基于智能巡視系統(tǒng)的港口皮帶機(jī)遠(yuǎn)程巡檢體系

摘要：傳統(tǒng)皮帶機(jī)的巡檢基于人員進(jìn)行巡視檢查，存在安全性差、覆蓋面不足、巡視效果不佳等問題。研究基于智能巡視軟件與設(shè)備遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)為主的皮帶機(jī)無人巡檢模式及其具體運(yùn)用，該自動(dòng)巡檢模式具有智能監(jiān)測(cè)、自動(dòng)巡檢、自動(dòng)保護(hù)、設(shè)備狀態(tài)分析等功能特性，尚屬碼頭皮帶機(jī)行業(yè)較為先進(jìn)的系統(tǒng)性創(chuàng)新改進(jìn)，具有減少人工、降本增效、提高安全性等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：皮帶機(jī);智能巡視;在線監(jiān)測(cè)

1" "皮帶機(jī)巡檢概況

皮帶機(jī)是當(dāng)前我國(guó)散貨港口的主力平面運(yùn)輸裝備，基于皮帶流程的裝卸體系，多以橋式卸船機(jī)和堆取料機(jī)、裝車機(jī)、裝車樓等半自動(dòng)化堆裝設(shè)備為核心，具有裝卸效率高、連續(xù)性強(qiáng)、人力占用少等優(yōu)點(diǎn)。

但是傳統(tǒng)皮帶機(jī)流程多依靠人員進(jìn)行設(shè)備巡視和檢查。以山東港口日照港二公司為例，日照港股份二公司皮帶總長(zhǎng)16.7km，包含27條皮帶機(jī)，分別連接系統(tǒng)一期與系統(tǒng)二期兩個(gè)系統(tǒng)堆場(chǎng)，可以在同時(shí)接卸2條20萬t級(jí)礦石船舶的同時(shí)進(jìn)行4列火車裝車作業(yè)。整個(gè)系統(tǒng)流程年通過能力4800萬t，在我國(guó)礦石碼頭中居于領(lǐng)先地位。

由于建設(shè)年代較早，信息化水平、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備感知能力有限，二公司皮帶系統(tǒng)與周邊港口一樣，主要依靠人員進(jìn)行設(shè)備巡視檢查與啟動(dòng)前安全確認(rèn)，27條皮帶機(jī)平均配屬27名巡檢人員，每班次，平均每條皮帶機(jī)配置1人，略低于沿海港口平均水平（每條皮帶機(jī)配置1～1.5人）。

2" "原巡檢模式升級(jí)的必要性

基于人員巡視的皮帶機(jī)巡檢模式主要存在如下7個(gè)問題：

一是基于人員的巡視檢查多為輪詢模式，且周期較長(zhǎng)，皮帶流程現(xiàn)場(chǎng)巡視范圍較大，人員巡視難以做到對(duì)關(guān)鍵部位連續(xù)不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

二是人員技能水平參差不齊，導(dǎo)致巡視質(zhì)量有高有低。對(duì)于設(shè)備故障及隱患現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過多依靠目視、耳聞及手持式溫度探測(cè)等原始監(jiān)測(cè)手段，并依靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行主觀判斷，并不能保證統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的巡視質(zhì)量。

三是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及工況較為惡略，現(xiàn)場(chǎng)存在大量煤炭粉塵、礦石粉塵等，對(duì)巡視工身體健康影響較大。

四是巡視工一般為3班24h工作制，工作內(nèi)容枯燥、強(qiáng)度大、待遇低，造成人員流動(dòng)大、招工難度大。

五是巡視人員很難保持較高的工作熱情和專注力，容易發(fā)生疲勞作業(yè)和意外傷害。

六是由于人為的主觀因素，造成巡視不及時(shí)或者不全面造成設(shè)備的損失，以及因設(shè)備故障造成的停產(chǎn)損失無法估量。

七是給巡檢人員造成較大安全隱患。對(duì)沿海港口既往安全生產(chǎn)事故進(jìn)行分析可以得出，絕大多數(shù)事故傷害對(duì)象為皮帶巡視人員。

針對(duì)傳統(tǒng)皮帶巡檢模式進(jìn)行升級(jí)，各港口均做過不同類型探索，但多集中于單種類監(jiān)控方式的升級(jí)，如視頻或溫度探測(cè)等。此類升級(jí)在應(yīng)用性上存在一定缺陷與不足，為全面提升皮帶機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控能力與感知水平，山東港口日照港二公司做了一種全新模式的探索，即以軟件綜合集成為特色皮帶機(jī)智能遠(yuǎn)程巡視體系。

