智能巡檢系統(tǒng)在輸煤廊橋中的應用研究

張 永

（國能蚌埠發(fā)電有限公司，安徽蚌埠 233000）

《國家能源集團2020年度科技創(chuàng)新重點研發(fā)方向指南》提出要大力開展“智能運行平臺與功能模塊開發(fā)；智能監(jiān)測、預警與設備診斷技術(shù)”。隨著國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展和電力需求的日益增長，對電力生產(chǎn)企業(yè)提出了更高的要求。結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，推進能源企業(yè)安全、高效、智能化生產(chǎn)，打造智慧電廠已是刻不容緩。隨著智慧電廠的逐步推廣建設，輸煤系統(tǒng)智能化作為其中必不可少的一部分也要跟上建設步伐。較主機系統(tǒng)復雜程度相比，燃料部分設備相對簡單，實現(xiàn)無人化和狀態(tài)檢修的目標相對容易。因此，集數(shù)據(jù)采集、智能分析、智能監(jiān)控、狀態(tài)報警等功能于一體的智能巡檢系統(tǒng)是智慧電廠建設中的重要發(fā)展部分。

1 輸煤廊橋現(xiàn)狀

輸煤#9皮帶廊橋為4臺機組承載年約520萬t 上煤加倉的任務，該輸煤廊橋線路長，棧橋內(nèi)環(huán)境質(zhì)量差，巡檢點多。輸煤廊橋現(xiàn)為人工進行日常的巡檢工作，在運行前、運行中都要定時、定點巡檢，導致人工巡檢作業(yè)勞動強度高、技術(shù)知識受限、積極性差、安全性低，不能及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場，如皮帶撕裂、皮帶跑偏、漫煤、滾筒卡頓、撒煤堆積等問題。棧橋內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)電視監(jiān)控范圍有限，棧橋內(nèi)現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)測要素少，難以實現(xiàn)對輸煤棧橋全線路的狀態(tài)實時、量化監(jiān)測與管理，存在環(huán)境起火難預測、設備運行故障難監(jiān)測、惡劣環(huán)境下的人員安全難保障的問題。

2 智能巡檢系統(tǒng)組成

智能巡檢系統(tǒng)融合了惡劣環(huán)境下機器人系統(tǒng)可靠性技術(shù)、圖像/熱像采集與智能分析技術(shù)、機器深度學習技術(shù)、危險預測告警技術(shù)、故障診斷與設備聯(lián)動控制技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)等先進技術(shù)組成的監(jiān)控、檢測、預警、應急處理的一體化平臺。實現(xiàn)輸煤廊橋工作現(xiàn)場機器人自動化巡檢、智能化告警、事前預防、自動糾偏、自主避障、自主定位、自動充電、可視化管理等功能。

智能巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為4層，分別為感知層、通信層、管理層和執(zhí)行層。感知層包括了智能巡檢機器人本體、自主充電模塊、撕裂檢測裝置、高清攝像頭、測溫測振模塊和自動糾偏裝置等搭載數(shù)據(jù)采集傳感器的設備，可實現(xiàn)輸煤廊橋視頻圖像、溫度、氣體、濕度、振動等數(shù)據(jù)的采集。通信層包括了無線通信基站、電源控制箱和各種通信線纜，可實現(xiàn)輸煤廊橋網(wǎng)絡全覆蓋進行無障礙通信。管理層包含了工作站后臺、監(jiān)控中心和服務器，主要實現(xiàn)有數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、任務編排下達和歷史數(shù)據(jù)查詢等。執(zhí)行層包括了電動糾偏托輥組，可實現(xiàn)與跑偏檢測聯(lián)動，進行無人干涉主動糾偏。

3 智能巡檢系統(tǒng)在輸煤廊橋的應用

輸煤#9皮帶廊橋總長度約310m，廊橋有AB 兩條皮帶機，搭建一套智能巡檢系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)對輸煤廊橋自主巡檢、相關數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、故障報警和應急處理等功能。當明確有異常時，可報警、記錄異常點的位置并進行存儲。整套智能巡檢系統(tǒng)由智能巡檢機器人、專用軌道、無線測溫測振模塊、視覺檢測模塊、自動糾偏裝置、無線通信系統(tǒng)、充電維護平臺、工作站、監(jiān)控軟件等組成。

