基于MS體系的輸煤廊道智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

魏勇 張曉慧 賈龍 安振軍 趙喜全 馮冰

摘 要：輸煤廊道作為發(fā)電廠內(nèi)常用的一種事故多發(fā)系統(tǒng)，其巡檢操作比較繁瑣、復(fù)雜，同時(shí)，巡檢環(huán)境比較惡劣。為了降低運(yùn)維人員的工作量，使得巡檢效率和效果得以全面提升，確保輸煤系統(tǒng)運(yùn)行性能，現(xiàn)以“MS體系”應(yīng)用為例，設(shè)計(jì)一款功能完善、實(shí)用性強(qiáng)的智能巡檢系統(tǒng)。首先，針對(duì)輸煤廊道智能巡檢存在的難點(diǎn)，從軌道傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)器人平臺(tái)兩個(gè)方面入手，完成對(duì)輸煤廊道智能巡檢系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)。其次，詳細(xì)介紹了巡檢機(jī)器人常規(guī)功能以及輸煤廊道智能巡檢系統(tǒng)特有功能。結(jié)果表明：本文所設(shè)計(jì)的智能巡檢系統(tǒng)運(yùn)行正常、可靠、穩(wěn)定，各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)相關(guān)要求。希望通過(guò)這次研究，為相關(guān)人員提供有效的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：MS體系;輸煤廊道;智能巡檢系統(tǒng);設(shè)計(jì)

1輸煤廊道機(jī)器人自動(dòng)巡檢難點(diǎn)

發(fā)電廠輸煤廊道有其特殊性：（1）輸煤廊道常年處在潮濕、多粉的環(huán)境之中;（2）輸煤廊道比綜合管廊、電力電纜隧道面積大，設(shè)備多，環(huán)境復(fù)雜，有可能存在橫貫廊道的航車(chē)或跨越皮帶的通行橋（跨越橋）;（3）輸煤系統(tǒng)距離長(zhǎng)，多經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行中轉(zhuǎn)。整個(gè)輸煤系統(tǒng)從煤場(chǎng)至鍋爐煤倉(cāng)之間需經(jīng)多個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站。每2個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站之間廊道距離約200m，爬坡約18°。從一段皮帶輸送機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)站過(guò)渡到另一段皮帶輸送機(jī)時(shí)，存在垂直落差。

2輸煤廊道機(jī)器人自動(dòng)巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輸煤廊道智能巡檢系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成，分別是監(jiān)控平臺(tái)、通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等。

2.1軌道傳動(dòng)系統(tǒng)

軌道傳動(dòng)系統(tǒng)作為智能巡檢系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)之一，在具體的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)輸煤廊道所在的特殊環(huán)境，在充分結(jié)合發(fā)電廠內(nèi)輸煤廊道架構(gòu)以及環(huán)境的基礎(chǔ)上，完成對(duì)軌道傳動(dòng)系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)。同時(shí)，還要嚴(yán)格按照所繪制好的巡檢路線和軌道安裝圖，選用硬度比較高的鋁合金，并將其進(jìn)行有效地拼接[1]，或者按照隧道地形所設(shè)計(jì)好的坡度，選用耐磨損性能較高的軌道型材料。在此基礎(chǔ)上，還要將電控系統(tǒng)配置和安裝于鋼質(zhì)防火門(mén)中。通常情況下，防火門(mén)始終處于關(guān)閉狀態(tài)，一旦機(jī)器人準(zhǔn)確穿過(guò)防火門(mén)時(shí)，機(jī)器人會(huì)發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，此時(shí)，防火門(mén)根據(jù)機(jī)器人所發(fā)送的信號(hào)自動(dòng)打開(kāi)，當(dāng)機(jī)器人安全、可靠地穿過(guò)防火門(mén)時(shí)，防火門(mén)此時(shí)從開(kāi)啟狀態(tài)置于關(guān)閉狀態(tài)[2]。

2.2機(jī)器人平臺(tái)

