(華能重慶珞璜發(fā)電有限責(zé)任公司，重慶401220)

燃料系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行直接關(guān)系到電廠的作業(yè)效率，目前摻配煤、煤場管理和采制樣等環(huán)節(jié)均是由作業(yè)人員在現(xiàn)場人工操作來實現(xiàn)的。人工操作存在如下弊端：①中間交接環(huán)節(jié)多，操作步驟復(fù)雜，準(zhǔn)確性不高；②煤場目前使用的固定盤煤儀要借助斗輪機的行走，既耽誤時間還影響斗輪機的正常作業(yè)，便攜式盤煤效率更低，且為單點測量，準(zhǔn)確度差，對煤場存耗數(shù)據(jù)掌握不準(zhǔn)確；③手動操作勞動強度大、夜間作業(yè)易視覺疲勞，影響安全生產(chǎn)，作業(yè)環(huán)境也比較惡劣；④采制化系統(tǒng)人工干預(yù)多，降低了結(jié)果的準(zhǔn)確性，存在廉潔風(fēng)險。

進行人工智能改造后可以降低設(shè)備運行電耗，減少設(shè)備檢修周期，提高設(shè)備利用率；可大大降低斗輪機司機、輸煤值班員、煤場管理員及采制樣員的勞動強度，并可減少人員配置，減少每班作業(yè)時間。

1 改造技術(shù)方案

1.1 總體設(shè)計

人工智能的應(yīng)用是無人機盤煤儀、輸煤系統(tǒng)一鍵啟動、機器人巡檢、全過程自動采制化技術(shù)的綜合應(yīng)用，實現(xiàn)整個燃料系統(tǒng)的自動控制，降低勞動強度、提高整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性，有利于電廠的安全經(jīng)濟運行。系統(tǒng)主要包括以下功能。

無人機盤煤儀：利用無人機建立煤場3D模型，并便捷獲取煤場存煤數(shù)據(jù)。

輸煤系統(tǒng)一鍵啟動：利用斗輪機無人化技術(shù)和自動配煤技術(shù)實現(xiàn)輸煤系統(tǒng)一鍵啟動，自動運行。

全過程自動采制化：綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、信息化、自動控制等技術(shù)，建立起涵蓋燃料采制化全過程管理體系，實現(xiàn)燃料采制化環(huán)節(jié)自動化，對煤質(zhì)數(shù)據(jù)進行有效管控，提高管理效益，有效防范風(fēng)險。

機器人巡檢：機器人巡檢可用于生產(chǎn)現(xiàn)場區(qū)域的電氣室、煤場、廊道、密閉空間等現(xiàn)場環(huán)境差安全風(fēng)險高區(qū)域的自動巡視。既能保證現(xiàn)場設(shè)備安全可靠運行，又降低了人工維護工作量。

1.2 系統(tǒng)功能說明

1.2.1 無人機盤煤儀

煤場無人機智能盤煤系統(tǒng)(見圖1)由地面站系統(tǒng)、多旋翼無人機系統(tǒng)、數(shù)字圖像采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。能夠?qū)崿F(xiàn)30～50 min內(nèi)完成煤場盤煤，建立3D模型(見圖2)，具有盤煤速度快、準(zhǔn)確度高和無死角的特點。無GPS信號下的煤棚式遮控，利用陀螺儀和加速度計等敏感導(dǎo)航組件來完成導(dǎo)航坐標(biāo)的速度和位差計算，從而完成全天候的飛控。獨有的高清圖像傳輸系統(tǒng)，傳輸距離高達5 km。配合相機及云臺，飛行參數(shù)隨時掌控，高清圖像輕松察看。盤煤精度能達到0.5%。同時無人機還可以進行高處設(shè)備的巡檢工作。

圖1 煤場無人機盤煤系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 煤場3D模型圖

1.2.2 輸煤系統(tǒng)一鍵啟動

該系統(tǒng)是基于斗輪機無人化(見圖3)和自動配煤技術(shù)的綜合應(yīng)用，系統(tǒng)接收配煤指令后，根據(jù)煤場堆料模型，斗輪機自動進行取料操作，同時煤倉犁煤器自動抬落進行自動換倉，實現(xiàn)一鍵啟動控制，無人干預(yù)全自動上煤的功能。其核心為實現(xiàn)斗輪機無人化控制。該系統(tǒng)自動化水平高，有效避免了人工操作存在的勞動強度大、工作環(huán)境惡劣和因操作習(xí)慣不同引起的誤操作。

圖3 斗輪機無人化系統(tǒng)構(gòu)架

斗輪機按工藝流程自動啟動相關(guān)設(shè)備(懸臂皮帶、斗輪等)后自動開始取料(取煤量可根據(jù)需要進行設(shè)定)?？刂葡到y(tǒng)自動控制取料步進及懸臂回轉(zhuǎn)，直至完成取料流程，全過程無需人工干預(yù)。

