張 永

（國能蚌埠發(fā)電有限公司，安徽蚌埠 233000）

《國家能源集團(tuán)2020年度科技創(chuàng)新重點(diǎn)研發(fā)方向指南》提出要大力開展“智能運(yùn)行平臺(tái)與功能模塊開發(fā)；智能監(jiān)測、預(yù)警與設(shè)備診斷技術(shù)”。隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和電力需求的日益增長，對(duì)電力生產(chǎn)企業(yè)提出了更高的要求。結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，推進(jìn)能源企業(yè)安全、高效、智能化生產(chǎn)，打造智慧電廠已是刻不容緩。隨著智慧電廠的逐步推廣建設(shè)，輸煤系統(tǒng)智能化作為其中必不可少的一部分也要跟上建設(shè)步伐。較主機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜程度相比，燃料部分設(shè)備相對(duì)簡單，實(shí)現(xiàn)無人化和狀態(tài)檢修的目標(biāo)相對(duì)容易。因此，集數(shù)據(jù)采集、智能分析、智能監(jiān)控、狀態(tài)報(bào)警等功能于一體的智能巡檢系統(tǒng)是智慧電廠建設(shè)中的重要發(fā)展部分。

1 輸煤廊橋現(xiàn)狀

輸煤#9皮帶廊橋?yàn)?臺(tái)機(jī)組承載年約520萬t 上煤加倉的任務(wù)，該輸煤廊橋線路長，棧橋內(nèi)環(huán)境質(zhì)量差，巡檢點(diǎn)多。輸煤廊橋現(xiàn)為人工進(jìn)行日常的巡檢工作，在運(yùn)行前、運(yùn)行中都要定時(shí)、定點(diǎn)巡檢，導(dǎo)致人工巡檢作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度高、技術(shù)知識(shí)受限、積極性差、安全性低，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場，如皮帶撕裂、皮帶跑偏、漫煤、滾筒卡頓、撒煤堆積等問題。棧橋內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)電視監(jiān)控范圍有限，棧橋內(nèi)現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)測要素少，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸煤棧橋全線路的狀態(tài)實(shí)時(shí)、量化監(jiān)測與管理，存在環(huán)境起火難預(yù)測、設(shè)備運(yùn)行故障難監(jiān)測、惡劣環(huán)境下的人員安全難保障的問題。

2 智能巡檢系統(tǒng)組成

智能巡檢系統(tǒng)融合了惡劣環(huán)境下機(jī)器人系統(tǒng)可靠性技術(shù)、圖像/熱像采集與智能分析技術(shù)、機(jī)器深度學(xué)習(xí)技術(shù)、危險(xiǎn)預(yù)測告警技術(shù)、故障診斷與設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)組成的監(jiān)控、檢測、預(yù)警、應(yīng)急處理的一體化平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)輸煤廊橋工作現(xiàn)場機(jī)器人自動(dòng)化巡檢、智能化告警、事前預(yù)防、自動(dòng)糾偏、自主避障、自主定位、自動(dòng)充電、可視化管理等功能。

智能巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為4層，分別為感知層、通信層、管理層和執(zhí)行層。感知層包括了智能巡檢機(jī)器人本體、自主充電模塊、撕裂檢測裝置、高清攝像頭、測溫測振模塊和自動(dòng)糾偏裝置等搭載數(shù)據(jù)采集傳感器的設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)輸煤廊橋視頻圖像、溫度、氣體、濕度、振動(dòng)等數(shù)據(jù)的采集。通信層包括了無線通信基站、電源控制箱和各種通信線纜，可實(shí)現(xiàn)輸煤廊橋網(wǎng)絡(luò)全覆蓋進(jìn)行無障礙通信。管理層包含了工作站后臺(tái)、監(jiān)控中心和服務(wù)器，主要實(shí)現(xiàn)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、任務(wù)編排下達(dá)和歷史數(shù)據(jù)查詢等。執(zhí)行層包括了電動(dòng)糾偏托輥組，可實(shí)現(xiàn)與跑偏檢測聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行無人干涉主動(dòng)糾偏。

