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★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，導致煤炭的管理同樣是讓電廠很頭疼的一件事。煤炭在經過長時間的運輸及存儲之后，由于水分的揮發、壓實程度的變化等因素影響變得更加危險。自燃可能發生在任何堆煤或輸煤的地方，在輸煤傳送帶系統上發生的概率更高。煤會與空氣中的氧氣發生氧化，引發溫度升高。剛開始煤的溫度只會稍高于環境溫度，但如果沒有監測系統可能在其上升到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，發電完全中斷等。在預氧化過程中，還會產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，國內各大發電企業先后對占火電廠70%以上成本的燃料業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務的重要部分，勞動任務繁重，環境條件惡劣，目前仍然采用傳統的人工作業方式，存在效率偏低，及時性、安全性不高，可靠性、穩定性偏弱，誤報、漏報現象時有發生，視頻監視大量盲區，無法及時快速追蹤現場情況等諸多問題，具體表現在：

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

（2）巡檢環境惡劣，巡檢工人招工難的問題日益突出；

（3）出現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；

（4）人工巡檢通常缺少提前的預測、統一的調度；

（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，集成了三維、自動控制、業務流、智能檢測、智能識別等先進的技術，實現了燃料系統的統一管理、機械設備的自動運行、數據信息的智能分析，真正意義上做到了無人值守、少人監盤的效果。

其中智能巡檢機器人則是根據企業生產實現無人化、少人化的建設目標，結合企業生產管理現狀，啟動以運行巡檢智能化建設為切入點的智慧生產建設，踐行創新型、智慧化、安全一流大背景下智能管控的價值創造。

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

圖1 系統架構

2　案例背景

大唐南京發電廠是大唐江蘇發電有限公司下屬三級企業，始建于1910年，是中國第一家官辦發電廠，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。

圖2 監控平臺

3　案例實施與應用

掛軌機器人系統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、后臺監控平臺等組成。系統結構可分為三層，分別為執行層、通訊層和管理層。執行層包括了智能掛軌巡檢機器人本體、自主充電模塊、第三方數據傳感設備等，實現智能機器人的數據采集、自主充電等功能。通訊層可分為無線通訊和主網通訊兩大部分，無線通訊滿足巡檢區域的網絡全覆蓋，保證機器人在任何位置都能實現無障礙通信。管理層包含機器人后臺、監控中心等，主要功能有數據分析、任務編排下達和歷史數據查詢等。主要包含以下功能：

圖3 巡檢機器人

（1）視頻監控

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，可實現近距離地觀察拍攝目標物體，將監控范圍覆蓋到盲區。機器人可拍攝出現場各種設備高清圖像和紅外熱成像，并將采集到的信息經無線局域網實時傳輸到控制云臺，利用AI智能算法自動識別現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數據庫中，為之后的事故處理提供依據。

圖4 監視畫面

（3）現場環境監測

掛軌巡檢機器人攜帶有氣體探測器與溫濕度傳感器，可以隨時對現場環境的空氣環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，超過限值后立即發出燈光報警，以防止由于工作人員對現場環境的誤判，造成生命危險。

（4）常規及特殊巡檢

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，并自動記錄并保存所采集到的數據。

（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，在系統出現低電量報警時，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，能對障礙物和巡檢區域內工作人員進行探測，遇到障礙物系統會自動避障并發出報警。同時系統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，提醒巡檢區域內工作人員注意。

（7）交互式對講指揮

當現場設備發生復雜或者非常規問題，現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現場工作人員與遠端專家的即時交互，由專家來指導和協助現場工作人員，有助于問題的現場解決。交互式對講指揮功能采用雙向對講廣播系統，支持雙向對講和錄音回放功能，完全滿足主控室和現場的音視頻實時交流。

4　應用創新性

（1）機器人本體高防護

現場工作環境比較惡劣，處于高粉塵、高濕度、高溫差的環境下。本次開發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”，確保任何苛刻環境下機器人可以正常工作，可實現真正意義上的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、設備異常、泄漏、溫度異常等，需要通過不斷的深度神經網絡學習，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。

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境中，一段時間均會出現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，能夠實現機器人的一鍵清洗，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；能夠實時拍攝和記錄巡檢過程中的各項細節，便于事后分析和問題排查，還可作為證據進行監督和監控；能夠在設備發生故障時立即發出警報，有助于實時監控設備狀態，及時采取措施進行維修和改進，避免事故的發生。

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

摘自《自動化博覽》2023年11月刊