3" "皮帶機(jī)智能遠(yuǎn)程巡視體系

本項(xiàng)目基于物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)控制、可視化等技術(shù)平臺(tái)，通過大數(shù)據(jù)、智能識(shí)別、精確定位、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)分析等先進(jìn)技術(shù)的集成應(yīng)用，研發(fā)了具有智能理貨全面監(jiān)控、智能報(bào)警、一鍵巡檢、自動(dòng)保護(hù)糾正、信息綜合集成等功能于一體的皮帶機(jī)智能巡視體系。皮帶機(jī)智能巡視體系主要包括現(xiàn)場(chǎng)感知防護(hù)升級(jí)與智能軟件綜合集成兩個(gè)方面。

3.1" "現(xiàn)場(chǎng)感知防護(hù)升級(jí)

根據(jù)需求，遠(yuǎn)程巡視體系在現(xiàn)場(chǎng)感知防護(hù)升級(jí)方面配備視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能雙感溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備振動(dòng)分析系統(tǒng)，皮帶機(jī)急停/復(fù)位無線遙控系統(tǒng)、皮帶機(jī)自主糾偏系統(tǒng)、皮帶機(jī)被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)等等內(nèi)容。

3.1.1" "視頻監(jiān)控覆蓋系統(tǒng)

以遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控代替人工現(xiàn)場(chǎng)巡視，在皮帶流程關(guān)鍵部位部署108個(gè)高清攝像機(jī)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶流程關(guān)鍵部位的全時(shí)段覆蓋。攝像機(jī)應(yīng)用入侵智能檢測(cè)功能，當(dāng)攝像機(jī)覆蓋的皮帶機(jī)關(guān)鍵位置，出現(xiàn)人員活動(dòng)及大幅度畫面變化時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)彈出報(bào)警，可以有效檢測(cè)、發(fā)現(xiàn)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各類人員進(jìn)入類安全隱患。視頻人員入侵檢測(cè)如圖1所示。

相較其他分布式監(jiān)控系統(tǒng)，本項(xiàng)目配備的視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有2個(gè)特點(diǎn)：一是實(shí)現(xiàn)了皮帶流程與視頻監(jiān)控的連鎖，可以一鍵對(duì)啟動(dòng)流程的關(guān)鍵部位狀態(tài)進(jìn)行全面顯示，方便確認(rèn)啟動(dòng)狀態(tài)。二是實(shí)現(xiàn)了運(yùn)轉(zhuǎn)流程攝像頭動(dòng)態(tài)輪巡顯示，可以對(duì)流程運(yùn)行中各部位安全狀態(tài)進(jìn)行不間斷檢查。

3.1.2" "智能雙感溫度監(jiān)測(cè)體系

在皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)部位部署熱成像雙目攝像機(jī)，利用紅外線圖像識(shí)別功能，對(duì)驅(qū)動(dòng)部進(jìn)行區(qū)域溫度監(jiān)測(cè)。在每條皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)部主要裝置安裝振動(dòng)溫度一體式探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒、減速機(jī)、電機(jī)的振動(dòng)溫度精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。

兩種溫度監(jiān)測(cè)手段均與后臺(tái)流程進(jìn)行連鎖，一旦溫度超過設(shè)定溫度閾值便自動(dòng)報(bào)警，通知設(shè)備管理人員前往確認(rèn)。兩種監(jiān)測(cè)方式聯(lián)合，既能對(duì)皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)部范圍溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與圖像化顯示，也能對(duì)驅(qū)動(dòng)部件等關(guān)鍵部位進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)溫，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類溫度異常現(xiàn)象，從根源上解決皮帶機(jī)火災(zāi)預(yù)警問題。智能雙感溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警如圖2所示。

3.1.3" "港口設(shè)備智能感知系統(tǒng)

利用振動(dòng)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集設(shè)備震動(dòng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建港口設(shè)備智能感知系統(tǒng)，依托大數(shù)據(jù)及歷史故障數(shù)據(jù)，對(duì)振動(dòng)數(shù)值進(jìn)行綜合比對(duì)分析。依托人工智能預(yù)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)、減速箱、滾筒類的關(guān)鍵裝置典型故障早發(fā)期提供預(yù)警及狀態(tài)評(píng)估，并提供設(shè)備健康度監(jiān)測(cè)及故障提前預(yù)知。典型機(jī)械故障早期預(yù)警，有利于盡早開展設(shè)備預(yù)防性維修，減少運(yùn)轉(zhuǎn)過程中突發(fā)故障。港口設(shè)備智能感知系統(tǒng)如圖3所示。

