智能化巡檢機(jī)器人在煤礦變電站應(yīng)用策略

黃 松,謝 濤,劉學(xué)峰,王 瑞

(國能蒙西煤化工股份有限公司棋盤井煤礦,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

0 引言

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展,將智能化巡檢機(jī)器人應(yīng)用于煤礦變電站的巡檢中已經(jīng)成為很多煤礦企業(yè)重點關(guān)注并應(yīng)用的一種方式。將智能化巡檢機(jī)器人應(yīng)用于煤礦變電站巡檢當(dāng)中不僅能夠保證日常巡檢工作的順利開展,同時結(jié)合機(jī)器人巡檢的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可全面地觀察變電站的運(yùn)行狀態(tài)。其次,巡檢過程中采集的數(shù)據(jù)對于煤礦變電站設(shè)備維護(hù)、設(shè)備檢修以及設(shè)備狀態(tài)評估具有重要的意義,可有效減少危險情況的發(fā)生[1]。因此,在煤礦變電站中應(yīng)用智能化巡檢機(jī)器人就顯得尤為重要。通過分析當(dāng)前煤礦變電站的巡檢情況,部分煤礦變電站還在沿用傳統(tǒng)的人工巡檢的方式,主要依賴于巡檢人員的感官判斷和現(xiàn)場經(jīng)驗,存在效率低、可靠性差、勞動成本高、實時性差等缺點,加上部分機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作時間較長,出現(xiàn)老化的情況較為嚴(yán)重,無形之中增加了設(shè)備的安全使用隱患。因此,分析智能化巡檢機(jī)器人在煤礦變電站的設(shè)計及應(yīng)用策略,能夠為變電站的智能化巡檢提供基礎(chǔ)和保障,對于提升煤礦企業(yè)的核心競爭能力具有重要的作用。

1 智能化巡檢機(jī)器的組成系統(tǒng)

智能巡檢機(jī)器人在實際運(yùn)行過程中主要是通過利用WiFi通信系統(tǒng)中的各個部分,可最大限度地實現(xiàn)信息交互,其系統(tǒng)構(gòu)造如圖1所示。智能化巡檢機(jī)器人運(yùn)作時能夠針對變電站中各個部分的運(yùn)行狀態(tài)、開關(guān)情況、數(shù)據(jù)采集、障礙報警以及安全檢測等工作進(jìn)行預(yù)警,在減少事故發(fā)生的同時提升巡檢的整體效果。

圖1 智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)造Fig.1 System structure of intelligent inspection robot

后臺管理系統(tǒng)由各個服務(wù)器以及顯示器等共同組成,在變電站的正常運(yùn)行中,它是確保數(shù)據(jù)接收、處理、發(fā)布的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié),對于提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率具有重要的作用[2]。該軌道系統(tǒng)由軌道吊架組件、軌道本體等部件組成,以確保巡檢機(jī)器人的正常運(yùn)行。電力供應(yīng)系統(tǒng)中,主要使用高性能的鋰電池作為智能巡檢機(jī)器人的電源,這種供電方式方便快捷,也能減少因用電產(chǎn)生的事故,且后續(xù)的自主充電較為便捷。通信系統(tǒng)主要為無線通信系統(tǒng)和有線通信系統(tǒng)。智能化巡檢機(jī)器人巡檢過程中綜合不同的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與管理,能夠保證后臺與管理系統(tǒng)之間得到高效的運(yùn)作,是煤礦變電站中極為重要的一個部分,能夠為變電站的巡檢與管理提供保障[3]。

