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★中控技術(shù)股份有限公司

2023年，中控技術(shù)積極參與實(shí)施中東某大型石油公司“基于機(jī)器人技術(shù)的廠區(qū)智能巡檢項(xiàng)目”建設(shè)工作，將輪式巡檢機(jī)器人、四足機(jī)器狗等多種機(jī)器人產(chǎn)品與技術(shù)進(jìn)行融合，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，構(gòu)建了一套完整的機(jī)器人智能巡檢解決方案。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1　項(xiàng)目背景

由于該天然氣處理廠生產(chǎn)工藝復(fù)雜、大型精密高危設(shè)備眾多，傳統(tǒng)的人力巡檢方式效率低、危險(xiǎn)程度高。巡檢工作質(zhì)量容易受到如漏檢、誤檢或遇到惡劣氣候環(huán)境時(shí)的消極怠工、出人不出力等人為因素影響，導(dǎo)致巡檢效率低、誤報(bào)率高等問題，更為嚴(yán)重地則會(huì)引起重大安全事故，造成不可彌補(bǔ)的巨大損失。

基于上述問題，該天然氣處理廠希望借助智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)，憑借光譜視頻成像、紅外氣云成像、大數(shù)據(jù)分析、AI深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氣體泄漏定性、定量檢測(cè)、危險(xiǎn)源檢測(cè)、表計(jì)識(shí)別與跑冒滴漏檢測(cè)等巡檢作業(yè)。同時(shí)，通過數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)三維定位與報(bào)警功能，以及在事故和特殊情況下執(zhí)行定制化巡檢任務(wù)。

2　案例實(shí)施與應(yīng)用

本項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)不同的場(chǎng)景需求，采用多種機(jī)器人系統(tǒng)完成各類巡檢工作。

對(duì)于防爆需求場(chǎng)景，該項(xiàng)目采用中控自主研發(fā)的輪式防爆巡檢機(jī)器人，該機(jī)器人可以按照預(yù)先設(shè)定的線路、巡檢內(nèi)容、報(bào)警規(guī)則、巡檢日程自動(dòng)執(zhí)行巡檢工作。巡檢過程中，機(jī)器人利用自身搭載的熱成像、可見光、聲音等傳感器對(duì)儲(chǔ)罐、管道等檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行掃描，獲取各類巡檢數(shù)據(jù)，并利用自身攜帶的相關(guān)AI算法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出分析結(jié)果。如果分析結(jié)果超出預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值，則觸發(fā)報(bào)警。同時(shí)，機(jī)器人利用自身數(shù)據(jù)同步程序?qū)⒀矙z數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)存入云端遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)于一些機(jī)器人不方便到達(dá)的地方，該項(xiàng)目部署了如無線氣體檢測(cè)儀等固定式智能傳感器，機(jī)器人巡檢時(shí)可獲取這些傳感器采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)分析。

圖2 輪式防爆巡檢機(jī)器人

對(duì)于非防爆需求場(chǎng)景，如配電間、生活區(qū)，該項(xiàng)目采用室內(nèi)輪式機(jī)器人、四足機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)巡檢任務(wù)。針對(duì)化工廠配電間巡檢，采用室內(nèi)輪式巡檢機(jī)器人，綜合運(yùn)用激光無軌導(dǎo)航、圖像智能識(shí)別與分析、多傳感器融合等技術(shù)，可代替人工完成室內(nèi)特定環(huán)境下的設(shè)備檢測(cè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。對(duì)于室外非防爆環(huán)境，采用四足機(jī)器人展開指定區(qū)域巡檢工作，協(xié)助物業(yè)、安保人員完成火災(zāi)預(yù)警、人員識(shí)別、入侵預(yù)警等工作。

圖3 室內(nèi)輪式機(jī)器人

圖4 四足機(jī)器人

本項(xiàng)目機(jī)器人系統(tǒng)首次采用“OGI+TDLAS+AI視覺”多維度融合檢測(cè)技術(shù)，不僅能夠?qū)怏w泄漏故障進(jìn)行快速識(shí)別，還能對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行精確定位與定量分析。

圖5 氣體泄漏故障識(shí)別、定位與分析

本項(xiàng)目還通過激光3D建模技術(shù)，搭建廠區(qū)數(shù)字孿生平臺(tái)，并實(shí)時(shí)顯示巡檢、報(bào)警信息，通過數(shù)字孿生平臺(tái)，構(gòu)建了定位、量化和可視化的數(shù)字孿生檢測(cè)系統(tǒng)，用戶能夠在第一時(shí)間確定氣體泄漏與異常排放發(fā)生的具體位置，及時(shí)采取處置措施。

圖6 廠區(qū)數(shù)字孿生平臺(tái)

本項(xiàng)目還建立了智能化的數(shù)據(jù)分析與檢測(cè)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制與自定義巡檢等功能，并具備報(bào)表生成、遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程診斷、數(shù)據(jù)分析等智能化巡檢功能。同時(shí)，系統(tǒng)還支持多種操作系統(tǒng)，并可與廠區(qū)的DCS/SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)。