3.1.4" "皮帶機(jī)急停/復(fù)位無線遙控系統(tǒng)

即運(yùn)用一種皮帶機(jī)雙向拉繩無線控制裝置，通過無線收發(fā)裝置，在巡檢人員發(fā)現(xiàn)皮帶機(jī)故障，需要進(jìn)入急停狀態(tài)時(shí)，巡檢人員按壓手持遙控器對(duì)應(yīng)的停機(jī)按鈕。其通過內(nèi)部、外部繼電器信號(hào)交互，與皮帶機(jī)急停系統(tǒng)形成自鎖，使需要急停的設(shè)備立即停機(jī)。

3.1.5" "皮帶機(jī)自主糾偏系統(tǒng)

目前國(guó)內(nèi)皮帶機(jī)跑偏自動(dòng)調(diào)整方面的研究，主要依托于被動(dòng)糾偏托輥的被動(dòng)調(diào)節(jié)恢復(fù)，存在調(diào)節(jié)效果差、時(shí)滯較高等問題。本項(xiàng)目研發(fā)運(yùn)用的皮帶機(jī)自主糾偏系統(tǒng)，依靠視覺-機(jī)械聯(lián)動(dòng)式跑偏檢測(cè)及電動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，設(shè)計(jì)循環(huán)反饋調(diào)整程序，利用PLC控制，對(duì)皮帶機(jī)跑偏現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)主動(dòng)監(jiān)測(cè)、循環(huán)反饋、適時(shí)調(diào)整，徹底擺脫過去人力調(diào)整跑偏的滯后性與被動(dòng)糾偏模式糾偏效果不佳的弊病。皮帶機(jī)自動(dòng)糾偏系統(tǒng)如圖4所示。

3.1.6" "皮帶機(jī)被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)

針對(duì)皮帶機(jī)跑偏、料堵、欠速、撕裂、漲緊臺(tái)車狀態(tài)異常等常見故障，分別設(shè)計(jì)應(yīng)用多種交互式皮帶機(jī)被動(dòng)防護(hù)狀態(tài)檢測(cè)開關(guān)，并將檢測(cè)開關(guān)信號(hào)與皮帶機(jī)SCADA控制系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)互通，全面提升皮帶機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)異常監(jiān)測(cè)水平。其中，基于220V/24V雙源欠速監(jiān)測(cè)、基于低速阻旋模式的料堵監(jiān)測(cè)、基于激光圖像識(shí)別的撕裂及接頭監(jiān)測(cè)等多種監(jiān)測(cè)模式均為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)或領(lǐng)先水平。

3.2" "智能巡視軟件綜合集成

在對(duì)皮帶機(jī)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)防護(hù)模式進(jìn)行升級(jí)的同時(shí)，依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建皮帶機(jī)智能巡視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)日照港二公司礦石皮帶機(jī)的智能巡檢。該智能巡視軟件將皮帶機(jī)運(yùn)相關(guān)的全部傳感器和設(shè)備信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，實(shí)時(shí)采集、處理、分析、展示皮帶機(jī)或其相關(guān)設(shè)備的流量、溫度、速度、振動(dòng)、電壓、電流、功率及保護(hù)開關(guān)信號(hào)等各類數(shù)據(jù)信息，智能巡視系統(tǒng)同時(shí)支持PC端WEB顯示與移動(dòng)端APP安裝。

3.2.1" "運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制功能

根據(jù)合理的層級(jí)關(guān)系將采集到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，相關(guān)人員可通過總覽界面觀察整個(gè)皮帶機(jī)情況，亦可詳細(xì)查看局部數(shù)據(jù)。其畫面既能顯示當(dāng)前流程中所涵蓋的皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，也能夠僅顯示當(dāng)前流程中某一條或幾條皮帶的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到相關(guān)參數(shù)達(dá)到停機(jī)要求時(shí)，通過接口發(fā)送給皮帶機(jī)控制系統(tǒng)停機(jī)信號(hào)，由原控制系統(tǒng)進(jìn)行停機(jī)。