由于輸煤廊道所處的工作環(huán)境不僅潮濕、還含有大量的粉末，機(jī)器人平臺(tái)主要由以下幾個(gè)子系統(tǒng)組成：（1）檢測(cè)系統(tǒng)。該子系統(tǒng)在具體的設(shè)計(jì)中，主要針對(duì)輸煤廊道所處的特殊工作環(huán)境，對(duì)該工作環(huán)境的溫度、粉塵濃度、可燃性氣體濃度等參數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置和調(diào)整，以保證傳感器采集功能的實(shí)現(xiàn)效果[3]。（2）動(dòng)力系統(tǒng)。根據(jù)輸煤廊道內(nèi)多種爬坡坡度數(shù)，借助機(jī)器人平臺(tái)，完成對(duì)動(dòng)力總成相關(guān)參數(shù)的自動(dòng)化配置。機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)期間，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到緩坡廊道內(nèi)，需要利用單電機(jī)工作方式;當(dāng)機(jī)器人從轉(zhuǎn)運(yùn)站安全穿過(guò)時(shí)，需要利用雙電機(jī)工作模式，使得機(jī)器人具有較高的爬坡能力。另外，機(jī)器人平臺(tái)通過(guò)充分利用電池，保證供電的穩(wěn)定性和持續(xù)性，同時(shí)，還要采用搭載電池的方式[4]，將帶電行走時(shí)間設(shè)置在8個(gè)小時(shí)以上。然后，利用電池管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池電量的自動(dòng)化、規(guī)范化監(jiān)測(cè)。一旦電池電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所設(shè)置的預(yù)設(shè)值時(shí)，機(jī)器人會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)自動(dòng)返回到相應(yīng)的充電位置，并向電池發(fā)送相應(yīng)的充電指令。（3）定位系統(tǒng)。該子系統(tǒng)在具體的設(shè)計(jì)中，主要利用進(jìn)電機(jī)編碼器，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的自動(dòng)化定位，同時(shí)，通過(guò)利用射頻識(shí)別技術(shù)，避免位置出現(xiàn)偏差現(xiàn)象，不斷提高定位精確度，使該精確度達(dá)到10mm。（4）吹掃系統(tǒng)。該子系統(tǒng)在具體的設(shè)計(jì)中，由于輸煤廊道所處環(huán)境具有潮濕、多粉塵等特點(diǎn)[5]，因此，需要將吹掃系統(tǒng)設(shè)置和安裝于機(jī)器人平臺(tái)內(nèi)，當(dāng)機(jī)器人平臺(tái)沿著所設(shè)置好的軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)期間，吹掃系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，全面清掃軌道上的雜物或者灰塵。（5）通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)在具體的設(shè)計(jì)中，主要利用無(wú)線傳輸方式，將機(jī)器人與監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行有效地連接，便于它們能夠更順暢地進(jìn)行信息交互，信息交互內(nèi)容主要包含以下兩種數(shù)據(jù)，一種是檢測(cè)數(shù)據(jù)[6]，另一種是機(jī)器人本體狀態(tài)數(shù)據(jù)。通過(guò)將多個(gè)無(wú)線基站科學(xué)、有效地安裝和部署于廊道中，從而形成一定規(guī)模的無(wú)線局域網(wǎng)，此時(shí)，監(jiān)控后臺(tái)會(huì)借助無(wú)線局域網(wǎng)，確保整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間能夠建立起良好的連接關(guān)系，便于作業(yè)人員借助這些設(shè)備更好地傳輸和訪問(wèn)重要數(shù)據(jù)，使得網(wǎng)絡(luò)帶寬負(fù)載平衡能力得以大幅度提升。