3 智能巡檢系統(tǒng)在輸煤廊橋的應(yīng)用

輸煤#9皮帶廊橋總長度約310m，廊橋有AB 兩條皮帶機(jī)，搭建一套智能巡檢系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸煤廊橋自主巡檢、相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障報(bào)警和應(yīng)急處理等功能。當(dāng)明確有異常時(shí)，可報(bào)警、記錄異常點(diǎn)的位置并進(jìn)行存儲(chǔ)。整套智能巡檢系統(tǒng)由智能巡檢機(jī)器人、專用軌道、無線測溫測振模塊、視覺檢測模塊、自動(dòng)糾偏裝置、無線通信系統(tǒng)、充電維護(hù)平臺(tái)、工作站、監(jiān)控軟件等組成。

3.1 智能巡檢系統(tǒng)的布置

（1）智能巡檢機(jī)器人本體及軌道布置。在輸煤廊橋AB 兩條皮帶機(jī)上方搭建一條U 型鋁合金軌道，通過吊架與輸煤廊橋上方鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，間隔3m 布置吊架。在軌道上吊裝兩臺(tái)智能巡檢機(jī)器人，在皮帶機(jī)長時(shí)間運(yùn)行時(shí)可交替對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行不間斷巡檢作業(yè)。

（2）無線測溫測振模塊布置。在兩條皮帶機(jī)傳動(dòng)設(shè)備電機(jī)、減速機(jī)和滾筒兩端安裝定點(diǎn)無線測溫測振模塊，對(duì)設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部位的溫度和振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

（3）視覺檢測模塊布置。視覺檢測模塊包括撕裂檢測裝置、電子圍欄和異物檢測。在兩條皮帶機(jī)導(dǎo)料槽出口處分別安裝一套撕裂檢測裝置和異物檢測攝像機(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)皮帶狀態(tài)檢測和異物檢測。在兩條皮帶機(jī)沿線間隔安裝槍機(jī)，進(jìn)行電子圍欄設(shè)置。

（4）自動(dòng)糾偏裝置布置。自動(dòng)糾偏裝置包含糾偏檢測模塊和皮帶糾偏模塊。在每條皮帶機(jī)布置3套上自動(dòng)糾偏裝置和兩套下自動(dòng)糾偏裝置，對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行無人主動(dòng)糾偏。

（5）無線通信系統(tǒng)布置。在輸煤廊橋沿線靠墻間隔50m 均勻布置無線通信基站和電源控制箱，對(duì)輸煤廊橋進(jìn)行無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

（6）充電維護(hù)平臺(tái)布置。在軌道兩端各安裝一套充電維護(hù)平臺(tái)，對(duì)智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行電量補(bǔ)充、機(jī)身清掃和日常檢修。

（7）工作站和系統(tǒng)軟件布置。在輸煤程控室安裝工作站和系統(tǒng)軟件，方便值守人員24h 都能通過系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)輸煤廊橋現(xiàn)場的監(jiān)測。

3.2 智能巡檢系統(tǒng)的效果

3.2.1 環(huán)境氣體監(jiān)測

智能巡檢機(jī)器人搭載有氣體檢測傳感器，具備實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境中的CO、H2S、O2等可燃?xì)怏w信息。當(dāng)監(jiān)測到檢測值超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警。

3.2.2 環(huán)境空氣溫濕度檢測

智能巡檢機(jī)器人搭載有溫濕度傳感器，溫濕度檢測滿足棧橋內(nèi)全年最高溫度與最高濕度的要求，溫度傳感器測溫范圍應(yīng)為-40～+90 ℃，濕度測量范圍應(yīng)為0～99%RH。智能巡檢管理系統(tǒng)能對(duì)輸煤棧橋局部位置或全線的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，生成溫濕度變化趨勢圖，超限報(bào)警，還應(yīng)能根據(jù)局部溫濕度變化情況進(jìn)行按需巡檢。

