輸煤廊道機器人的自動巡檢系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)探討

國能九江發(fā)電有限公司 李 旭 黃曉明 司朝輝

1 輸煤廊道機器人的相關(guān)研究

1.1 輸煤廊道研究

輸煤廊道是一種用于運送煤炭的線路，同時也是一種安裝形式。輸煤裝置按照具體的形式，可分為輸煤廊道和輸煤棧橋2種形式，其中輸煤廊道在實際建設(shè)中類似于地溝的形式，一般以地下或半地下的結(jié)構(gòu)形式，借助輸送機實現(xiàn)對煤炭的運輸。在實際的使用中，輸煤廊道具有較高的運送效率，能夠滿足實際使用的基本需求，實際的運輸方式有皮帶運輸、氣力運輸和管道運輸幾種形式，實際的使用中，皮帶運輸?shù)氖褂眯首罡遊1]。

1.2 輸煤廊道機器人巡檢的優(yōu)勢與難點

1.2.1 優(yōu)勢

實際的輸煤廊道機器人巡檢工作中，通過機器人巡檢不僅保證了巡檢的效率，還能讓巡檢工作不受到主觀因素的影響，并且機器人工作不會受到天氣的影響，能滿足輸煤廊道的工作需求，任意環(huán)境下機器人都能保持正常工作狀態(tài)、能夠保證巡檢的質(zhì)量。除此之外，機器人巡檢是由機器人代替人類巡檢，能夠適應(yīng)任何工作環(huán)境，并且可以保證巡檢工作的安全系數(shù)。

此外，機器人巡檢是以圖像識別系統(tǒng)、紅外測溫等技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的巡檢系統(tǒng)，實際的使用中，有效地豐富了巡檢的工作手段，并且還能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，可以有效提升巡檢工作的質(zhì)量、降低隱患，并且通過機器人的巡檢，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并采取有效的控制手段，降低巡檢質(zhì)量的發(fā)生。另外，巡檢工作制度可以提升巡檢的質(zhì)量，避免巡檢過程中人為因素導(dǎo)致紕漏的發(fā)生[2]。

1.2.2 機器人自動巡檢的難點

為了實現(xiàn)機器人自動巡檢，需要結(jié)合實際情況，合理對機器人自動巡檢的相關(guān)技術(shù)進行利用，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的構(gòu)建。但是實際的系統(tǒng)建設(shè)中會發(fā)現(xiàn)，輸煤廊道中的環(huán)境惡劣，一般情況下，廊道內(nèi)部電纜隧道面積大、相關(guān)設(shè)備種類多、環(huán)境復(fù)雜程度高，甚至還會有橫貫廊道的航車或跨越皮帶的通行橋。另外，輸煤系統(tǒng)的長度相對較長，并且還會經(jīng)過轉(zhuǎn)運站并實現(xiàn)周轉(zhuǎn)。整個輸煤系統(tǒng)從煤倉到鍋爐煤倉之間的距離控制在200m，爬坡約18°，并且一段皮帶輸送機經(jīng)轉(zhuǎn)運站到過濾段皮帶的輸送時間，存在垂直落差。

2 輸煤廊道機器人的自動巡檢系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)研究

2.1 總的設(shè)計方案

為了保證輸煤廊道機器人的自動巡檢系統(tǒng)正常運行，就要注意的巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)，確保自動巡檢系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。實際的系統(tǒng)設(shè)計中，包括如下的相關(guān)內(nèi)容。

輸煤廊道的自動巡檢機器人應(yīng)具有相應(yīng)的軌道系統(tǒng)、巡檢機器人本體體系，在線圖像識別系統(tǒng)等，通過這些系統(tǒng)的合理運行，滿足自動巡檢系統(tǒng)的基本工作需求。其中，系統(tǒng)的這些部分需要相應(yīng)的技術(shù)支持，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的可靠性。這些技術(shù)包括智能分析技術(shù)、機器學(xué)習(xí)技術(shù)、危機預(yù)測感應(yīng)技術(shù)、故障診斷技術(shù)、相應(yīng)的控制技術(shù)和多傳感器信息融合技術(shù)，這些技術(shù)的合理運用能夠滿足自動巡檢系統(tǒng)的基本需求[3]。