1.2.3 全過程自動采制化

系統(tǒng)包括采樣、制樣、煤樣存儲及傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)。通過系統(tǒng)建設(shè)，達到排除人為因素、堵塞管理漏洞、維護企業(yè)利益的目的。主要包括以下幾個環(huán)節(jié)。

1)入廠煤皮帶采樣機和入爐煤皮帶采樣機集樣桶采用桶式封裝系統(tǒng)(見圖4)，實現(xiàn)自動進空桶、分礦集樣、稱重、封裝、寫碼、樣桶輸出等功能。實現(xiàn)人與樣品的隔離，杜絕人為換樣的風(fēng)險。

2)全自動制樣機主要包含制樣流水線、除塵系統(tǒng)、封裝標(biāo)識系統(tǒng)三部分。針對同一批次的煤樣，全自動制樣機可制備出1份6 mm全水分樣，1份3 mm存查樣和2份0.2 mm的分析煤樣。全自動化制樣機制好的煤樣經(jīng)自動封裝標(biāo)識后，依次將煤樣瓶送入氣動傳輸系統(tǒng)，自動傳輸?shù)阶詣哟娌闃庸窕蚧炇?。制樣時所產(chǎn)生的棄料通過棄料皮帶輸送到棄樣暫存裝置，待所有樣品制備完畢后再棄料。

圖4 采樣器桶式封裝系統(tǒng)

3)在全自動制樣機旁布置在線全水自動測試系統(tǒng)，與全自動制樣機直接對接一體式布置(見圖5)。現(xiàn)場直接縮分出全水分測試樣品，直接進入全水分測試系統(tǒng)的進樣口，中間不能有裝瓶等其他轉(zhuǎn)運過程，最大程度上減少全水分樣品的流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)和時間上造成的水分損失。

圖5 全水自動測試系統(tǒng)與制樣系統(tǒng)對接圖

4)通過氣送傳輸系統(tǒng)可以與全自動制樣機、智能存查柜、化驗室相連，實現(xiàn)互通。可實現(xiàn)從全自動制樣機、人工制樣室自動遠程將樣品輸送到化驗室天平稱量臺面上，可完全杜絕樣品轉(zhuǎn)運過程人為換樣的風(fēng)險，同時極大地提高了工作效率和節(jié)省了人力。

5)系統(tǒng)以樣品存取過程“人樣分離、盲存盲取”為目標(biāo)，實現(xiàn)樣品存取過程自動化處理(見圖6)，避免樣品存取過程的人工干預(yù)。全自動存查柜系統(tǒng)能實現(xiàn)存查樣和分析樣的自動暫存，實現(xiàn)煤樣編碼信息化、自動化管理，取樣人員權(quán)限管理，實時記錄煤樣存取過程，實時監(jiān)控存查樣狀態(tài)，自動提醒清理到期煤樣等功能，從而實現(xiàn)對存查煤樣全過程的管控。

1.2.4 機器人巡檢

巡檢機器人要求定時對需巡檢區(qū)域設(shè)備的狀態(tài)和儀表讀數(shù)進行巡視(見圖7)、圖像拍攝、狀態(tài)及數(shù)據(jù)分析并上傳至中心站。主要特點如下。

圖6 機器人自動存取樣

圖7 機器人巡視現(xiàn)場

1)具備移動和定位功能。巡檢機器人可以采用軌道、鋼絲繩、輪子等方式移動，并精確定位到現(xiàn)場具體設(shè)備的預(yù)置位(開關(guān)及儀表位置)。

2)具備運行狀態(tài)巡視功能。機器人對每個開關(guān)柜的運行狀態(tài)進行定時巡視，并將狀態(tài)信息實現(xiàn)本地存儲、上傳。監(jiān)控中心可實時對開關(guān)柜的運行狀態(tài)進行遠程巡視、控制和歷史記錄查詢。

3)具備儀表讀數(shù)巡視功能。機器人對每個開關(guān)柜的儀表定時進行巡視，通過智能分析將數(shù)據(jù)本地保存、上傳。監(jiān)控中心可實時對開關(guān)柜的儀表讀數(shù)進行遠程巡視及歷史數(shù)據(jù)讀取。

4)具備智能分析功能。機器人具有圖像智能分析功能，可以對設(shè)備運行數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)等以表格、曲線、圖形方式展示，分析結(jié)果可上傳到監(jiān)控中心。

5)具備錄像存儲功能。支持前端存儲和中心存儲兩種模式。

6)具備報警功能。對開關(guān)變位、遙測量越限、通信異常、終端設(shè)備運行異常等，系統(tǒng)將自動向中心站報警。

2 技術(shù)指標(biāo)及效益分析

2.1 技術(shù)指標(biāo)

