李旭，黃曉明，司朝輝，敖員紅

（國能九江發(fā)電有限公司，江西 九江 332000）

燃煤電站的各個環(huán)節(jié)的設(shè)計中存在一套輸煤廊道，這條廊道不僅線路長而且環(huán)境惡劣。對廊道中存在的一些工作盲區(qū)很容易出現(xiàn)疏漏。而最終的巡檢質(zhì)量還需要依靠人員的自身素質(zhì)。隨著相關(guān)技術(shù)發(fā)展，機器人的應(yīng)用范圍也變得更加廣泛。利用機器人開展巡檢工作已經(jīng)成為一些特定場合的首要選擇。隨著應(yīng)用的不斷深入，將機器人巡檢技術(shù)與燃煤電站的巡檢相互結(jié)合的方式也成為技術(shù)人員不斷研發(fā)和突破的領(lǐng)域，結(jié)合燃煤電廠輸煤系統(tǒng)討論廊道機器人自動巡檢系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。

1 采用機器人開展廊道巡檢的優(yōu)勢和難點

1.1 現(xiàn)階段輸煤廊道的巡檢狀況

很多燃煤電廠仍采用人工巡檢的方式，但是，這種方式不僅工作強度大而且成效甚低。如果采用自動化的監(jiān)測設(shè)備，投入相對過大，監(jiān)控需求大，必然會增加成本。

1.2 使用機器人進行巡檢的優(yōu)勢

（1）利用機器人進行巡檢，巡檢結(jié)果并不會受到主觀因素的影響，比如，高強度的作業(yè)需求、惡劣的外部環(huán)境和崎嶇蜿蜒的溝道等，都可以獲得較高質(zhì)量的巡檢結(jié)果，且不會出現(xiàn)疏漏和錯漏的問題。（2）巡檢機器人能夠有效替代傳統(tǒng)人力巡檢的工作，尤其是在極端惡劣的環(huán)境下，能夠避免對人體造成傷害。（3）機器人自身具備攝像、圖片識別、紅外感溫、測振以及拾音的功能，而且能夠?qū)ε苊奥┑芜M行實時檢測，它能夠充分發(fā)揮出巡檢工作的作用。（4）巡檢機器人可以及時向后臺傳遞信息，包括圖像、聲音和視頻等，后臺可以對回傳內(nèi)容進行匯總并對其發(fā)展趨勢進行分析。通過這項功能可以及時了解設(shè)備存在的異常狀況，從而為后續(xù)的設(shè)備檢修提供充分的依據(jù)。

1.3 機器人進行巡查工作的難點

實際上，燃煤發(fā)電廠的廊道環(huán)境相對特殊。首先，廊道內(nèi)常年運送燃煤，因此一直處于高粉塵、高濕度的環(huán)境中。同時，輸煤廊道不同于其他的管廊或是隧道，不僅面積大、設(shè)備多而且相對復(fù)雜。結(jié)合實際設(shè)計使用需求，甚至還會存在橫貫廊道的通行橋。最后，輸煤系統(tǒng)相對較長，而且期間還會有轉(zhuǎn)運站對燃煤進行中轉(zhuǎn)。整個輸煤系統(tǒng)從煤倉到鍋爐房之間會經(jīng)過多個轉(zhuǎn)運站。每個轉(zhuǎn)運站之間會有200m的廊道相連，同時坡度為18°。而從一段輸送機經(jīng)轉(zhuǎn)運站過渡到另外一個輸送機時，還會存在一定的垂直落差。綜上所述，整個環(huán)境對于機器人的自我防護能力、軌道運行、轉(zhuǎn)彎角度、爬坡能力、抗震能力都具有較高的要求。而且結(jié)合廊道加轉(zhuǎn)運站的設(shè)計模式，如果對每個廊道都設(shè)計一套巡檢機器人，則會增加投資且利用率較低。

2 關(guān)于廊道機器人巡檢系統(tǒng)的設(shè)計理論研究

結(jié)合輸煤廊道巡檢的實際需求，在進行機器人設(shè)計的過程中，我們需要考慮實際應(yīng)用中的各項要素。從多方面對其進行研究，具體可見圖1。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