2 智能化巡檢機(jī)器人的功能分析

2.1 自主充電功能

智能巡檢機(jī)器人自主充電是煤礦變電站中監(jiān)控系統(tǒng)智能化表現(xiàn)的一個途徑,可減少人工充電的次數(shù),提升機(jī)器人的使用效率。在巡檢機(jī)器人的主體上配備一塊特殊的鋰電池,在巡視軌道的末端安裝一個防爆的無線充電器,智能巡檢機(jī)器人在巡檢的過程中能夠及時發(fā)現(xiàn)電量的多少,并及時地做出對應(yīng)的充電準(zhǔn)備。同時,其中的掃描和識別RFID標(biāo)簽?zāi)軌驅(qū)ⅰ伴_門信息”發(fā)送給 PC終端,由主機(jī)發(fā)出“開門”的命令,充電樁的倉庫門會及時打開,伸出導(dǎo)軌將機(jī)器人送至對應(yīng)的充電口,進(jìn)入充電器進(jìn)行無線充電。這樣的功能設(shè)計能夠防止因電力不足引起的巡檢失效,可實現(xiàn)長時間、穩(wěn)定、高效的供電,同時也能減少對環(huán)境以及工作人員的傷害[4]。智能巡檢機(jī)器人中的充電板架構(gòu)中包含的內(nèi)容有BMS、PACK、ADC、MCU、DAC等,不同的架構(gòu)所擔(dān)任的任務(wù)以及電量分配之間存在一定的差異,是共同組成自主充電功能的重要部分。

2.2 安全識別功能

智能巡檢機(jī)器人具有人員入侵識別與未帶安全帽識別功能,可做到實時監(jiān)控和報警。如果有不明身份的人進(jìn)入,或是未按照相關(guān)巡視規(guī)定佩戴頭盔的人進(jìn)入巡檢場所,巡邏機(jī)器人會自動拍攝并發(fā)出警報,通知調(diào)度中心的管理員。智能化巡檢機(jī)器人中的頭盔識別主要采用的是深度學(xué)習(xí)算法,對監(jiān)控錄像進(jìn)行實時分析,當(dāng)監(jiān)視器顯示沒有戴頭盔時,系統(tǒng)會自動發(fā)出警告,與此同時系統(tǒng)會自動保存時間、地點和相應(yīng)的照片。頭盔識別和火焰識別系統(tǒng)所采集到的視頻信息,大部分都是從原系統(tǒng)前端的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中采集到的,網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)位于服務(wù)器終端或者監(jiān)控中心。技術(shù)人員在設(shè)置時借助RTSP協(xié)議訪問攝像機(jī)進(jìn)行視頻流的分流和獲取,不僅能夠及時獲取視頻信息,同時還能針對視頻內(nèi)容中存在的問題進(jìn)行針對性的處理,可以達(dá)到實時監(jiān)控和報警的功能[5]。

2.3 智能讀表功能

煤礦變電站中需要使用到的儀表數(shù)量眾多,且不同的儀表控制著不同的生產(chǎn)過程,每個設(shè)備的位置都比較固定。系統(tǒng)在實際運(yùn)行時可以直接通過智能化巡檢機(jī)器人監(jiān)控各個儀表的實時運(yùn)行狀態(tài)。煤礦變電所在生產(chǎn)中必須采用智能儀表,在儀表盤上安裝數(shù)位傳送系統(tǒng),而變電所通常有許多儀表盤,若要將電子儀表盤、智能儀表盤全部安裝將會耗費(fèi)企業(yè)大量的資金[6]。而采用智能化巡檢機(jī)器人可以取代傳統(tǒng)的智能讀表,實現(xiàn)對儀表數(shù)據(jù)的實時讀取和傳遞。其次,讀表功能通過Python中Pillow和Pytesseract庫以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法將提取圖片中的儀器儀表數(shù)值進(jìn)行記錄,不僅有助于技術(shù)人員對讀取出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,同時對于設(shè)備以及系統(tǒng)的維護(hù)也能提供一定的支撐,從而達(dá)到高性能維護(hù)的效果。智能讀表功能的運(yùn)行模式如圖2所示。

圖2 智能讀表功能運(yùn)行模式Fig.2 Operational mode of intelligent meter reading function

2.4 避障功能

智能化巡檢機(jī)器人在實際操作中,機(jī)器人主要采用的是高精度的TOF激光雷達(dá)技術(shù)在其上端使用光束雷達(dá),可以實時地掃描車身的前后部位,最后掃描得出的圖像能夠放射回來,借助反射的光束以及光束波之間的距離計算與障礙物之間的距離[7]。這樣的計算方式不僅能夠避免撞到其他的大型車輛,同時也能提升設(shè)備的使用壽命。在機(jī)器人下端使用8個點式TOF激光雷達(dá),在車體的前、后、左、右不同部位進(jìn)行掃描,可有效避免障礙物對車輛運(yùn)行產(chǎn)生的影響,其避障功能運(yùn)行流程如圖3所示。