3.2.2" "視頻監(jiān)控報(bào)警及分析功能

其配裝的可見光相機(jī)具備侵入檢測(cè)功能，當(dāng)預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)有人員進(jìn)入，該平臺(tái)會(huì)發(fā)出報(bào)警。熱成像相機(jī)具備溫度顯示和自動(dòng)巡航功能，能夠?qū)⒈O(jiān)控內(nèi)目標(biāo)區(qū)域溫度值實(shí)時(shí)回傳，能夠周期性對(duì)多個(gè)監(jiān)控視角進(jìn)行切換。

3.2.3" "報(bào)警及監(jiān)控聯(lián)動(dòng)功能

用戶可以從該軟件平臺(tái)跳轉(zhuǎn)到視頻監(jiān)控平臺(tái)。當(dāng)該平臺(tái)發(fā)出視頻報(bào)警時(shí)，相關(guān)監(jiān)控畫面將自動(dòng)在當(dāng)前用戶界面中彈出。

3.2.4" "GIS及位置管理功能

智能巡視系統(tǒng)具備位置管理功能，依托GIS服務(wù)、手持定位終端以及門禁系統(tǒng)，可對(duì)員工位置信息進(jìn)行管理。實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的實(shí)時(shí)定位、既往軌跡回溯、危險(xiǎn)位置報(bào)警等功能。

4" "皮帶機(jī)遠(yuǎn)程巡檢體系應(yīng)用效果

皮帶機(jī)遠(yuǎn)程巡檢體系，依托皮帶機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與軟件綜合集成系統(tǒng)，綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了皮帶流程無人巡視。目前我們已對(duì)日照港二公司27條皮帶機(jī)實(shí)施了升級(jí)改造，升級(jí)改造后皮帶系統(tǒng)通過量6000萬t。本巡檢體系屬于針對(duì)皮帶機(jī)系統(tǒng)的較為先進(jìn)的系統(tǒng)性創(chuàng)新改進(jìn)，具有減人、提效、降本、增安、提質(zhì)等推廣優(yōu)勢(shì)。

4.1" "可降低人工成本

該系統(tǒng)用遠(yuǎn)程視頻巡視代替了現(xiàn)場(chǎng)人員就地巡視，減少了皮帶機(jī)巡視人員數(shù)量，降低了人工成本，使運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作質(zhì)量得到有效提高。系統(tǒng)運(yùn)用后，現(xiàn)場(chǎng)人員由原來每班次26人降低到每班次10人，主要職能也由皮帶機(jī)巡視轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)急處置與積料清理，減少巡視人員48人，每年可減少人力費(fèi)用支出288萬元。

4.2" "減少停機(jī)并提高生產(chǎn)率

智能巡視系統(tǒng)對(duì)故障可以提前發(fā)現(xiàn)，并可通知維修人員進(jìn)行維修，減少了因故障帶來的停機(jī)次數(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年流程異常中斷次數(shù)同比下降84次，下降51%，皮帶機(jī)啟動(dòng)前檢查由原來30min/次變?yōu)?0min/次，流程準(zhǔn)備時(shí)間降低70%，提高了生產(chǎn)效率。

4.3" "提高安全性

區(qū)域門禁系統(tǒng)的使用，避免了外來人員隨意進(jìn)出皮帶機(jī)區(qū)域的安全隱患，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全，降低了人身傷害事故發(fā)生的概率。自系統(tǒng)2021年應(yīng)用至今，通過遠(yuǎn)程巡視發(fā)現(xiàn)隱患270余項(xiàng)，避免6起耦合器高溫故障、37起皮帶劃傷、13起漏斗堵斗，保障了整個(gè)流程的安全。

5" "結(jié)語

傳統(tǒng)皮帶機(jī)的巡檢基于人員進(jìn)行巡視檢查，存在安全性差、覆蓋面不足、巡視效果不佳等問題?；诖?，本文研究基于智能巡視軟件與設(shè)備遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)為主的皮帶機(jī)無人巡檢模式及其具體運(yùn)用。該自動(dòng)巡檢模式具有智能監(jiān)測(cè)、自動(dòng)巡檢、自動(dòng)保護(hù)、設(shè)備狀態(tài)分析等功能特性，尚屬碼頭皮帶機(jī)行業(yè)較為先進(jìn)的系統(tǒng)性創(chuàng)新改進(jìn)，具有減少人人工、降本增效、提高安全性等特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)散貨碼頭作業(yè)過程中，普遍采用人工巡檢的方式，擁有非常大的推廣空間。本皮帶機(jī)巡檢體系有利于散貨碼頭精細(xì)化管理以及生產(chǎn)效能的提升，應(yīng)用潛力巨大，推廣前景廣闊。