3.1巡檢機(jī)器人常規(guī)功能

3.1.1設(shè)備狀態(tài)智能巡檢功能

該功能在具體的設(shè)計(jì)中，主要使用了全自主巡檢模式，該模塊主要包含以下兩種方式：（1）常規(guī)巡檢方式。系統(tǒng)針對(duì)預(yù)先設(shè)置好巡檢任務(wù)，對(duì)其進(jìn)行自主完成。（2）特殊巡檢方式。該方式主要是指操作人員通過(guò)對(duì)巡視點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)設(shè)定[7]，然后利用機(jī)器人，根據(jù)所設(shè)置好的巡檢點(diǎn)，完成對(duì)相應(yīng)巡檢任務(wù)的開(kāi)展?？傊ㄟ^(guò)利用該功能可以提高電廠設(shè)備巡檢效率和效果，同時(shí)，還能高效化、自動(dòng)化采集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)安全、可靠地存儲(chǔ)于相應(yīng)的系統(tǒng)中。

3.1.2智能自主充電功能

智能自主充電功能主要用到了以下兩種充電方案：（1）方案1。方案1主要用到了非接觸性供電模式。（2）方案2。方案2主要用到了鋰電池供電方式。用戶(hù)可以根據(jù)自身實(shí)際需求，在充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，選用合適的方案，從而確保機(jī)器人能夠持續(xù)、穩(wěn)定、安全地供電。

3.1.3智能機(jī)器人自檢功能

機(jī)器人具有較高的自檢功能，通過(guò)利用該自檢功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源設(shè)備、通信設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)化檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備存在異常問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警聲，并將設(shè)備故障信息安全、可靠地傳輸于監(jiān)控平臺(tái)內(nèi)。

3.1.4數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳通信功能

該功能在具體的設(shè)計(jì)中，主要利用系統(tǒng)通信設(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全化、穩(wěn)定化傳輸，確保巡檢平臺(tái)和巡檢機(jī)器人之間能夠建立起有效的連接，使得它們之間能夠高效地進(jìn)行通信，為用戶(hù)提供良好的使用體驗(yàn)。

3.2輸煤廊道智能巡檢系統(tǒng)特有功能

3.2.1有害氣體和粉塵檢測(cè)功能

智能機(jī)器人在檢測(cè)惡劣環(huán)境的氧氣、二氧化碳、一氧化碳、煤粉濃度等參數(shù)方面具有重要作用，不僅可以為巡檢人員提供完整的環(huán)境健康檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)異常設(shè)備的自動(dòng)化、精確化推斷和維修。

3.2.2紅外熱成像功能

智能巡檢系統(tǒng)所巡檢的范圍比較廣，通過(guò)利用熱成像，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，同時(shí)，還要對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)地分析和判斷，一旦發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟用廊道火情報(bào)警功能，提醒維修人員前來(lái)檢查和維修，將系統(tǒng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

3.2.3測(cè)振功能

智能巡檢系統(tǒng)內(nèi)部含有大型電機(jī)，通過(guò)分析該電機(jī)的振動(dòng)情況，可以對(duì)電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行情況進(jìn)行科學(xué)分析和判斷，對(duì)于大型電機(jī)而言，其振動(dòng)情況通常是由巡檢人員通過(guò)利用測(cè)振儀進(jìn)行檢測(cè)的。同時(shí)，在對(duì)電機(jī)振動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)量期間，還可以利用巡檢機(jī)器人，通過(guò)完成對(duì)激光測(cè)振儀的搭建，完成對(duì)電機(jī)振動(dòng)情況的精確化、自動(dòng)化測(cè)量。為了解決測(cè)量成本高、測(cè)振儀體積大等問(wèn)題，需要將設(shè)備本體安裝和固定于相應(yīng)的傳感器上，同時(shí)，還要將通信基站安裝和固定于機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)上，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到設(shè)備附近位置時(shí)，機(jī)器人可以在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)的快速測(cè)量。

3.2.4軌道清潔功能

輸煤廊道內(nèi)通常含有大量的媒粉、灰塵，同時(shí)，環(huán)境比較潮濕，一旦軌道上浮著大量的粉塵，甚至，出現(xiàn)板結(jié)成塊現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人無(wú)法正常、穩(wěn)定地運(yùn)行，所以，在設(shè)計(jì)機(jī)器人期間，技術(shù)人員要重視對(duì)軌道清潔裝置的設(shè)計(jì)，當(dāng)機(jī)器人沿著軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)期間，該機(jī)器人會(huì)自動(dòng)啟用清潔裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道的高效化、自動(dòng)化清掃。