3.1 智能巡檢系統(tǒng)的布置

（1）智能巡檢機器人本體及軌道布置。在輸煤廊橋AB 兩條皮帶機上方搭建一條U 型鋁合金軌道，通過吊架與輸煤廊橋上方鋼結(jié)構(gòu)進行連接，間隔3m 布置吊架。在軌道上吊裝兩臺智能巡檢機器人，在皮帶機長時間運行時可交替對皮帶機進行不間斷巡檢作業(yè)。

（2）無線測溫測振模塊布置。在兩條皮帶機傳動設備電機、減速機和滾筒兩端安裝定點無線測溫測振模塊，對設備轉(zhuǎn)動部位的溫度和振動進行實時監(jiān)測。

（3）視覺檢測模塊布置。視覺檢測模塊包括撕裂檢測裝置、電子圍欄和異物檢測。在兩條皮帶機導料槽出口處分別安裝一套撕裂檢測裝置和異物檢測攝像機，進行實時皮帶狀態(tài)檢測和異物檢測。在兩條皮帶機沿線間隔安裝槍機，進行電子圍欄設置。

（4）自動糾偏裝置布置。自動糾偏裝置包含糾偏檢測模塊和皮帶糾偏模塊。在每條皮帶機布置3套上自動糾偏裝置和兩套下自動糾偏裝置，對皮帶機進行無人主動糾偏。

（5）無線通信系統(tǒng)布置。在輸煤廊橋沿線靠墻間隔50m 均勻布置無線通信基站和電源控制箱，對輸煤廊橋進行無線通信網(wǎng)絡覆蓋。

（6）充電維護平臺布置。在軌道兩端各安裝一套充電維護平臺，對智能巡檢機器人進行電量補充、機身清掃和日常檢修。

（7）工作站和系統(tǒng)軟件布置。在輸煤程控室安裝工作站和系統(tǒng)軟件，方便值守人員24h 都能通過系統(tǒng)軟件實現(xiàn)對輸煤廊橋現(xiàn)場的監(jiān)測。

3.2 智能巡檢系統(tǒng)的效果

3.2.1 環(huán)境氣體監(jiān)測

智能巡檢機器人搭載有氣體檢測傳感器，具備實時監(jiān)測環(huán)境中的CO、H2S、O2等可燃氣體信息。當監(jiān)測到檢測值超標時，系統(tǒng)將自動報警。

3.2.2 環(huán)境空氣溫濕度檢測

智能巡檢機器人搭載有溫濕度傳感器，溫濕度檢測滿足棧橋內(nèi)全年最高溫度與最高濕度的要求，溫度傳感器測溫范圍應為-40～+90 ℃，濕度測量范圍應為0～99%RH。智能巡檢管理系統(tǒng)能對輸煤棧橋局部位置或全線的溫濕度進行實時監(jiān)測，生成溫濕度變化趨勢圖，超限報警，還應能根據(jù)局部溫濕度變化情況進行按需巡檢。

3.2.3 粉塵檢測

智能巡檢機器人配置有合適量程的粉塵傳感器，當粉塵傳感器檢測到粉塵濃度超過標準限值時，智能巡檢管理系統(tǒng)能主動告警，實時監(jiān)測粉塵濃度變化，收集粉塵變化大數(shù)據(jù)，輔助輸煤棧橋粉塵治理管理決策，也可根據(jù)局部粉塵濃度情況進行按需巡檢。

3.2.4 煙霧檢測

智能巡檢機器人搭載有煙霧檢測傳感器，能實時檢測現(xiàn)場煙霧數(shù)值，在煙霧濃度達到限值后會主動告警，同時將現(xiàn)場監(jiān)控視頻紅外測溫數(shù)據(jù)發(fā)送后臺，輔助后臺工作人員決策，按需進行局部巡檢。

3.2.5 設備溫度檢測

智能巡檢機器人搭載有紅外熱像儀，對環(huán)境異常高溫點、托輥軸承和物料進行溫度檢測判別，當被檢測對象超過設定溫度值時，系統(tǒng)自動報警。測溫測振模塊可以對傳動設備進行溫度實時監(jiān)測，采集數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析溫升曲線，便于后臺管理人員對設備故障進行預判。