3.2.3 粉塵檢測

智能巡檢機(jī)器人配置有合適量程的粉塵傳感器，當(dāng)粉塵傳感器檢測到粉塵濃度超過標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，智能巡檢管理系統(tǒng)能主動(dòng)告警，實(shí)時(shí)監(jiān)測粉塵濃度變化，收集粉塵變化大數(shù)據(jù)，輔助輸煤棧橋粉塵治理管理決策，也可根據(jù)局部粉塵濃度情況進(jìn)行按需巡檢。

3.2.4 煙霧檢測

智能巡檢機(jī)器人搭載有煙霧檢測傳感器，能實(shí)時(shí)檢測現(xiàn)場煙霧數(shù)值，在煙霧濃度達(dá)到限值后會(huì)主動(dòng)告警，同時(shí)將現(xiàn)場監(jiān)控視頻紅外測溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)送后臺(tái)，輔助后臺(tái)工作人員決策，按需進(jìn)行局部巡檢。

3.2.5 設(shè)備溫度檢測

智能巡檢機(jī)器人搭載有紅外熱像儀，對(duì)環(huán)境異常高溫點(diǎn)、托輥軸承和物料進(jìn)行溫度檢測判別，當(dāng)被檢測對(duì)象超過設(shè)定溫度值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。測溫測振模塊可以對(duì)傳動(dòng)設(shè)備進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測，采集數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析溫升曲線，便于后臺(tái)管理人員對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)判。

3.2.6 振動(dòng)檢測

測溫測振模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)設(shè)備振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測，建立設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析設(shè)備振動(dòng)變化曲線，便于后臺(tái)管理人員對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)判。

3.2.7 膠帶跑偏檢測及糾偏

跑偏檢測模塊通過深度相機(jī)，對(duì)皮帶邊緣位置進(jìn)行圖像采集和位置確定，將膠帶邊緣檢測的位置和設(shè)定好的閾值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)膠帶邊緣的位置超出閾值時(shí)，則判斷膠帶跑偏。出現(xiàn)皮帶跑偏信息，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出動(dòng)作指令給糾偏裝置進(jìn)行動(dòng)作，通過糾偏裝置將皮帶糾正。

3.2.8 撒料檢測

跑偏檢測模塊通過對(duì)皮帶邊緣圖像采集，系統(tǒng)智能算法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)邊緣有物料存留，判定皮帶出現(xiàn)撒料。

3.2.9 皮帶撕裂檢測

撕裂檢測裝置通過高速攝像機(jī)和激光發(fā)射器，采集皮帶表面激光骨架線形態(tài)，出現(xiàn)彎折或者斷開情況，對(duì)比采集到的圖片信息，判斷皮帶是否出現(xiàn)撕裂或表面破損。

3.2.10 電子圍欄

通過皮帶機(jī)沿線布置高清攝像機(jī)，建立虛擬的電子圍欄，在皮帶運(yùn)行時(shí)，如有非法入侵進(jìn)行報(bào)警。

3.2.11 人員安全檢測

通過智能巡檢機(jī)器人搭載的高清攝像機(jī)和沿線布置的定點(diǎn)攝像機(jī)，對(duì)檢測人員目標(biāo)及坐標(biāo)進(jìn)行圖像采集，并結(jié)合圖像所標(biāo)記皮帶位置，判斷人員是否靠近皮帶，避免造成人身傷害事故。對(duì)巡檢區(qū)域出現(xiàn)摔倒、被困、昏迷、打鬧、快速移動(dòng)、聚集等非常規(guī)行為進(jìn)行分析、判斷、提醒和報(bào)警。對(duì)進(jìn)入現(xiàn)場人員是否佩戴安全防護(hù)裝備進(jìn)行識(shí)別。

