架構(gòu)，利用瀏覽器直接可以查看監(jiān)控畫面。

系統(tǒng)利用廠區(qū)內(nèi)建成的5G高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，可通過智能管控平臺(tái)APP方式，向輸煤管理人員推送皮帶機(jī)設(shè)備參數(shù)、設(shè)備溫度等實(shí)時(shí)信息。通過web瀏覽器登錄輸煤皮帶巡檢機(jī)器人及智能終端系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)查詢以及管理維護(hù)。

3 應(yīng)用的狀況與結(jié)果

以通遼霍林河坑口發(fā)電有限責(zé)任公司為例，該廠輸煤系統(tǒng)共有3段皮帶機(jī)走廊，共6條皮帶機(jī)三條雙路輸煤皮帶機(jī)（C-1AB、C-2AB、C-3AB）。C-2A/B皮帶機(jī)的頭尾、兩側(cè)位置空間余量能夠布置巡檢機(jī)器人基礎(chǔ)支架；6條皮帶機(jī)沿線及落煤管能夠布置跑偏、縱撕、表面破損監(jiān)測、堵煤監(jiān)測等智能硬件，安裝空間及角度合適，電源供電方便；中控室預(yù)留系統(tǒng)服務(wù)器及監(jiān)控終端位置，中控與現(xiàn)場設(shè)備通信方式采用接入廠內(nèi)5G網(wǎng)方案可行。目前設(shè)備軟硬件條件具備與待建設(shè)施配套的接口，現(xiàn)有條件下項(xiàng)目具備實(shí)施可行性。

C-1AB、C-2AB、C-3AB均新增一套功能齊全的非接觸式皮帶機(jī)智能保護(hù)檢測單元，C-2AB皮帶機(jī)新增一套索道式智能巡檢機(jī)器人。設(shè)備費(fèi)用250萬元，安裝費(fèi)用30萬元，項(xiàng)目總投資280萬元。傳統(tǒng)人工巡檢需8人，年費(fèi)用約80萬元。據(jù)此，該廠4年內(nèi)可收回投資。

綜上所述，用基于人工智能技術(shù)的皮帶機(jī)智能巡檢系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)人工巡檢模式，可產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益，具有較大的推廣意義。