利用無人機盤煤、配煤一鍵啟動、機器人巡檢、全過程自動采制化等技術(shù)，建立數(shù)字化的堆場信息，配置全面的監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)斗輪機全自動運行、自動摻配煤、采樣制樣一體化、輸煤廊道自動巡檢，以達到降低勞動強度，提高燃料系統(tǒng)自動化程度和技術(shù)水平、作業(yè)效率。在達到減人增效的同時，實現(xiàn)以下主要功能效果。

1)利用無人機建立煤場3D數(shù)據(jù)模型。

2)采用無人機盤煤，清點存煤數(shù)據(jù)，降低工作量并提高準(zhǔn)確度。

3)實現(xiàn)斗輪機遠程全自動控制。

4)設(shè)備遠程運行，就地?zé)o人值守。

5)控制室集中控制，實現(xiàn)一鍵啟停斗輪機、皮帶、犁煤器。作業(yè)流程包括：作業(yè)位置全自動定位、全自動取料、全自動堆料、全自動分流。

6)自動摻配煤。接受配煤指令后，斗輪機、煤場卸料裝置協(xié)同配合，自動完成上煤、配煤工作。

7)實現(xiàn)采制一體化，減少人工干預(yù)，提高煤樣分析的準(zhǔn)確性。

8)實現(xiàn)機器人自動巡檢，覆蓋所有輸煤廊道及轉(zhuǎn)運站，取消人工巡檢，減少職業(yè)健康危害。

9)延長輸煤設(shè)備的使用周期，減少維護和人工成本。

2.2 經(jīng)濟效益

1)無人機盤煤儀技術(shù)可靠，一套系統(tǒng)足夠覆蓋全部煤場系統(tǒng)，造價預(yù)算為50萬元，包括設(shè)備及安裝調(diào)試。而固定式激光盤煤儀必須每臺堆取料機分別安裝，每臺造價約為70萬元。此外無人機盤煤能大大降低工作強度，單個煤場盤煤時間能控制在1 h以內(nèi)，而目前盤煤的時間基本在2～3天，極大提高工作效率和盤煤的精度。

2)輸煤系統(tǒng)一鍵啟動改造概預(yù)算為210萬元，包括1臺斗輪機無人化改造和皮帶系統(tǒng)自動配煤改造。技術(shù)改造后提高作業(yè)效率，平均每班作業(yè)時間可減少0.5 h，年節(jié)電約：

280(kW)×0.7(平均工作率)×365(天)×3(班)×0.5(h)=107 310(kW·h)

年節(jié)約電費約：

107 310(kW·h)×0.4(元/(kW·h))/10 000=4.29(萬元)

降低設(shè)備損耗：延長皮帶及輔助設(shè)備使用周期30%以上，年節(jié)約設(shè)備維修費用8萬元。

減少運行人員配置：每臺斗輪機可減少斗輪機司機5人，巡檢人員5人，年節(jié)約人工成本80萬元。

以上各項合計可節(jié)約成本92.29萬元/年，兩年可收回改造成本，經(jīng)濟效益顯著。

3)全過程自動采制化

全過程自動采制化概預(yù)算為1 000萬元，能全部取消采制樣運行人員，只需配備一定的設(shè)備維護人員，預(yù)計人工成本每年減少300萬元以上。全過程制動全水自動測試系統(tǒng)，與全自動制樣機實現(xiàn)無縫對接，現(xiàn)場完成全水分的測試，減少轉(zhuǎn)運過程中的水分損失。同時，可避免全水測試過程中的人為參與。

4)機器人巡檢

能減少一定數(shù)量現(xiàn)場巡檢人員，同時能大幅度增加現(xiàn)場的巡檢頻次，提高對現(xiàn)場的安全管控，在揚塵、高溫、高壓、密閉空間等現(xiàn)場惡劣環(huán)境配備機器人巡檢，能極大地減少巡檢人員的職業(yè)危害，提高現(xiàn)場的安全保障。

2.3 社會效益

智能化改造后，能極大地提高輸煤系統(tǒng)的技術(shù)水平；增加輸煤系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性；減少作業(yè)人員；降低工人勞動強度，改善作業(yè)環(huán)境；降低輸煤屯煤單位能耗；具有很大提質(zhì)增效的效應(yīng)，具有推廣價值。

3 結(jié)論

通過對智能化技術(shù)應(yīng)用分析，對全自動控制系統(tǒng)分析可知，改造后將極大提高輸煤系統(tǒng)運行的安全可靠性，同時提高作業(yè)效率，大大降低輸煤屯煤單位能耗，提高煤場利用率，延長輸煤設(shè)備的使用壽命，減少維護和人工成本，極具社會效應(yīng)和經(jīng)濟性，具有廣泛推廣價值。