3.2.12 雙向語音通話

機(jī)器人搭載有雙向語音設(shè)備，在機(jī)器人人工輔助巡檢過程中，現(xiàn)場輔助巡檢人員可直接與后臺(tái)監(jiān)控人員進(jìn)行語音對(duì)講，對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行溝通。當(dāng)機(jī)器人巡檢現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)異常并告警，運(yùn)維人員到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行故障檢查或檢修時(shí)，能通過可見光攝像實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻，專業(yè)人員能進(jìn)行遠(yuǎn)程作業(yè)指導(dǎo)和引導(dǎo)。

3.2.13 自動(dòng)巡檢

可自主定制巡檢策略，主要包括實(shí)現(xiàn)智能巡檢機(jī)器人自主啟動(dòng)停止、機(jī)器人自主控制運(yùn)行長度、軌跡、速度、時(shí)間，并自主生成巡檢報(bào)告，為安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持和設(shè)備診斷科學(xué)依據(jù)。

3.2.14 VR數(shù)據(jù)可視化管理

通過對(duì)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，使用（VR虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)，提供人員培訓(xùn)、遠(yuǎn)程巡檢、運(yùn)行效率分析、設(shè)備檢修指導(dǎo)，以及故障預(yù)測診斷等數(shù)據(jù)化服務(wù)，提升設(shè)備管理能力、使用效率和智能化水平。

（1）遠(yuǎn)程巡檢。通過讀取設(shè)備的全部巡行數(shù)據(jù)，并可通過采集器（巡檢機(jī)器人、現(xiàn)場傳感器等系統(tǒng)）輸入并保存，對(duì)設(shè)備缺陷的上報(bào)、檢定、處理、消除進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并由后臺(tái)的管理軟件自動(dòng)分析和處理，生成包括巡檢到位報(bào)表、設(shè)施狀態(tài)和參數(shù)等數(shù)據(jù)類報(bào)表，可在無線投顯設(shè)備直接調(diào)取設(shè)備數(shù)據(jù)表，對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢。

（2）設(shè)備維護(hù)遠(yuǎn)程指導(dǎo)和數(shù)據(jù)調(diào)取。有助于遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)現(xiàn)場服務(wù)、設(shè)備檢查、維護(hù)和復(fù)雜的制造組裝等工作輔助。對(duì)巡檢情況記錄難痛點(diǎn)，將巡檢時(shí)的信息通過文字、圖片、視頻等形式存儲(chǔ)在終端上，以便管理人員對(duì)巡檢情況的掌握分析。

（3）VR 三維立體培訓(xùn)取代書面培訓(xùn)。完成對(duì)新員工皮帶機(jī)功能及原理、拆裝各零部件、皮帶機(jī)操控、故障分析和運(yùn)行安全警示等培訓(xùn)和考核。值班人員可以隨時(shí)隨地，在巡檢過程中遇到難解決的問題或者阻礙時(shí)，利用智能眼鏡調(diào)取相關(guān)詳細(xì)巡檢內(nèi)容，實(shí)時(shí)解決問題，將學(xué)習(xí)場景與工作場景實(shí)現(xiàn)融合，打破空間和時(shí)間的限制，在三維立體互動(dòng)中進(jìn)行實(shí)踐，加深巡檢人員對(duì)錯(cuò)誤操作的記憶，避免錯(cuò)誤習(xí)慣的形成，提高其技能水平的同時(shí)，提高工作效率。

3.2.15 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

智能巡檢系統(tǒng)的各項(xiàng)巡檢/監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)能長時(shí)間保存在后臺(tái)管理系統(tǒng)中，方便歷史數(shù)據(jù)查詢與調(diào)用，存儲(chǔ)歷史不少于1a。系統(tǒng)具有調(diào)閱溫度、振動(dòng)等歷史曲線功能。