圖3 避障功能運(yùn)行流程Fig.3 Operational process of obstacle-avoiding function

2.5 視頻監(jiān)測功能

智能化巡檢機(jī)器人裝備有清晰的可見光攝像機(jī)和紅外熱像儀。在巡視期間,利用可視光照相機(jī)對變電站開關(guān)柜的外形、工作狀態(tài)、開關(guān)分閉狀態(tài)、儀表故障指示等進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)傳輸,并將所獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾矸?wù)平臺進(jìn)行分析和診斷。紅外熱象機(jī)能夠?qū)崟r地獲取變電站內(nèi)的溫度及內(nèi)部的開關(guān)溫度,并將其傳送至管理服務(wù)平臺進(jìn)行分析與診斷。當(dāng)溫度超過允許范圍時就會自動報警,實現(xiàn)對電力設(shè)備的實時監(jiān)測和故障診斷,有助于設(shè)備管理人員及時的做好相應(yīng)的故障應(yīng)對策略,提升設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量。

2.6 操作查詢功能

在煤礦變電站工作環(huán)境中智能化巡檢機(jī)器人需要向現(xiàn)場管理者及時提供必要的查詢和操作。具體而言,由于目前煤礦變電站尚未實現(xiàn)無人作業(yè),所以在日常工作中不可避免地會有人為的作業(yè)。因此,為了進(jìn)一步提升作業(yè)人員的作業(yè)質(zhì)量與效率,智能化巡檢機(jī)器人需要在作業(yè)流程中提供相關(guān)的作業(yè)查詢,以提升作業(yè)系統(tǒng)的智能化與自動化程度。首先,智能化巡檢機(jī)器人需要具有基本的查詢報告功能,能夠及時地幫助現(xiàn)場管理者掌握各地區(qū)的設(shè)備狀態(tài),掌握設(shè)備的運(yùn)行參數(shù);在人機(jī)交互界面上,通過問詢鍵可以實時掌握采集到的數(shù)據(jù),并對監(jiān)控信息進(jìn)行實時的檢測;巡邏車內(nèi)有數(shù)據(jù)查詢功能,工作人員可以通過巡邏車上的數(shù)據(jù)迅速地從系統(tǒng)中提取出具體的數(shù)據(jù)[8]。例如,在數(shù)據(jù)表上可顯示有關(guān)設(shè)備和儀表的故障。此外,在巡查作業(yè)中現(xiàn)場管理者還可以借助巡檢機(jī)器人的歷史巡檢記錄對系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析,及時掌握系統(tǒng)設(shè)備的情況。但是,在實際檢驗設(shè)備的歷史資料時還要參照資料的時間,以保證所抽取的資料具有一定的參考價值,以便更好地掌握設(shè)備的使用情況,從而防止出現(xiàn)事故。

3 智能化巡檢機(jī)器人在煤礦變電站的應(yīng)用

將智能化巡檢機(jī)器人應(yīng)用于煤礦變電站的日常巡檢當(dāng)中,不僅能夠節(jié)省人力物力的支出,同時對于提升企業(yè)的巡檢效率和質(zhì)量具有重要的意義。但智能化巡檢機(jī)器人在巡檢過程中也存在一定的不足,主要集中于對傳感器設(shè)備的應(yīng)用、智能化水平的建設(shè)以及管理人員綜合素養(yǎng)幾個方面。因此,提出針對性的應(yīng)對策略可有效提升巡檢質(zhì)量,從而提高煤礦企業(yè)的核心競爭力。

