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案例頻道

淺析智能巡檢機器人在輸煤皮帶場景的應用
電力行業(yè)在信息化、智能化高速發(fā)展的今天,傳統(tǒng)巡檢模式已無法滿足現(xiàn)代電力行業(yè)的建設需求,如何采用新形勢下的新技術、新手段實現(xiàn)運維模式的轉變,如何合理運用AI技術與設備巡檢進行深度融合,減輕發(fā)電廠運維人員的運維負擔,有效保障設備的安全可靠運行,是今后所面臨的主要問題之一。本文將淺析智能巡檢機器人在南京發(fā)電廠輸煤皮帶場景下的應用效果。

★南京科遠智慧科技集團股份有限公司張滌,雷華錦,高佳

★中國大唐集團有限公司南京發(fā)電廠劉峰,張笑

關鍵詞:機器人;輸煤皮帶;無人值守;智能巡檢

1 前言

1.1 行業(yè)痛點

煤炭作為電廠的“動力之源”,其重要程度不言而喻,但由于其特殊的性質(zhì),導致煤炭的管理同樣是讓電廠很頭疼的一件事。煤炭在經(jīng)過長時間的運輸及存儲之后,由于水分的揮發(fā)、壓實程度的變化等因素影響變得更加危險。自燃可能發(fā)生在任何堆煤或輸煤的地方,在輸煤傳送帶系統(tǒng)上發(fā)生的概率更高。煤會與空氣中的氧氣發(fā)生氧化,引發(fā)溫度升高。剛開始煤的溫度只會稍高于環(huán)境溫度,但如果沒有監(jiān)測系統(tǒng)可能在其上升到400攝氏度時也無法察覺,直到其引起火焰燃燒。這樣不僅對工作人員安全造成威脅,還可能對運行皮帶造成損壞,甚至造成更大面積的損失,發(fā)電完全中斷等。在預氧化過程中,還會產(chǎn)生大量的甲烷和一氧化碳氣體,這些有毒氣體讓滅火變得更加艱難。

近年來,國內(nèi)各大發(fā)電企業(yè)先后對占火電廠70%以上成本的燃料業(yè)務進行了全面深入的信息化、自動化、智能化建設并取得了良好的使用效果。但是,輸煤廊道的巡檢工作作為燃料輸送線業(yè)務的重要部分,勞動任務繁重,環(huán)境條件惡劣,目前仍然采用傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式,存在效率偏低,及時性、安全性不高,可靠性、穩(wěn)定性偏弱,誤報、漏報現(xiàn)象時有發(fā)生,視頻監(jiān)視大量盲區(qū),無法及時快速追蹤現(xiàn)場情況等諸多問題,具體表現(xiàn)在:

(1)作業(yè)現(xiàn)場往往環(huán)境較差,工作人員很難做到每天出入設備區(qū)去檢查設備安全,巡檢的及時性很難得到保障;

(2)巡檢環(huán)境惡劣,巡檢工人招工難的問題日益突出;

(3)出現(xiàn)惡劣天氣或者有安全隱患的情況下人員無法及時實施巡檢作業(yè);

(4)人工巡檢通常缺少提前的預測、統(tǒng)一的調(diào)度;

(5)人工巡檢紙面的報告反饋滯后,巡檢結果通常也難以綜合分析。

1.2 建設目標

目前燃料全流程的管理系統(tǒng),集成了三維、自動控制、業(yè)務流、智能檢測、智能識別等先進的技術,實現(xiàn)了燃料系統(tǒng)的統(tǒng)一管理、機械設備的自動運行、數(shù)據(jù)信息的智能分析,真正意義上做到了無人值守、少人監(jiān)盤的效果。

其中智能巡檢機器人則是根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)無人化、少人化的建設目標,結合企業(yè)生產(chǎn)管理現(xiàn)狀,啟動以運行巡檢智能化建設為切入點的智慧生產(chǎn)建設,踐行創(chuàng)新型、智慧化、安全一流大背景下智能管控的價值創(chuàng)造。

智能巡檢機器人,旨在充分利用智能巡檢機器人系統(tǒng)其靈活的控制與運行方式、不受環(huán)境因素影響等優(yōu)勢,逐漸在無人值班或少人值守的管理模式下執(zhí)行巡檢任務,及時發(fā)現(xiàn)和消除設備缺陷,預防事故發(fā)生,確保設備安全運行。