3.2.6 振動檢測

測溫測振模塊可實現(xiàn)對傳動設備振動實時監(jiān)測，建立設備振動數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析設備振動變化曲線，便于后臺管理人員對設備故障進行預判。

3.2.7 膠帶跑偏檢測及糾偏

跑偏檢測模塊通過深度相機，對皮帶邊緣位置進行圖像采集和位置確定，將膠帶邊緣檢測的位置和設定好的閾值進行比對，當膠帶邊緣的位置超出閾值時，則判斷膠帶跑偏。出現(xiàn)皮帶跑偏信息，系統(tǒng)會自動發(fā)出動作指令給糾偏裝置進行動作，通過糾偏裝置將皮帶糾正。

3.2.8 撒料檢測

跑偏檢測模塊通過對皮帶邊緣圖像采集，系統(tǒng)智能算法進行分析，發(fā)現(xiàn)邊緣有物料存留，判定皮帶出現(xiàn)撒料。

3.2.9 皮帶撕裂檢測

撕裂檢測裝置通過高速攝像機和激光發(fā)射器，采集皮帶表面激光骨架線形態(tài)，出現(xiàn)彎折或者斷開情況，對比采集到的圖片信息，判斷皮帶是否出現(xiàn)撕裂或表面破損。

3.2.10 電子圍欄

通過皮帶機沿線布置高清攝像機，建立虛擬的電子圍欄，在皮帶運行時，如有非法入侵進行報警。

3.2.11 人員安全檢測

通過智能巡檢機器人搭載的高清攝像機和沿線布置的定點攝像機，對檢測人員目標及坐標進行圖像采集，并結(jié)合圖像所標記皮帶位置，判斷人員是否靠近皮帶，避免造成人身傷害事故。對巡檢區(qū)域出現(xiàn)摔倒、被困、昏迷、打鬧、快速移動、聚集等非常規(guī)行為進行分析、判斷、提醒和報警。對進入現(xiàn)場人員是否佩戴安全防護裝備進行識別。

3.2.12 雙向語音通話

機器人搭載有雙向語音設備，在機器人人工輔助巡檢過程中，現(xiàn)場輔助巡檢人員可直接與后臺監(jiān)控人員進行語音對講，對現(xiàn)場情況進行溝通。當機器人巡檢現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)異常并告警，運維人員到達現(xiàn)場進行故障檢查或檢修時，能通過可見光攝像實現(xiàn)遠程視頻，專業(yè)人員能進行遠程作業(yè)指導和引導。

3.2.13 自動巡檢

可自主定制巡檢策略，主要包括實現(xiàn)智能巡檢機器人自主啟動停止、機器人自主控制運行長度、軌跡、速度、時間，并自主生成巡檢報告，為安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持和設備診斷科學依據(jù)。

3.2.14 VR數(shù)據(jù)可視化管理

通過對設備狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集、分析，使用（VR虛擬現(xiàn)實）技術(shù)，提供人員培訓、遠程巡檢、運行效率分析、設備檢修指導，以及故障預測診斷等數(shù)據(jù)化服務，提升設備管理能力、使用效率和智能化水平。

（1）遠程巡檢。通過讀取設備的全部巡行數(shù)據(jù)，并可通過采集器（巡檢機器人、現(xiàn)場傳感器等系統(tǒng)）輸入并保存，對設備缺陷的上報、檢定、處理、消除進行數(shù)據(jù)采集，并由后臺的管理軟件自動分析和處理，生成包括巡檢到位報表、設施狀態(tài)和參數(shù)等數(shù)據(jù)類報表，可在無線投顯設備直接調(diào)取設備數(shù)據(jù)表，對設備進行遠程巡檢。

（2）設備維護遠程指導和數(shù)據(jù)調(diào)取。有助于遠程專家指導現(xiàn)場服務、設備檢查、維護和復雜的制造組裝等工作輔助。對巡檢情況記錄難痛點，將巡檢時的信息通過文字、圖片、視頻等形式存儲在終端上，以便管理人員對巡檢情況的掌握分析。