（1）軌道傳統(tǒng)系統(tǒng)。結(jié)合輸煤廊道的特殊環(huán)境以及廊道之間的結(jié)構(gòu)、走勢等因素，在設(shè)計機器人軌道傳輸系統(tǒng)時，必須結(jié)合實際現(xiàn)場情況來繪制機器人在實際工作過程中的巡檢線路以及對應(yīng)的軌道安裝圖。由于實際環(huán)境較為惡劣，所以在選擇軌道材料的時候，我們選擇了具有較高抗腐蝕能力以及抗磨損的高強度鋁合金材料。這種材料能夠應(yīng)用于輸煤廊道的惡劣環(huán)境中，且可以結(jié)合實際的使用需求設(shè)計不同的彎度、曲度以及坡度，以滿足實際的巡檢應(yīng)用。同時，配備了鋼質(zhì)的防火門以及獨立的配電系統(tǒng)。正常運行狀態(tài)下防火門處于關(guān)閉狀態(tài)，而當(dāng)機器人需要穿越時，則會向防火門發(fā)送信號，防火門就會自行打開，直到其通過后，又會自行關(guān)閉。具體可以參考圖2，在軌道設(shè)計過程中采用不同的軌道銜接的方式以及對應(yīng)的配件來保障不同的環(huán)境使用需求。

圖2 軌道設(shè)計和安裝

（2）機器人平臺。結(jié)合實際工作環(huán)境的高濕度、高粉塵污染問題，機器人在設(shè)計環(huán)節(jié)就在材質(zhì)選擇以及零配件方面的防護等級進行了優(yōu)化和提升，確保其都能夠達(dá)到IP65的防護等級。

（3）檢測系統(tǒng)。結(jié)合實際輸煤廊道的特定環(huán)境，結(jié)合視頻、圖像、溫度、濕度、聲音等方式檢測粉塵濃度以及可燃?xì)怏w濃度，并配置對應(yīng)的傳感設(shè)備能夠及時將所搜集的信息進行回傳。

（4）動力系統(tǒng)。由于輸煤廊道不僅有平直的路面還有坡度，為了能夠應(yīng)對不同的坡度環(huán)境，在機器人設(shè)計時搭配了動力總成。當(dāng)機器人設(shè)備運行在相對平緩的廊道內(nèi)，可以選擇使用單電機工作的方式，以滿足基本的動力需求。而當(dāng)機器人需要穿越運轉(zhuǎn)站時，為了保障運行則采用雙電機的供電方式，提升其爬坡力。這種方式不僅能夠提升機器人在實際應(yīng)用過程中對不同環(huán)境的適應(yīng)能力，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)有效節(jié)能，提升續(xù)航的目標(biāo)。為了確保機器人設(shè)備的全自動化，在設(shè)備電能供應(yīng)上保障基本的8小時電力供給，當(dāng)設(shè)備電量低于預(yù)設(shè)值，則會激發(fā)機器人的自返程指令，設(shè)備會自行返回充電。

（5）定位系統(tǒng)。為了確保機器人在廊道監(jiān)測過程中的線路準(zhǔn)確性以及避免重復(fù)性工作，我們會在設(shè)備上搭載定位系統(tǒng)，目前采用的定位方式主要是通過步進電機編碼器進行的，其精度值可達(dá)到10mm。

（6）吹掃系統(tǒng)。由于廊道長期處于高粉塵污染的環(huán)境中，長此以往，必然會在軌道上堆積粉塵，影響機器人的行進，并影響機器自身的運轉(zhuǎn)。所以，為了避免這種問題的出現(xiàn)，我們在設(shè)備上搭載了吹掃系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備運行時會打開吹掃系統(tǒng)，將沿途軌道上的粉塵吹掃干凈。

（7）通信系統(tǒng)。機器人設(shè)備上搭載通信系統(tǒng)的主要目的就是為了能夠?qū)C器人所收集的信息向后臺進行交互回傳。當(dāng)然，除了收集的信息外，還會有機器人自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)。為了確保通信的連續(xù)性，在廊道中會設(shè)計對應(yīng)數(shù)量的基站，這些基站會形成一個無線局域信號網(wǎng)絡(luò)。在這個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，設(shè)備之間可以互相訪問，極大地提升了網(wǎng)絡(luò)帶寬負(fù)載的平衡性。具體可見圖3、圖4。

