工業(yè)機器人在火電廠復雜工況環(huán)境下的應用

張詩遠，蘭志明

（國能神福（石獅）有限公司，福建泉州 036700）

工業(yè)機器人、智能技術等的不斷發(fā)展，在工業(yè)領域中得到了廣泛應用。在火電廠當中所應用的工業(yè)機器人可以分為智能巡檢機器人、除銹噴漆機器人以及多功能機器人等。它們可以實現(xiàn)全自動、標準化的工作，因此本文針對火電廠，從智能機器人技術的功能需求和原理方面，對工業(yè)機器人在火電廠復雜的作業(yè)環(huán)境中的應用前景展開了相應的探討，旨在能夠促進火電廠向智慧電廠的方向逐步發(fā)展[1]。

1 現(xiàn)階段火電廠概括分析

1.1 目標

但現(xiàn)階段國內(nèi)火電廠針對智慧電廠和工業(yè)機器人的應用還處于初期階段。因此，為了使得工業(yè)機器人在火電廠復雜工況環(huán)境中得到充分應用，本文以工業(yè)機器人為主，對其展開了相應的研究。

1.2 智能巡檢機器人

智能巡檢機器人一般情況分為自主控制和遙控控制等兩種方式。在應用過程中，由計算機端系統(tǒng)實現(xiàn)對機器人的巡檢計劃進行配置，并生成定期的巡檢任務。不過處于自主控制或者遙控的方式下，智能巡檢機器人的巡檢任務對時間和路線設備等多個方面具有嚴格的要求。而處于無人監(jiān)管的情況下，該機器人通過模塊化設計搭載紅外溫度檢測、儀表讀數(shù)、人工智能算法以及圖像識別等功能，可以實現(xiàn)替代巡檢工作人員，完成可能存在相對危險、困難且復雜的工作，以此保證了巡檢人員的安全，還進一步促進其工作效率得到提升[2]。

2 工業(yè)機器人的軟硬件與工作原理

工業(yè)機器人具有多種不同類型，如智能巡檢機器人、特種機器人以及鍋爐模塊化多功能機器人和爬壁機器人等。鍋爐模塊化多功能機器人主要是面向鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的自動攀爬載體，具備搭載各種功能模塊能力，以拓展鍋爐模塊化多功能機器人在除銹、噴涂、檢測、巡視等方面的應用，在提高安全管理水平、提升工作效率、減輕工人勞動強度方面具有顯著意義。而智能巡檢機器人作為以智能硬件為載體的機器人，在設計過程當中融合了多種檢測技術、傳感器技術以及定位和識別技術等，從而賦予該工業(yè)機器人能夠應對火電廠不同作業(yè)場景方面的功能需求。如智能巡檢機器人的工作原理及算法。

2.1 導航定位技術

該技術的設計，主要是通過利用三維激光雷達實現(xiàn)了對火電廠鍋爐廠房中設備的間距小等問題，通過配備掃描激光雷達技術，在三維建模下利用實物的邊界輪廓線和棱線以及位置，實現(xiàn)了對其位置的明確。同時，結(jié)合相應的算法完成了點云匹配，從而確保該機器人定位的準確性[3]。

2.2 模擬識別算法

該算法技術一般是基于視頻圖像數(shù)據(jù)和識別算法、儀表盤讀數(shù)等方式。在識別檢測算法的作用下，對局部利用圖像配準技術的方式，使得智能巡檢機器人能夠從讀數(shù)的表盤或者液位標記等方面對數(shù)據(jù)進行讀取，并結(jié)合實際情況實現(xiàn)自動記錄和判斷，提出報警，但需要注意讀數(shù)的誤差相對要低于5%。

2.3 深度學習算法

該部分主要利用神經(jīng)網(wǎng)絡深度學習算法，對火電廠發(fā)生的漏水、煤粉以及煙氣等常見的現(xiàn)象進行快速精準的識別。同時，通過在工業(yè)機器人上配備視頻使用AI 識別預警系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對機器人工作和火電廠運行的情況進行實時記錄。

2.4 無人盤煤技術

該技術的應用主要是在火電廠的煤場上安置相應的軌道和纜繩，從而將三維動態(tài)激光掃描機器人掛載到相應的纜繩上進行運動，實現(xiàn)對目標料對的實時掃描測量作業(yè)。接著利用三角部分算法等建模，實現(xiàn)對所掃描的數(shù)據(jù)進行三維圖像建模，從而計算出該煤堆的三維立體圖形和存煤量。因此，無人機盤煤技術在煤場中的應用，能夠有效促進其工作效率的提高。

