軌道式智能巡檢機(jī)器人在海洋石油平臺(tái)的應(yīng)用

周暐(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 應(yīng)用背景

海上石油平臺(tái)的一些室內(nèi)電氣設(shè)備(如：變壓器間、不間斷電源UPS間等)的穩(wěn)定安全運(yùn)行是保證海上平臺(tái)正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素，需要運(yùn)行維護(hù)人員準(zhǔn)確全面地了解平臺(tái)上室內(nèi)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，人工檢測(cè)的內(nèi)容主要包括測(cè)溫、讀表、指示燈狀態(tài)等。海上平臺(tái)室內(nèi)電氣設(shè)備是設(shè)備缺陷的高發(fā)區(qū)，需要運(yùn)維人員重點(diǎn)巡檢。人工巡檢沒辦法做到隨時(shí)隨地，軌道式智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)可有效降低人工巡檢的安全風(fēng)險(xiǎn)，24 h對(duì)平臺(tái)上的室內(nèi)電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，方便運(yùn)維人員及時(shí)有效地了解室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

該系統(tǒng)搭載有監(jiān)控?cái)z像頭和傳感器，對(duì)軌道周邊的電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢查，能夠?qū)崿F(xiàn)海上平臺(tái)的電氣間內(nèi)的設(shè)備全方位智能巡檢和監(jiān)控，同時(shí)也可以人工進(jìn)行手動(dòng)操作，以獲得相關(guān)設(shè)備的關(guān)鍵信息。

2 系統(tǒng)組成

智能巡檢機(jī)器人是由軟件平臺(tái)、軌道總成、供電總成和通信總成組成，是一款可長(zhǎng)距離水平方向運(yùn)動(dòng)、智能型、監(jiān)控?cái)z像設(shè)備搭載平臺(tái)系統(tǒng)，可裝載音頻視頻采集、影音播放、溫度控制檢測(cè)和紅外熱成像等設(shè)備。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)組成

結(jié)構(gòu)主要分為：底盤模塊、安全防護(hù)模塊、前端搭載模塊、可見光監(jiān)控、紅外熱成像儀、局放傳感器、軌道部分、供電部分、通信部分、后臺(tái)監(jiān)控部分。其中底盤模塊是由內(nèi)部齒輪和四組從動(dòng)滾輪組成，它的轉(zhuǎn)彎半徑超過60 cm且具有很強(qiáng)的過彎能力，在一些特殊的復(fù)雜的環(huán)境中做到了監(jiān)測(cè)無死角。安全防護(hù)模塊即紅外光電傳感器，當(dāng)巡檢機(jī)器人在探測(cè)發(fā)現(xiàn)巡檢線路上存在障礙物影響其通過時(shí)可以自動(dòng)停車報(bào)警。前端搭載模塊用于搭載可見光攝像儀、紅外熱像儀和局放傳感器。檢測(cè)單元可支持搭載氣體傳感器或其他類型傳感器，以滿足特定設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和操作、行業(yè)業(yè)務(wù)處理等定制服務(wù)。可見光監(jiān)控包含高清攝像頭具有高像素和多倍光學(xué)變焦，聚焦快速且準(zhǔn)確。紅外熱像能夠提前發(fā)現(xiàn)異常情況，避免演變?yōu)閲?yán)重故障，杜絕財(cái)產(chǎn)損失或?qū)θ松戆踩珮?gòu)成潛在威脅。軌道部分型材則采用高強(qiáng)度鋁合金，可拼接為U型彎和S型彎，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。局放傳感器具備超聲波和地點(diǎn)波兩種檢測(cè)模式，傳感器通過電機(jī)傳送，具有一定的伸縮行程。供電部分采用軌道供電系統(tǒng)的供電方式，電源輸入為220 V AC，可以保證其在石油平臺(tái)上運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性。

3 系統(tǒng)功能及應(yīng)用

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)集自主巡檢、檢測(cè)、紅外測(cè)溫、局放檢測(cè)、儀表識(shí)別和視頻監(jiān)控等功能于一體的全面的、強(qiáng)大的系統(tǒng)。

自主巡檢分為全自主和遙控兩個(gè)功能。全自主巡檢模式包括例行和特巡兩種方式。例行巡檢方式下，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的巡檢內(nèi)容、時(shí)間、周期、路線等參數(shù)信息，自主啟動(dòng)并完成巡視任務(wù)。特巡方式由操作人員選定巡視內(nèi)容并手動(dòng)啟動(dòng)巡視，機(jī)器人可自主完成巡檢工作。遙控巡檢模式由操作人員通過后臺(tái)軟件手動(dòng)遙控機(jī)器人來完成巡檢工作。

檢測(cè)功能是指智能巡檢機(jī)器人配備局放傳感器、紅外熱成像儀、可見光攝像機(jī)等檢測(cè)設(shè)備，并能將所采集的視頻和聲音等信息上傳至本地監(jiān)控后臺(tái)及遠(yuǎn)程集控后臺(tái)?？膳渲每梢姽鈹z像機(jī)、紅外熱成像儀、局放傳感器。