圖1 自動巡檢系統(tǒng)的拓撲關(guān)系圖

2.2 機器人本體

為了確保機器人的正常工作，需要保證機器人具有較高的信息采集能力，所以機器人要具備相應(yīng)的高清攝像頭、溫濕度傳感器、聲音傳感器、聲光報警器、氣體監(jiān)測儀器、超聲避障系統(tǒng)等。為了滿足實際使用的基本需求，需要對機器人的這些內(nèi)容融合到一起，從而實現(xiàn)嵌入式控制設(shè)計，完成全工業(yè)化元器件的設(shè)計。

為了保證機器人能夠在輸煤廊道中正常運行，需要對機器人的運行方式進行選擇，本文結(jié)合軌道系統(tǒng)實現(xiàn)對軌道運行方式的設(shè)置。并且，為滿足信息采集的功能，需要對機器人本體、機器人的驅(qū)動裝置、音頻傳感器、攝像機等部分進行控制，確保機器人能夠滿足實際的信息采集需求。

結(jié)合機器人的實際情況，發(fā)現(xiàn)機器人主要是由機器人本體系統(tǒng)、運行軌道系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和軌道消塵除灰系統(tǒng)等構(gòu)成。從而滿足機器人正常運行的基本需求。如圖2所示，為本文的機器人自動巡檢系統(tǒng)的行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 大數(shù)據(jù)后臺管理系統(tǒng)

通過機器人采集相應(yīng)的信息，再由系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析，從而保證數(shù)據(jù)信息的合理分析，確認輸煤廊道的正常工作，降低影響輸煤效率的問題帶來的影響。

后臺管理服務(wù)器計算機設(shè)在輸煤控制室內(nèi)，現(xiàn)場由機器人所采集的數(shù)據(jù)信息經(jīng)由線路傳遞到大數(shù)據(jù)后臺管理系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)對輸煤廊道的遠程管理，積極推動大數(shù)據(jù)后臺的管理質(zhì)量。實際的工作中，由系統(tǒng)進行集中管理，最后實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的存儲，確保巡檢數(shù)據(jù)具有一定的可查詢性，后續(xù)工作中，如果要用到巡檢數(shù)據(jù)，可通過查詢獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，滿足工作的基本需求。

這部分系統(tǒng)主要是由5個子系統(tǒng)構(gòu)成，子系統(tǒng)的穩(wěn)定運行確保大數(shù)據(jù)后臺管理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時，系統(tǒng)還能實現(xiàn)巡檢機器人工作狀態(tài)的實時呈現(xiàn)，能夠使得相應(yīng)的工作人員獲取具有真實感的信息。這部分系統(tǒng)中需要有實時監(jiān)控主界面，用戶可以通過自動巡檢系統(tǒng)獲取機器人系統(tǒng)的視頻，并且能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時獲取，從而滿足相關(guān)管理工作的基本需求[4]。

智能巡檢管理技術(shù)。這部分技術(shù)是保證機器人穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，也是確保巡檢系統(tǒng)作用發(fā)揮的基礎(chǔ)。實際的管理中，要保證機器人可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的任務(wù)進行巡檢，并且還能夠根據(jù)后臺界面進行遠程操控并實現(xiàn)巡檢工作。機器人的巡檢可以分為自動巡檢和半自動巡檢2種形式，其中，自動巡檢是機器人按照設(shè)定好的線路進行巡檢，而手動巡檢是人為操控機器人進行巡檢。一般情況下，機器人的巡檢可以分為全面巡檢、定制巡檢和定點檢測等巡檢方式，每種巡檢方式都有各自的優(yōu)勢，所以要結(jié)合實際情況確認巡檢的質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)問題所在。如圖3所示，為本文的機器人巡檢管理策略。

圖3 自動巡檢的管理策略

大數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。機器人巡檢的過程中能夠產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)具有各種格式、各種規(guī)格和各種形式。所以就要求這些數(shù)據(jù)可以被存儲，還能實現(xiàn)可重復(fù)利用。這樣就可以大數(shù)據(jù)存儲技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的存儲，并要求數(shù)據(jù)的保存期限不低于24個月，使得24個月內(nèi)可以隨時的對數(shù)據(jù)信息進行調(diào)用[5]。

機器人控制。為了滿足機器人自動巡檢，要求機器人可以被合理控制，讓機器人可以通過遠程控制，實現(xiàn)運行、云臺的轉(zhuǎn)動等操作，能實現(xiàn)有效的遠程控制，從而滿足用戶不斷變化的控制需求。