3 工業(yè)機器人的性能及功能設計

智能巡檢機器人在火電廠的復雜工程環(huán)境當中，該工業(yè)機器人的設計主要包括含了多個功能模塊，如防護模塊、通信模塊、續(xù)航模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、校準模塊、交互模塊和巡檢模塊等。這些不同的功能模塊之間需要相互協(xié)調(diào)配合運行，可以有效地保證巡檢機器人，完成相應的巡檢作業(yè)任務。通過，從其基本結(jié)構(gòu)方面來分析，該機器人還具備導航系統(tǒng)和信息處理模塊，具體功能機構(gòu)設計見圖1。該機器人的設計，不僅可以有效保障巡檢工作人員的人身安全，還能夠促進火電廠向智慧電廠的方向發(fā)展。

圖1 機器人的功能結(jié)構(gòu)設計

3.1 防護模塊設計

該模塊的設計可以劃分為報警、綜合管理以及防跌落等。其中報警設計實現(xiàn)了對火電廠設備檢測的數(shù)據(jù)長傳工作、分析和報警等功能。如果火電廠發(fā)生問題，報警系統(tǒng)就會及時發(fā)出警報，并利用聲光向工作人員進行提醒。而該過程當中只有工作人員利用手動恢復的方式才能夠解除報警以及利用手動的方式將報警信號實時上傳到工業(yè)機器人的系統(tǒng)當中。而防跌落設計，主要為機器人在作業(yè)時的安全提供了保障，以此避免了機器人發(fā)生跌落的問題。此外，綜合管理功能的設計，能夠使得機器人在應用過程當中將火電廠檢測的各項數(shù)據(jù)進行自動處理并生成相應的巡檢報告和巡檢數(shù)據(jù)。

3.2 校準模塊設計

該模塊的設計主要分為自檢、對時以及備份等方面。①自檢功能設計實現(xiàn)了對工業(yè)機器人的檢測、通信以及驅(qū)動和電源設備的運行狀態(tài)檢測。如果機器人在作業(yè)時存在異常，就會給出相應的提示，并及時地將故障信息上傳并處理。②對時功能是通過借助北斗和GPS 等技術精準地實現(xiàn)了對時，從而使得工業(yè)機器人的對時精度能夠有效滿足火電廠的需求。在應用過程當中，工業(yè)機器人可以結(jié)合關鍵的參數(shù)報警時，提供更為精準的定位，使得工作人員可以及時、準確有效地實現(xiàn)對故障位置的判斷，并對所發(fā)的情況進行最優(yōu)的處理。

3.3 交互模塊設計

該模塊的設計能夠?qū)崿F(xiàn)人機的就地交互?？梢岳脵C器人的界面顯示和語音交互實現(xiàn)信息的交互。并且，機器人中內(nèi)嵌的屏幕可以直觀地將智能巡檢機器人的巡檢任務進度、報警信息以及測點實時信息等方面的內(nèi)容進行顯示。

3.4 巡檢功能設計

該模塊主要有巡檢場景和巡檢模式兩個方面。在巡檢場景設計過程當中，可以使得智能機器人具備多場景的巡檢功能。當工作人員結(jié)合火電廠的生產(chǎn)情況對智能巡檢機器人進行設計時，能夠通過將其系統(tǒng)設置為后臺操作模式或者臨時巡檢、特別巡檢以及定時巡檢等多種模式，也是讓工作人員結(jié)合實際工作情況和需求，進行不同的操作場景切換。具體巡檢數(shù)據(jù)采集見圖2。

圖2 智能巡檢數(shù)據(jù)采集流程

3.5 續(xù)航模塊設計

該模塊的設計主要劃分為指令接收、自主充電以及特殊場景設計等部分。①從指令接收設計方面來說，在火電廠應用過程當中通過監(jiān)控后臺所發(fā)出的指令信息，實現(xiàn)對設備的檢測和云臺轉(zhuǎn)動及車體運動，并將所對應的信息及時反饋給系統(tǒng)。同時，巡檢機器人還可以將自身具備的警告信息和預警信息做出正確的檢測和上報。②從自主充電設計方面來說，該功能設計讓機器人擁有了自動充電的功能，使得機器人在運行過程中，完成自動充電操作。從其特殊場景設計方面來，又可以將其分為防雨設計和夜間設計兩個部分。簡單來說就是在智能巡檢機器人上裝備雨刷器以及夜間照明設備，使得其能夠在夜間或雨季實現(xiàn)火電廠的巡檢工作。

3.6 測量模塊設計

測量模塊的設計，作為智能巡檢機器人設計過程當中最重要的功能之一。它可以使得機器人通過測量功能實現(xiàn)替代人工的方式，完成對火電廠的測量和巡檢作業(yè)。并且，通過利用診斷分析系統(tǒng)和智能算法與傳感器，在火電廠中應用可以實現(xiàn)對其系統(tǒng)展開全面的邏輯判斷和數(shù)據(jù)分析，從而提高了工作的效率，并減少了作業(yè)人員接觸高危作業(yè)環(huán)境的情況。