（3）VR 三維立體培訓取代書面培訓。完成對新員工皮帶機功能及原理、拆裝各零部件、皮帶機操控、故障分析和運行安全警示等培訓和考核。值班人員可以隨時隨地，在巡檢過程中遇到難解決的問題或者阻礙時，利用智能眼鏡調(diào)取相關詳細巡檢內(nèi)容，實時解決問題，將學習場景與工作場景實現(xiàn)融合，打破空間和時間的限制，在三維立體互動中進行實踐，加深巡檢人員對錯誤操作的記憶，避免錯誤習慣的形成，提高其技能水平的同時，提高工作效率。

3.2.15 數(shù)據(jù)存儲

智能巡檢系統(tǒng)的各項巡檢/監(jiān)測數(shù)據(jù)應能長時間保存在后臺管理系統(tǒng)中，方便歷史數(shù)據(jù)查詢與調(diào)用，存儲歷史不少于1a。系統(tǒng)具有調(diào)閱溫度、振動等歷史曲線功能。

3.2.16 數(shù)據(jù)分析管理

（1）智能數(shù)據(jù)展示?？梢赃x擇一次性將相關子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都展示出來，包括歷史、實時的。也可以把某個監(jiān)測對象的歷史數(shù)據(jù)同時展示出來，以達到快速查找問題的目的。

（2）智能統(tǒng)計打印?？梢詫⒏鞣N展示數(shù)據(jù)進行各種組合統(tǒng)計，并提供打印、直接導出到Excel 表中等功能。

（3）自動巡檢記錄管理：所有巡檢產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)都將自動保存下來，并形成報表，提供用戶打印巡檢記錄或者導出到Excel 表格中，方便對巡檢工作進行分析和總結(jié)。

4 智能巡檢系統(tǒng)實施難點

智能巡檢系統(tǒng)在安裝實施過程中軌道安裝難度最大。輸煤廊橋現(xiàn)場由于是前后兩期建設，整個廊道連接處高度太矮，皮帶機上方安裝有人行跨越梯、皮帶秤和消防水管，在軌道布置設計時需要避讓這部分設施。在人行跨越梯和皮帶秤的地方需要設計彎軌進行避讓，消防水管太矮的地方需要進行抬高改造。整體對軌道的設計和安裝提出了很高的要求，需要精細化設計和施工，保障軌道的平順，不會對智能巡檢機器人行走造成阻礙。

皮帶機屬于重載設備，日常需要經(jīng)常維護和更換一些備件。在安裝撕裂檢測裝置、電子圍欄槍機和自動跑偏糾正設備時，這類設備安裝位置與皮帶機距離較近，部分設備更需要直接安裝在皮帶機機架上。在這部分檢測設施安裝選位和結(jié)構(gòu)設計上需要重復考慮皮帶機日常維護所需的空間，在安裝選位時要充分了解工作人員的意見和要求，在結(jié)構(gòu)設計時需要與其進行溝通。

輸煤廊橋現(xiàn)場環(huán)境復雜，各類設備較多，現(xiàn)場安裝的前端信息采集設備很多。智能巡檢機器人只能進行無線傳輸，在整個輸煤廊橋中布置無線基站與機器人進行數(shù)據(jù)傳輸。在安裝無線通信基站時必須保障整個機器人行走區(qū)域全部覆蓋無線信號，要充分考慮現(xiàn)場空間和設備情況，合理地進行安裝布置，保障智能巡檢機器人無通信死角。

5 結(jié)束語

通過在#9廊道搭建智能巡檢系統(tǒng)，對輸煤廊橋進行全線路、全方位、全自主的智能化巡檢管理，提高輸煤系統(tǒng)運行的安全性。有效降低因人工巡檢不全面、不量化、人員素質(zhì)依賴性強引起的安全生產(chǎn)事故和人員安全事故風險，提升設備管理效率和生產(chǎn)效率，變被動維護為主動預防，提高了企業(yè)智能化水平，推動企業(yè)逐步實現(xiàn)少人化乃至無人化發(fā)展進程。

隨著人工智能和控制技術(shù)發(fā)展，各種執(zhí)行層設備的完善，智能巡檢系統(tǒng)最終的方向是完全替代人工，實現(xiàn)無人值守。