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圖1 系統(tǒng)架構

2 案例背景

大唐南京發(fā)電廠是大唐江蘇發(fā)電有限公司下屬三級企業(yè),始建于1910年,是中國第一家官辦發(fā)電廠,1997年,建設兩臺125MW燃煤機組。

電廠擁有8條輸煤皮帶運輸線,其中包括:6條入廠皮帶線1#、2#、3/4#、5/6#;4條入爐皮帶線7#A/B、8#A/B、9#A/B,共計:1500米,主要以人工巡檢為主。

本次項目改造,大唐南京發(fā)電廠8條輸煤皮帶,全部安裝科遠公司智能掛軌巡檢機器人系統(tǒng)。

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圖2 監(jiān)控平臺

3 案例實施與應用

掛軌機器人系統(tǒng)由掛軌巡檢機器人本體、軌道平臺、供電平臺、通信平臺、定位系統(tǒng)、后臺監(jiān)控平臺等組成。系統(tǒng)結構可分為三層,分別為執(zhí)行層、通訊層和管理層。執(zhí)行層包括了智能掛軌巡檢機器人本體、自主充電模塊、第三方數(shù)據(jù)傳感設備等,實現(xiàn)智能機器人的數(shù)據(jù)采集、自主充電等功能。通訊層可分為無線通訊和主網(wǎng)通訊兩大部分,無線通訊滿足巡檢區(qū)域的網(wǎng)絡全覆蓋,保證機器人在任何位置都能實現(xiàn)無障礙通信。管理層包含機器人后臺、監(jiān)控中心等,主要功能有數(shù)據(jù)分析、任務編排下達和歷史數(shù)據(jù)查詢等。主要包含以下功能:

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圖3 巡檢機器人

(1)視頻監(jiān)控

智能掛軌巡檢機器人自身具有可見光與紅外視頻圖像采集功能,工作人員可通過監(jiān)控平臺操作智能巡檢機器人移動到指定位置,控制云臺自由轉動,可實現(xiàn)近距離地觀察拍攝目標物體,將監(jiān)控范圍覆蓋到盲區(qū)。機器人可拍攝出現(xiàn)場各種設備高清圖像和紅外熱成像,并將采集到的信息經(jīng)無線局域網(wǎng)實時傳輸?shù)娇刂圃婆_,利用AI智能算法自動識別現(xiàn)場各種設備是否有異常情況,如儀表識別、皮帶機異常、結構異常、皮帶撕裂、皮帶跑偏、拋灑滴漏等識別,并產(chǎn)生相應報警,工作人員在第一時間查清問題原因,并采取相應措施,避免事故發(fā)生。

(2)紅外測溫功能

智能掛軌巡檢機器人可以在任何時間,通過車載紅外熱像儀對現(xiàn)場的運行設備的溫度進行測量,同量通過紅外圖片標識設備最高點位置及溫度值。可用于煤粉溫度、滾輪溫度、電機溫度等的監(jiān)測。當被檢測設備溫度超過設定溫度值時,機器人能夠自動報警,工作人員便可到故障地點實地查看,并采取相應措施。車載溫度傳感器選用高性能紅外攝像頭,測溫測量范圍為-20℃~550℃。這些檢測紅外圖片存儲到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中,為之后的事故處理提供依據(jù)。

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圖4 監(jiān)視畫面

(3)現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測

掛軌巡檢機器人攜帶有氣體探測器與溫濕度傳感器,可以隨時對現(xiàn)場環(huán)境的空氣環(huán)境與溫濕度進行分析并得出結果,氣體分析包括檢測空氣含氧(O2)量濃度、環(huán)境空氣煙霧顆粒物(PM2.5,PM10,煙霧)以及有毒與可燃氣體(CO,H2S,CH4)濃度大小。可人工設置檢測氣體深度報警的限值,超過限值后立即發(fā)出燈光報警,以防止由于工作人員對現(xiàn)場環(huán)境的誤判,造成生命危險。

(4)常規(guī)及特殊巡檢

智能掛軌巡檢機器人可進行定時巡檢、定點巡檢、指定任務臨時巡檢、遙控巡檢等多種巡檢方式。常用的定點巡檢可以根據(jù)指定的路徑和指定的巡檢目標點進行自動巡檢,只需要設定巡檢路徑并啟動自動巡檢即可使機器人自動完成巡檢任務。巡檢過程中機器人每到一個巡檢工作位置,能自動準確停車探測,做完規(guī)定的動作后再按照路徑自動往下一個巡檢目標點前進,全程不需要人工操作控制,由機器人全自動完成巡檢作業(yè),并自動記錄并保存所采集到的數(shù)據(jù)。