4 工業(yè)機器人在火電廠復雜工況環(huán)境下的應用

4.1 實現(xiàn)原理

智能巡檢機器人是機器人技術在火電廠運行中應用的體現(xiàn)，代表了電廠運行具備了一定的智能化水平。智能巡檢機器人在實際應用中，根據(jù)機器人的實現(xiàn)原理的不同，對電廠的運行數(shù)據(jù)信息的采集方式也有所不同。故在對智能巡檢機器人的運維和管理中，應掌握智能巡檢機器人的實現(xiàn)原理，從而更好地維護巡檢機器人。在巡檢機器人中，可以采用可見光的巡檢原理，對電廠中的各類一次設備的外觀和運行溫度等數(shù)據(jù)信息進行實時準確采集，當發(fā)現(xiàn)一次設備存在異常的運行數(shù)據(jù)信息時，機器人應能夠準確發(fā)現(xiàn)，供運維人員參考。可以在電廠智能巡檢機器人中采用熱成像技術，熱成像裝置在布置時應對準紅外傳感器所感應的區(qū)域，智能控制模塊則對紅外傳感器和熱成像裝置所采集到的信息進行綜合分析。通過在智慧電廠中采用智能巡檢機器人，能夠?qū)崿F(xiàn)多種智能化功能，其中運行參數(shù)智能報警系統(tǒng)采用人工智能、專家系統(tǒng)等技術，建立工藝子系統(tǒng)穩(wěn)定工況模型，監(jiān)測智慧電廠相關設備的運行數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行分析，提取出相關的特征數(shù)據(jù)，并通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的速率、偏差、劣化、關聯(lián)等計算，獲取早期故障征兆。此外巡檢機器人應具備自主導航的功能，這樣當巡檢機器人在對電廠進行巡檢的過程中，碰到障礙物時也可以繼續(xù)巡檢，保證巡檢的持續(xù)性。

4.2 優(yōu)勢分析

智能巡檢機器人目前在多個不同的行業(yè)中都得到了廣泛應用，如可以將智能巡檢機器人應用在智慧電廠的巡檢中。隨著智慧電廠中電氣設備和智能化設備的增多，采用智能巡檢機器人越來越有必要。通過智能化巡檢技術，可以實現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的查詢、上傳等功能。巡檢機器人監(jiān)測系統(tǒng)可以獲取現(xiàn)場設備的振動和溫度測點，結(jié)合點檢人員現(xiàn)場觀察數(shù)據(jù)信息，形成完整點檢報告。通過在電廠中采用機器人進行巡檢，可以明顯降低電廠運行的人工成本，并提高電廠中各類電氣設備的運行可靠性。當機器人在巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)某些設備存在運行異常或運行告警信息時，可以提醒電廠運維人員及時采取相應的措施，從而提高了電廠的智能化運行水平，更好地保障電廠的安全可靠運行，助力智慧電廠的建設。

4.3 多功能模塊機器人在火電廠的應用前景及優(yōu)勢

在火電廠應用過程當中，鍋爐模塊化多功能機器人作為傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)學與現(xiàn)代智能控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物，作為典型的特種作業(yè)機器人，通過移動機構(gòu)和吸附結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合，將地面移動技術拓展到垂直空間。隨著機器人技術和人工智能技術的蓬勃發(fā)展，用機器代替人工作已經(jīng)成為一種社會發(fā)展的趨勢和必然。較之傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式，采用鍋爐模塊化多功能機器人搭載多種設備進行高危作業(yè)，能夠適應多種復雜工況，操作簡單，作業(yè)效率高，降低工人勞動強度和安全隱患。

本項目研究鍋爐模塊化多功能機器人主要是面向鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的自動攀爬載體，具備搭載各種功能模塊能力，以拓展鍋爐模塊化多功能機器人在除銹、噴涂、檢測、巡視等方面的應用，在提高安全管理水平、提升工作效率、減輕工人勞動強度方面具有顯著意義。

（1）提高工作效率。通過智能化、可視化、信息化管理的方式取代人工作業(yè)模式，執(zhí)行高強度自動作業(yè)，提高工作效率。

（2）提升公司職業(yè)安全健康管理水平，由設備代替人工作業(yè)，減少作業(yè)人員接觸高危作業(yè)環(huán)境。

5 結(jié)書語

對工業(yè)機器人的功能設計研究，對其在火電廠復雜工況環(huán)境下的應用具有重要的意義。因此，需要相關人員在對工業(yè)機器人研究過程當中，充分地了解火電廠的工業(yè)機器人的功能設計，使得該類型機器人技術得到充分地應用，從而促進火電廠的經(jīng)濟效益得到進一步提高。