3.1 做好傳感器設(shè)備的靈活應(yīng)用

在實際使用中,智能巡檢機(jī)器人需要對變電站設(shè)備的操作及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測,原因是這類特性對智能傳感裝置的依賴性很強(qiáng)。因此,應(yīng)當(dāng)充分利用智能化巡檢機(jī)器人靈活應(yīng)變的優(yōu)勢,確保智能感應(yīng)器能收集到完整、全面的資訊,為智能巡檢機(jī)器人的工作提供良好的基礎(chǔ)[9]。其次,應(yīng)重視智能化巡檢機(jī)器人的日常保養(yǎng)及檢修工作。具體而言,可以通過設(shè)備制造商指定具有一定技術(shù)水準(zhǔn)的專業(yè)維修工對整個工作站進(jìn)行定期檢修與標(biāo)定,保證機(jī)器人巡檢的正確性。檢查機(jī)械臂的外形、驅(qū)動輪、轉(zhuǎn)向輪的工作狀態(tài),是否出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象,照相機(jī)有沒有灰塵。定期檢查機(jī)械設(shè)備的充電室是否漏水、門窗是否密封性、室內(nèi)充電器、空調(diào)設(shè)備是否工作正常等,以防止智能化巡檢機(jī)器人發(fā)生故障,影響巡檢工作的正常進(jìn)行[10]。

當(dāng)采用自動化巡檢模式巡檢時,機(jī)器人會根據(jù)巡檢任務(wù)的內(nèi)容、時間、路徑等參數(shù),自動啟動,完成巡檢任務(wù),實時監(jiān)測和分析數(shù)據(jù)。技術(shù)人員可以綜合這一巡檢模式的優(yōu)勢對巡檢流程進(jìn)行設(shè)計,確保巡檢模式正常以達(dá)到較好的巡檢效果。

3.2 提高巡檢機(jī)器人的智能化水平

在運(yùn)用智能化巡檢機(jī)器進(jìn)行巡檢的過程中還應(yīng)加強(qiáng)軟硬件的升級,以提升其智能化程度。尤其是在煤礦變電站中要充分利用監(jiān)控機(jī)器人,通過智能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行硬件升級,提高其智能化使用的效率。例如,在利用智能化巡檢機(jī)器人時,為確保智能化水平的有效提升,可以將巡檢中的遙控巡檢模式進(jìn)行高效利用。當(dāng)智能化巡檢機(jī)器人在自動巡視時,及時發(fā)現(xiàn)異常的設(shè)備和環(huán)境狀態(tài),并向操作人員發(fā)出警報,操作人員可以通過后臺的遠(yuǎn)程控制界面,控制機(jī)器人快速的找到異常設(shè)備并查看,確認(rèn)報警,同時為后續(xù)制定管理對策提供一定的指導(dǎo)[11]。

3.3 提升管理人員的素質(zhì)

煤礦變電站企業(yè)管理人員的專業(yè)能力以及綜合素養(yǎng)很大程度上決定智能化巡檢機(jī)器人巡檢的效果和質(zhì)量。當(dāng)前,絕大部分智能化巡檢機(jī)器人需要使用到的智能設(shè)備以及系統(tǒng)較為復(fù)雜,管理人員在對其進(jìn)行管理的同時需要具備較強(qiáng)的專業(yè)能力。通過不斷提升自身的專業(yè)能力,重視相關(guān)戰(zhàn)略理念的融合,可為變電站智能化管理工作提供保障。例如,對于750 kV大樞紐變電站巡檢工作存在設(shè)備和設(shè)備區(qū)多的問題,僅靠1臺機(jī)器人進(jìn)行1次設(shè)備巡視需要很長時間。因此,管理人員可以對巡檢機(jī)器人進(jìn)行二次配置。根據(jù)巡檢線路將整個站點的設(shè)備分為2部分,并由2個機(jī)器人進(jìn)行巡檢。從設(shè)備規(guī)模、工程投資等方面考慮,對1座小型變電站宜采用多個充電室;在2座及以上主變規(guī)模大的變電站中,選擇智能化巡檢機(jī)器人雙配置方案[12]。

4 結(jié)語

智能化巡檢機(jī)器人在煤礦變電站中具有較好的應(yīng)用前景。將智能化巡檢機(jī)器人應(yīng)用于煤礦變電站當(dāng)中不僅能夠較好地解決傳統(tǒng)巡檢工作存在的效率低下、可靠性差、人工成本高等問題,同時還能實現(xiàn)實時巡檢,幫助煤礦變電站企業(yè)減少成本投入。煤礦企業(yè)在利用智能化巡檢機(jī)器人進(jìn)行巡檢的同時,還應(yīng)當(dāng)重視對于傳感器設(shè)備的靈活應(yīng)用,提升機(jī)器人智能化水平,重視管理人員專業(yè)技能及綜合素養(yǎng)的提升,提高巡檢的智能化管理水平。