智能巡檢機器人在井下變電所中的應用

王繼斌

陜西建新煤化有限責任公司，中國·陜西 延安 727300

1 引言

近年來，隨著機器人技術的發(fā)展，智能巡檢機器人逐漸應用到礦山井下變電所、水泵房及大型輸送帶巷道等場所，替代井下巡檢人員全天候、全方位、全自主對現(xiàn)場設備進行智能巡檢和監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)設備的內(nèi)部熱缺陷、外部機械或電氣問題。使運維人員及時發(fā)現(xiàn)診斷故障。

目前建新礦井下變電所的巡檢和檢修工作還是采用傳統(tǒng)的人力來定時檢查和定點駐守。該方法費時費力且效率低，而且在井下復雜的設備環(huán)境下，也給巡檢工作的安全方面帶來不確定性。

2 技術分析

傳統(tǒng)的井下變電所采用人員分班駐守和固定式視頻監(jiān)控系統(tǒng)兩種方式。人工巡檢存在漏巡、漏檢現(xiàn)象，而且井下現(xiàn)場設備會對人身安全存在威脅；傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測范圍固定、受限且布線多，后端圖像切換、調(diào)取，存儲量大，而且設備功耗大、維護任務重。輪式智能巡檢機器人搭載有本安型“雙光譜”云臺攝像儀、紅外熱像儀、氣體監(jiān)測儀、溫度傳感器等設備，實時監(jiān)測井下現(xiàn)場的圖像、聲音、煙霧、溫度及各種氣體等數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡實時傳輸至后臺[1]。當監(jiān)測到設備出現(xiàn)異常故障時可通過自身攜帶的聲光報警器進行報警，并將設備故障信息傳至地面控制主機，提醒運維人員對該設備進行維修，以確保無人巡檢狀態(tài)下變電所的安全運轉。

3 巡檢機器人組成及主要功能

3.1 系統(tǒng)組成

建新礦變電所多參數(shù)巡檢機器人主要由礦用多參數(shù)移動巡檢裝置、礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源、礦用本安巡檢子站、終端工作站、80mU型軌道、停車限位支架、控制電纜等組成，系統(tǒng)能夠完全代替巡檢工，可靠巡檢、無線充電，實時采集、存儲、傳輸現(xiàn)場的圖像、聲音、溫度等數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析，判斷是否存在設備故障以及故障位置。因此它具有效率高、費用低、實時性好、安全性高等特點，具有非常重要的使用意義。巡檢機器人實物圖如圖1所示。

圖1 巡檢機器人實物圖

3.2 主要功能

3.2.1 移動視頻圖像采集功能

機器人裝置搭載有本安型“雙光譜”云臺攝像儀，分別采用500萬像素、30倍光學變焦1080P可見光成像，實現(xiàn)人工巡檢的“看”，能夠實時傳輸硐室內(nèi)的工況，實現(xiàn)變電所內(nèi)全方位可視化監(jiān)控。

3.2.2 紅外測溫功能

采用10倍變焦720P非接觸式紅外熱像測溫原理，通過捕捉硐室電氣設備表面的溫度數(shù)值，并形成熱視圖像，直觀展示設備溫度分布情況，快速定位高溫故障點。

3.2.3 聲音采集功能

采用標準聲傳感器進行音頻采集，完整記錄設備噪聲的特征，通過網(wǎng)絡傳輸?shù)椒治鎏幚碥浖?，從而實現(xiàn)人工巡檢的“聽”。

3.2.4 氣體檢測功能

機器人搭載氣體傳感器，能檢測硐室環(huán)境中的瓦斯、一氧化碳、氧氣等氣體濃度，實現(xiàn)超限預警。

3.2.5 煙霧探測功能

搭載煙霧探測傳感器，硐室環(huán)境中有煙霧產(chǎn)生，超限預警，防止火災事故的發(fā)生。

3.2.6 定點監(jiān)測功能

當設備巡檢至高爆柜或低壓開關儀表區(qū)域時，自動讀取指針/數(shù)字儀表數(shù)據(jù)，轉化為數(shù)字信號后存儲至上位機，當數(shù)值超出閾值時發(fā)出聲光報警信號。