3.2.5系統(tǒng)集中管理功能

系統(tǒng)集中管理功能在具體的設(shè)計(jì)中，需要向輸煤中央控制室內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的后臺(tái)管理服務(wù)器，然后，利用通信電纜，將現(xiàn)場(chǎng)采集好的信號(hào)安全、可靠地傳輸于計(jì)算機(jī)內(nèi)，提高對(duì)信號(hào)的遠(yuǎn)程管控效率和效果。此外，還要借助集中管理平臺(tái)，對(duì)存儲(chǔ)于輸煤廊道內(nèi)的巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)地分析和判斷，為后期科學(xué)地設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能、遙控功能提供重要的依據(jù)和參考，為運(yùn)營(yíng)人員提供逼真的工作環(huán)境。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在MS體系的應(yīng)用背景下，本文所設(shè)計(jì)智能巡檢系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景，不僅可以更好地滿(mǎn)足輸煤廊道系統(tǒng)設(shè)備的使用需求，還能自動(dòng)化、高效化監(jiān)測(cè)輸煤廊道內(nèi)粉塵、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備異常聲音，同時(shí)，還能促進(jìn)輸煤廊道監(jiān)控向智能化、數(shù)字化、信息化方向不斷發(fā)展，為減輕運(yùn)維人員的工作量，降低人力成本、物力成本和財(cái)力成本，其頭盔輸煤系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧一夫.火電廠燃料輸煤系統(tǒng)運(yùn)行安全問(wèn)題與相關(guān)措施分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（33）：164-165.

[2]張燕東，田磊，李茂清，等.智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在火力發(fā)電行業(yè)的應(yīng)用研發(fā)及示范[J].中國(guó)電力，2017，50（10）：1-7.

[3]王小博，付豪.燃機(jī)電廠智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)應(yīng)用方案研究[J].機(jī)電信息，2017（30）：143-144.

[4]謝軍，吳曉維，汪勝.智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在綜合管廊中的應(yīng)用研究[J].自動(dòng)控制系統(tǒng)與裝置，2018，40（2）：105-107.

[5]裴文良，周明靜，李軍偉.綜合管廊智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2017，39（1）：91-93.

[6]丁寧，陳波，蔡鈞宇.基于視覺(jué)識(shí)別的智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（24）：86-87.

[7]高小強(qiáng).智能巡檢機(jī)器人視頻監(jiān)測(cè)皮帶異物自動(dòng)識(shí)別報(bào)警技術(shù)研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（11）：158-160.

作者簡(jiǎn)介：

魏勇（1982.09-），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布市，在職研究生，內(nèi)蒙古和林發(fā)電有限責(zé)任公司，高級(jí)工程師，研究方向：火力發(fā)電

張曉慧（1982.12-），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布市，大學(xué)本科，內(nèi)蒙古和林發(fā)電有限責(zé)任公司，高級(jí)工程師，研究方向：熱工自動(dòng)

賈龍（1983.10-），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布，大學(xué)本科，內(nèi)蒙古和林發(fā)電有限責(zé)任公司，工程師，研究方向：熱工自動(dòng)化

安振軍（1969.10-），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布，大學(xué)專(zhuān)科，內(nèi)蒙古和林發(fā)電有限責(zé)任公司，工程師，研究方向：電氣工程

趙喜全（1967.03-） ，男，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市 ，大學(xué)專(zhuān)科，北方聯(lián)合電力和林發(fā)電廠，工程師，研究方向：輸煤系統(tǒng)

馮冰（1984.12.-），女，內(nèi)蒙古赤峰市人，北京中安吉泰科技有限公司，高級(jí)工程師，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。