雙向語音，遠程視頻。機器人自動巡檢系統(tǒng)還要具備聲音的雙向功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠程視頻的功能。也就是說，當(dāng)機器人巡檢過程中發(fā)現(xiàn)問題后，維護人員到達故障現(xiàn)場后，工作室內(nèi)的人員可以借助雙向語音和遠程視頻實現(xiàn)溝通，從而提升故障的處置水平。

2.4 自動巡檢方案及功能

皮帶機傳動，傳動件溫度監(jiān)測的設(shè)計方案。為了獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，本文選擇了紅外熱像儀對相應(yīng)的信息進行獲取，從而能夠不間斷的對溫度進行檢測。

皮帶狀態(tài)的智能識別。實際的機器人巡檢過程中，需要對皮帶狀態(tài)進行識別，判斷皮帶是否存在撕裂、撕邊的問題。如果存在這些問題，則說明皮帶出現(xiàn)了故障，需要對皮帶進行更換。為了確保識別的效果，需要選擇300萬以上像素的攝像頭，并控制分辨率為1920×1080，以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)對采集頻率的控制，一般為30幀/s[6]。

異物闖入、危險行為識別。這部分主要是一個危險識別部分，主要是對現(xiàn)場人員和異物的闖入進行識別，避免他們給廊道帶來影響。另外，還要對相關(guān)人員的危險動作和危險行為進行識別，降低各類危險行為的影響，確保輸煤廊道的安全運行。

設(shè)備運行異響的檢測。這部分不僅是對聲音的識別，還要求在識別到異響后，能通過系統(tǒng)的分析明確具體異常的發(fā)生位置，確認是何種設(shè)備出現(xiàn)了問題，這樣再告警給維護人員，確保維護人員采取有效的維護措施，降低隱患的影響。

設(shè)備振動檢測。主要是對發(fā)生了振動問題的設(shè)備進行檢測，通過檢測明確造成振動的原因，并向維護人員發(fā)出告警，確保維護人員采取有效的維護措施，避免振動問題的擴大，提高設(shè)備的安全系數(shù)。

多傳感器信息融合技術(shù)。這部分技術(shù)是對機器人配備的傳感器采集的信息進行融合，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃和反應(yīng)速度。并保證這些內(nèi)容的準確與可靠。

3 輸煤廊道機器人自動巡檢系統(tǒng)的實施方案

為了保證輸煤廊道機器人自動巡檢系統(tǒng)的實現(xiàn)，需要結(jié)合合理的實施方案對系統(tǒng)進行建設(shè)，確保系統(tǒng)的開發(fā)水平。

技術(shù)交底。為了保證建設(shè)效果，要合理地展開技術(shù)交底工作，從而確保實施人員掌握相應(yīng)的建設(shè)要點，避免給系統(tǒng)的建設(shè)帶來影響，積極推動系統(tǒng)的合理建設(shè)，滿足實際使用需求；實施計劃。根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境情況制定完善的實施計劃，再對方案進行研究與分析，確保方案的合理，使之滿足實際的建設(shè)需求。

軌道的鋪設(shè)。為了確保機器人的穩(wěn)定運行，需要對軌道進行鋪設(shè)，軌道鋪設(shè)過程中控制寬度，一般要小于人行道的寬度，并且確保不會輸煤廊道的正常行走帶來影響；充電系統(tǒng)的安裝。這部分為了滿足機器人穩(wěn)定巡檢的基礎(chǔ)，實際的安裝過程中要按照規(guī)范進行，確保充電系統(tǒng)的可靠性。

通信系統(tǒng)安裝。這部分是滿足機器人巡檢過程中信息傳遞的基礎(chǔ)，通過控制信息的穩(wěn)定傳遞，滿足巡檢的基本需求；定點設(shè)備安裝。結(jié)合巡檢需求對定點設(shè)備進行安裝，從而保證設(shè)備的穩(wěn)定運行；后臺系統(tǒng)的安裝。要求后臺系統(tǒng)能夠滿足實際的工作需求，確保巡檢工作能夠滿足輸煤廊道的運行需求，并且便利工作人員的相關(guān)操作。

4 結(jié)語

本文結(jié)合實際情況，對輸煤廊道的機器人自動巡檢系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)展開研究，詳細分析具體的巡檢系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)的研究，旨在確保系統(tǒng)的合理運用，使得輸煤廊道的工作質(zhì)量可以得到提升，降低各類影響對廊道的干擾。