3.2.7 雙模式運行功能

可切換自動巡檢和手動巡檢兩種模式，手動級別高于自動巡檢，可遙控巡檢機器人快速到達指定的位置。

3.2.8 遠程視頻對講功能

可控巡檢機器人移動至指定位置，與現(xiàn)場人員視頻會議，實現(xiàn)井上、井下指揮作業(yè)。

3.2.9 自動電量監(jiān)測、自主充電功能

采用鋰電池供電，并自動檢測電池電量，剩余電量不足時主動尋找無線充電樁進行充電。

3.2.10 數(shù)據(jù)存儲查詢功能

將設備采集到的數(shù)據(jù)和處理后的結果存儲在遠程端的上位機，以便日后對歷史數(shù)據(jù)進行查詢比較。

3.2.11 遠程后端

遠程控制端為機器人數(shù)據(jù)及在線設備數(shù)據(jù)的分析終端，采用高配置的工業(yè)服務器安裝于信息中心，通過控制主機監(jiān)控軟件對現(xiàn)場采集的所有數(shù)據(jù)進行分析處理、預警、存儲等[2]。能夠對機器人實現(xiàn)手動模式及自動模式巡檢。

4 巡檢機器人實踐應用

建新礦中央變電所采用雙排開關布置，采用半封閉側掛式軌道，實現(xiàn)對變電所內(nèi)高、低壓開關自動巡檢，巡檢軌道不超過80m，一臺巡檢機器人可覆蓋整個變電所，變電所內(nèi)安裝一臺充電樁，兩臺本安巡檢子站、一臺終端工作站完全實現(xiàn)變電所設備巡檢以及通訊覆蓋。

5 效果評價

①自動巡航功能，系統(tǒng)提供多種方式的自動巡檢計劃和方案，實現(xiàn)完全自動化運行，實現(xiàn)每天多次的對設備工作狀態(tài)的巡檢、自動預警、自動輸出報表等功能。減少了人員到現(xiàn)場巡視次數(shù)，提高運行人員工作效率，有效降低了運行人員的工作強度。

②具備現(xiàn)場聲音采集及視頻對講的功能，通過對變電所內(nèi)設備運行或故障報警時的聲音，判斷設備是否存在異常，從而能夠及時地將預警信息發(fā)送到運維人員手機中，避免故障進一步擴大。

③具備硐室環(huán)境測溫及設備測溫功能，設備運轉過程中出現(xiàn)的故障點會影響設備局部溫度過高的現(xiàn)象，紅外熱像儀能快速檢測發(fā)現(xiàn)損壞的設備；同時將設備的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程控制端進行分析處理。

④環(huán)境氣體超標報警功能，當現(xiàn)場環(huán)境出現(xiàn)煙霧、瓦斯超標時及設備發(fā)生異常，地質(zhì)變化、通訊系統(tǒng)故障、機器人掉線30min等異常情況時，系統(tǒng)都進行報警。當運維人員確處理后，系統(tǒng)解除報警[3]。

⑤具備無人值守功能，實現(xiàn)自診斷功能，如檢測到電量低后，自動返回充電。

⑥具備高清巡查功能，通過巡檢機器人搭載的云臺攝像儀，即可實現(xiàn)硐室內(nèi)全方位、無死角監(jiān)控，確定設備是否存在異常、設備的損壞程度、故障位置，確認是否需要停機檢修以及有無違章操作人員等情況。

⑦具備數(shù)據(jù)識別功能，機器人定時定點采集設備指示燈、開關按鈕及液晶屏數(shù)據(jù)，出現(xiàn)設備參數(shù)異常變化時，預警通知運維人員及時處理。

⑧自動預警、短信報警功能，在系統(tǒng)巡檢過程中，如發(fā)現(xiàn)設備異常自動報警，報警信息有文字信息和聲音信息，提示運維人員具體的報警位置狀況信息，以便跟蹤故障點，確認告警情況并排除故障。

⑨具備減人增效的功能，通過地面實時監(jiān)視，即可撤掉變電所崗位人員，實現(xiàn)對井下41盤區(qū)幾個變電所的同時巡檢并且減少巡檢人員數(shù)量。

6 結語

變電所“智能巡檢機器人”的上崗，改變了變電所守崗人員以及日常巡檢人員的工作模式，而且在保證安全情況下推進了變電所無人值守的進程，同時更好地將機器人巡檢技術應用到煤礦井下各個場所。