3　項(xiàng)目效益

（1）巡檢效率顯著提高：考慮對(duì)數(shù)據(jù)的查看、記錄、歸檔時(shí)間，人工巡檢平均一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)時(shí)間約為1～2分鐘；機(jī)器人單點(diǎn)巡檢時(shí)間在10-30秒，同步完成數(shù)據(jù)記錄、分析、告警；

（2）巡檢流程規(guī)范性明顯提高：全覆蓋智能巡檢系統(tǒng)識(shí)別精度保持在98%以上，準(zhǔn)確可靠，無人為、環(huán)境等主客觀因素干擾，實(shí)現(xiàn)戶內(nèi)站的可視化、智能化管理與展示；

（3）巡檢覆蓋率大幅提升：人工巡檢主要對(duì)各電力柜的電流、電壓表進(jìn)行查看；智能巡檢系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所有設(shè)備表計(jì)、開關(guān)狀態(tài)、指示燈等的全面覆蓋與智能識(shí)別，設(shè)備覆蓋率至少提升100%以上；

（4）數(shù)據(jù)處理能力顯著增強(qiáng)：全覆蓋智能巡檢系統(tǒng)能夠匯總廠區(qū)多維檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、管理、告警和故障預(yù)測(cè)，摒棄了傳統(tǒng)人工巡檢數(shù)據(jù)分散、處理效率低的缺陷，實(shí)現(xiàn)高效全面智能的全新運(yùn)檢模式；

（5）生產(chǎn)安全性明顯提高：全覆蓋智能巡檢系統(tǒng)能夠取代人工，將巡檢人員與高壓環(huán)境隔離開來，消除巡檢的安全隱患，實(shí)現(xiàn)無人化安全運(yùn)檢。

4　項(xiàng)目創(chuàng)新

在企業(yè)整體運(yùn)維方面，本項(xiàng)目基于機(jī)器人的智能巡檢系統(tǒng)，打破了傳統(tǒng)體系模式下生產(chǎn)時(shí)間和空間的限制，實(shí)現(xiàn)了以設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)感知及預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)警、智能輔助決策、遠(yuǎn)程生產(chǎn)指揮、精益過程管控為代表的實(shí)時(shí)化、跨空間運(yùn)檢模式體系，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行多角度、多維度的分析，優(yōu)化巡檢策略、故障缺陷分析，全面推動(dòng)生產(chǎn)管理模式方式由“事后應(yīng)對(duì)”向“事前防范”轉(zhuǎn)變，“分散現(xiàn)場(chǎng)管控”向“集約遠(yuǎn)程指揮”轉(zhuǎn)變，“傳統(tǒng)人工生產(chǎn)”向“數(shù)據(jù)智能驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)變，顯著提升了管理效率。

（1）設(shè)備信息數(shù)字化

利用機(jī)器人自主運(yùn)行的特點(diǎn)，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的智能采集、實(shí)時(shí)傳輸和自動(dòng)分析，實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息自動(dòng)交互、設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)掌握、狀態(tài)異常提前預(yù)警、研判評(píng)估、輔助診斷等，全面提升設(shè)備狀態(tài)管控力；強(qiáng)化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用水平，拓展在線監(jiān)測(cè)范圍，提升在線監(jiān)測(cè)的可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)用性；全面實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知、監(jiān)視預(yù)警。

（2）診斷評(píng)估智能化

立足于實(shí)際應(yīng)用，從質(zhì)量、安全、效率、經(jīng)濟(jì)性等方面構(gòu)造效益評(píng)價(jià)指標(biāo)，針對(duì)不同環(huán)境特點(diǎn)，構(gòu)建機(jī)器人和人工巡檢相結(jié)合的立體化巡檢模式體系；基于機(jī)器人獲取的高度一致性檢測(cè)數(shù)據(jù)，從時(shí)間趨勢(shì)上對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)判，實(shí)現(xiàn)故障的提前預(yù)警和主動(dòng)運(yùn)維。

（3）設(shè)備巡視高效化

以設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)診斷、可視化和遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)為基礎(chǔ)，將運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)置前，推進(jìn)巡檢業(yè)務(wù)監(jiān)控管理與巡檢現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)同步，提高巡檢作業(yè)效率和質(zhì)量，輔助運(yùn)維策略制定和計(jì)劃執(zhí)行跟蹤，顯著提升設(shè)備狀態(tài)管控能力和巡檢管理穿透力。

近年來，智能巡檢機(jī)器人得到迅猛發(fā)展，但由于石油化工行業(yè)的特殊性，其在該行業(yè)的應(yīng)用仍處于起步階段，在海外的應(yīng)用也還處于空白期。通過該項(xiàng)目的實(shí)施與應(yīng)用，驗(yàn)證了采用多種機(jī)器人的聯(lián)合巡檢，并結(jié)合數(shù)字孿生、AI智能算法構(gòu)成的整體解決方案，能夠很好地滿足石油化工企業(yè)的智能化、無人化巡檢的需求，將大幅提升運(yùn)營安全與巡檢效率。可以預(yù)見，這將成為我國高端裝備進(jìn)軍海外的有利契機(jī)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年11月刊