3.2.16 數(shù)據(jù)分析管理

（1）智能數(shù)據(jù)展示。可以選擇一次性將相關(guān)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都展示出來，包括歷史、實(shí)時(shí)的。也可以把某個(gè)監(jiān)測對(duì)象的歷史數(shù)據(jù)同時(shí)展示出來，以達(dá)到快速查找問題的目的。

（2）智能統(tǒng)計(jì)打印?？梢詫⒏鞣N展示數(shù)據(jù)進(jìn)行各種組合統(tǒng)計(jì)，并提供打印、直接導(dǎo)出到Excel 表中等功能。

（3）自動(dòng)巡檢記錄管理：所有巡檢產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)都將自動(dòng)保存下來，并形成報(bào)表，提供用戶打印巡檢記錄或者導(dǎo)出到Excel 表格中，方便對(duì)巡檢工作進(jìn)行分析和總結(jié)。

4 智能巡檢系統(tǒng)實(shí)施難點(diǎn)

智能巡檢系統(tǒng)在安裝實(shí)施過程中軌道安裝難度最大。輸煤廊橋現(xiàn)場由于是前后兩期建設(shè)，整個(gè)廊道連接處高度太矮，皮帶機(jī)上方安裝有人行跨越梯、皮帶秤和消防水管，在軌道布置設(shè)計(jì)時(shí)需要避讓這部分設(shè)施。在人行跨越梯和皮帶秤的地方需要設(shè)計(jì)彎軌進(jìn)行避讓，消防水管太矮的地方需要進(jìn)行抬高改造。整體對(duì)軌道的設(shè)計(jì)和安裝提出了很高的要求，需要精細(xì)化設(shè)計(jì)和施工，保障軌道的平順，不會(huì)對(duì)智能巡檢機(jī)器人行走造成阻礙。

皮帶機(jī)屬于重載設(shè)備，日常需要經(jīng)常維護(hù)和更換一些備件。在安裝撕裂檢測裝置、電子圍欄槍機(jī)和自動(dòng)跑偏糾正設(shè)備時(shí)，這類設(shè)備安裝位置與皮帶機(jī)距離較近，部分設(shè)備更需要直接安裝在皮帶機(jī)機(jī)架上。在這部分檢測設(shè)施安裝選位和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要重復(fù)考慮皮帶機(jī)日常維護(hù)所需的空間，在安裝選位時(shí)要充分了解工作人員的意見和要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要與其進(jìn)行溝通。

輸煤廊橋現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，各類設(shè)備較多，現(xiàn)場安裝的前端信息采集設(shè)備很多。智能巡檢機(jī)器人只能進(jìn)行無線傳輸，在整個(gè)輸煤廊橋中布置無線基站與機(jī)器人進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在安裝無線通信基站時(shí)必須保障整個(gè)機(jī)器人行走區(qū)域全部覆蓋無線信號(hào)，要充分考慮現(xiàn)場空間和設(shè)備情況，合理地進(jìn)行安裝布置，保障智能巡檢機(jī)器人無通信死角。

5 結(jié)束語

通過在#9廊道搭建智能巡檢系統(tǒng)，對(duì)輸煤廊橋進(jìn)行全線路、全方位、全自主的智能化巡檢管理，提高輸煤系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。有效降低因人工巡檢不全面、不量化、人員素質(zhì)依賴性強(qiáng)引起的安全生產(chǎn)事故和人員安全事故風(fēng)險(xiǎn)，提升設(shè)備管理效率和生產(chǎn)效率，變被動(dòng)維護(hù)為主動(dòng)預(yù)防，提高了企業(yè)智能化水平，推動(dòng)企業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)少人化乃至無人化發(fā)展進(jìn)程。

隨著人工智能和控制技術(shù)發(fā)展，各種執(zhí)行層設(shè)備的完善，智能巡檢系統(tǒng)最終的方向是完全替代人工，實(shí)現(xiàn)無人值守。