(5)無人化自主充電

掛軌巡檢機器人本體自帶電池電量檢測保護,在系統(tǒng)出現(xiàn)低電量報警時,自主運行到充電點進行充電。

(6)自身安全防護

掛軌巡檢機器人采用光電避障系統(tǒng),能對障礙物和巡檢區(qū)域內(nèi)工作人員進行探測,遇到障礙物系統(tǒng)會自動避障并發(fā)出報警。同時系統(tǒng)增加失電防遛鎖止結構,以防止斷電設備因重力滑動,造成人身安全或設備損壞等事故發(fā)生。機器人在明顯位置安裝有警示燈,通過警示燈的不同顏色來表示掛軌巡檢機器人當前的各種狀態(tài),提醒巡檢區(qū)域內(nèi)工作人員注意。

(7)交互式對講指揮

當現(xiàn)場設備發(fā)生復雜或者非常規(guī)問題,現(xiàn)場工作人員不能解決時,通過智能掛軌巡檢機器人的視頻設備和語音設備可實現(xiàn)現(xiàn)場工作人員與遠端專家的即時交互,由專家來指導和協(xié)助現(xiàn)場工作人員,有助于問題的現(xiàn)場解決。交互式對講指揮功能采用雙向?qū)χv廣播系統(tǒng),支持雙向?qū)χv和錄音回放功能,完全滿足主控室和現(xiàn)場的音視頻實時交流。

4 應用創(chuàng)新性

(1)機器人本體高防護

現(xiàn)場工作環(huán)境比較惡劣,處于高粉塵、高濕度、高溫差的環(huán)境下。本次開發(fā)的巡檢機器人獨特的雙層防護,一方面機器人本體外部有一套外殼防護,另一方面重點控制元件,比如控制器、通訊板、鋰電池等,為此專門設計了單獨密閉的“控制艙”“電池艙”,確保任何苛刻環(huán)境下機器人可以正常工作,可實現(xiàn)真正意義上的IP67防護。

(2)智能圖像算法

機器人巡檢過程中對于很多場景異常的判斷均需通過圖像分析判斷,比如人員形態(tài)、設備異常、泄漏、溫度異常等,需要通過不斷的深度神經(jīng)網(wǎng)絡學習,不斷提高識別的準確率,是真正意義上的人工智能算法。

(3)可升降云臺

智能巡檢機器人為軌道式安裝方式,其巡檢視角只能以皮帶的斜上方的角度進行巡視,雖然云臺本身具備3600水平旋轉、±900反轉,但對于廊道內(nèi)眾多設備還是有一定的死角,因此本次巡檢機器人設計增加了巡檢云臺垂直方向的伸縮臂,大大地提升了其巡檢范圍。

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圖5 升降臂

(4)清潔裝置

由于機器人、軌道長期處于高粉塵的環(huán)境中,一段時間均會出現(xiàn)一定量的積灰的情況,為了避免積灰影響機器人正常巡檢,本次機器人設計巡檢鏡頭、軌道均配備了清灰刷,同時也為巡檢機器人本體配備了清潔小屋,能夠?qū)崿F(xiàn)機器人的一鍵清洗,同時清洗廢水可自動收集排放。

(5)傳動的升級

目前很多機器人采用的傳動方式均為齒輪傳動,但長時間受到煤粉的侵染磨損比較嚴重。本次巡檢機器人設計采用了皮帶式軟傳動,大大減少了煤粉對其的影響,保證機器人的安全穩(wěn)定性。

5 效益分析

科遠智能掛軌巡檢機器人在大唐集團有限公司南京發(fā)電廠成功應用,一定程度上代替人工完成設備的巡檢工作,從而減輕了值班人員的工作強度,減少運維人員投入,降低人員成本;同時巡檢機器人能夠提供更安全、高效、精確的巡檢服務;能夠?qū)崟r拍攝和記錄巡檢過程中的各項細節(jié),便于事后分析和問題排查,還可作為證據(jù)進行監(jiān)督和監(jiān)控;能夠在設備發(fā)生故障時立即發(fā)出警報,有助于實時監(jiān)控設備狀態(tài),及時采取措施進行維修和改進,避免事故的發(fā)生。

隨著科技的不斷發(fā)展,巡檢機器人的功能還將不斷拓展和完善,將為各行業(yè)帶來更多便利和效益。

摘自《自動化博覽》2023年11月刊

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