紅外測(cè)溫功能是指巡檢機(jī)器人搭載具備自動(dòng)對(duì)焦功能的紅外熱像儀，能夠?qū)φ緝?nèi)設(shè)備進(jìn)行溫度檢測(cè)，在影像中能夠顯示溫度的最高點(diǎn)位置和溫度數(shù)值?？梢愿鶕?jù)實(shí)際要求對(duì)電流致熱型和電壓致熱型故障進(jìn)行自動(dòng)分析判斷并提出預(yù)警。

該巡檢機(jī)器人搭載局放傳感器，具備超聲波和地點(diǎn)波兩種檢測(cè)模式，支持點(diǎn)巡檢和線性巡檢兩種檢測(cè)方式。能夠?qū)ζ凉竦木植糠烹姅?shù)據(jù)進(jìn)行讀取，自動(dòng)記錄和判斷，并提出報(bào)警。

在進(jìn)行巡檢工作時(shí)，該巡檢機(jī)器人可以安裝一部帶有自動(dòng)對(duì)焦、遙控拍照、定時(shí)自動(dòng)拍攝等功能的高清視頻攝像頭，對(duì)設(shè)備所處的周邊環(huán)境進(jìn)行視頻和圖像的采集并將圖像傳輸?shù)街锌厥依?。并且該攝像頭能夠?qū)τ凶x數(shù)的儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，對(duì)指示燈、壓板等進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別并提出報(bào)警。

巡檢機(jī)器人具有可見光和紅外視頻圖像采集功能，工作人員可通過上位機(jī)軟件操作機(jī)器人移動(dòng)到指定位置，將監(jiān)控范圍覆蓋到盲區(qū)。機(jī)器人可拍攝出站內(nèi)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)無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街醒肟刂剖遥谥锌厥业墓ぷ魅藛T便可根據(jù)高清回傳圖像判斷出監(jiān)測(cè)的設(shè)備是否安全。當(dāng)發(fā)現(xiàn)一些異常情況時(shí)工作人員可第一時(shí)間查清原因并采取相應(yīng)的應(yīng)急辦法。

平臺(tái)內(nèi)部傳統(tǒng)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)或多或少地存在盲區(qū)，單憑人工查看實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像無法24 h進(jìn)行巡檢，存在著遺漏的問題。智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)可以方便平臺(tái)運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)有效地查看了解電氣房間內(nèi)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，有效地降低風(fēng)險(xiǎn)。電氣機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)主要通過機(jī)柜上各類儀表來顯示并判別，智能巡檢機(jī)器人通過視頻監(jiān)控可以實(shí)時(shí)查看、讀取機(jī)柜上的相關(guān)儀表數(shù)據(jù)并進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分析。機(jī)柜漏電的現(xiàn)象也是一個(gè)潛在的問題同樣需要關(guān)注，平臺(tái)上房間內(nèi)的設(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)期使用容易出現(xiàn)老化漏電的現(xiàn)象。通過對(duì)智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)搭載局放傳感器，對(duì)相應(yīng)使用年份長(zhǎng)老化的設(shè)備進(jìn)行檢查并及時(shí)預(yù)警。同時(shí)，電氣間設(shè)備不間斷工作，加之散熱不好會(huì)產(chǎn)生柜體發(fā)熱的情況問題，對(duì)柜內(nèi)的設(shè)備性能會(huì)產(chǎn)生影響。智能巡檢機(jī)器人可通過搭載紅外熱成像或溫度傳感器對(duì)設(shè)備表面和內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦監(jiān)測(cè)出溫度過高會(huì)及時(shí)報(bào)警。

智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用在海洋石油領(lǐng)域始于墾利3-2油田擴(kuò)建項(xiàng)目。該項(xiàng)目位于渤海南部，采用全海式開發(fā)，充分依托墾利3-2油田開展新建井口平臺(tái)的無人化設(shè)計(jì)，為保證無人平臺(tái)遠(yuǎn)程合閘操作的可靠性，在WPFB井口保護(hù)架上設(shè)置無人巡檢機(jī)器人。通過WPFB井口保護(hù)架上電氣開關(guān)間內(nèi)的無人巡檢機(jī)器人，實(shí)時(shí)檢測(cè)電氣設(shè)備狀態(tài)實(shí)況，記錄重要電氣參數(shù)，與EMS傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)比，同時(shí)增加設(shè)備溫度、局放等測(cè)量參數(shù)，記錄結(jié)果存檔，輸出巡檢周報(bào)和月報(bào)。既滿足巡檢要求，又減少人員等平臺(tái)次數(shù)，減少人誤操作的概率。

4 結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和能源行業(yè)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在很多行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，工作智能化程度日益提高。在電力系統(tǒng)中，變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)也已應(yīng)用多年[1]，有效地解決了傳統(tǒng)人工巡檢的諸多問題，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較為理想。如今，該系統(tǒng)也應(yīng)用在智能無人值守石油平臺(tái)，相信在今后無人化海上平臺(tái)的應(yīng)用，能夠更加降低平臺(tái)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少人工巡檢次數(shù)，提高工作效率和設(shè)備的智能化自動(dòng)化水平。