圖3 網(wǎng)絡(luò)基站布置圖

圖4 巡檢基站拓?fù)鋱D

通過這套系統(tǒng)可實現(xiàn)對輸煤廊道無人巡檢的目標(biāo)，而且能夠及時進行預(yù)警，實現(xiàn)可視化管理的目標(biāo)，能夠預(yù)防人工巡檢工作中的不及時、不穩(wěn)定、不充分、不到位的缺陷，有效地降低人工參與的次數(shù)，提升了實際輸煤管線的安全運行和效率。

2 輸煤廊道智能化巡檢系統(tǒng)的實際應(yīng)用

2.1 常規(guī)功能

（1）設(shè)備狀態(tài)。智能機器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主巡檢的方式，且在實際運行中又會結(jié)合需求分為常規(guī)巡檢以及特殊巡檢兩種模式，第一種會結(jié)合事先系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的內(nèi)容、時間、位置和路徑執(zhí)行巡檢工作。特殊巡檢則是由工作人員直接預(yù)設(shè)好巡檢點，設(shè)備會自動到預(yù)定的巡檢位置完成巡檢工作。借助這項功能我們能夠結(jié)合自身實際要求對某個特定點位進行反復(fù)巡檢，確認(rèn)情況。

（2）智能充電。主要分為兩種充電方式，一種是采用非接觸的供電方式，而另外一種則是分布式接觸充電系統(tǒng)的供電方式，操作人員可以結(jié)合實際情況選擇不同的充電方案。

（3）監(jiān)控方式。為了實現(xiàn)現(xiàn)場畫面的及時回傳，在設(shè)備上采用了360°云臺來達(dá)到視頻監(jiān)控以及熱成像的監(jiān)控效果，而且也能夠?qū)崿F(xiàn)在移動過程中利用設(shè)備進行紅外測溫以及視頻巡檢的目的。

（4）設(shè)備自檢。機器人設(shè)備自身需要對自己的運載情況進行自檢，包括電力供應(yīng)、驅(qū)動、通信以及其他負(fù)載設(shè)備的運行狀況。一旦出現(xiàn)異常應(yīng)當(dāng)及時進行報警并將相關(guān)故障信息上傳至后臺，采取進一步的措施。

（5）通信功能。為了確保巡檢信息傳遞的有效性，保障設(shè)備通信的穩(wěn)定性和可靠性，設(shè)計過程中采用了雙向通信的方式，提高了通信的質(zhì)量。

（6）防撞系統(tǒng)。設(shè)備運行過程中為了避免出現(xiàn)碰撞，專門設(shè)計了安全距離，一旦與人或物體距離過近，就會激發(fā)警示燈，起到提醒和預(yù)防的作用。

2.2 巡檢系統(tǒng)的特殊功能

（1）對有害氣體和粉塵的檢測。輸煤廊道內(nèi)由于長期輸送煤炭，所以對氣體（CO2、CO、瓦斯）和粉塵濃度檢測對于預(yù)防危害有著非常重要的作用，利用巡檢機器人所攜帶的檢測設(shè)備能夠及時獲取這些數(shù)據(jù)信息，避免人為巡檢帶來的傷害。也能夠及時了解廊道環(huán)境，為工作的開展提供參考。

（2）熱成像技術(shù)。設(shè)備上會搭載熱成像技術(shù)對監(jiān)測環(huán)境的溫度實施監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)回傳和后臺分析來判斷廊道環(huán)境的安全等級狀況，一旦超出預(yù)設(shè)值，就會激發(fā)應(yīng)急系統(tǒng)進行防御，提升了廊道的防護能力。

（3）皮帶運行狀況的監(jiān)測。廊道運煤過程中會采用傳送帶進行輸送，而傳送帶的質(zhì)量將會直接影響運輸。在實際運行過程中，會出現(xiàn)皮帶跑偏、漏煤、托輥出現(xiàn)異響等情況，還會存在電機運行溫度升高的情況。所以，需要在巡檢過程中予以足夠的重視。①對開關(guān)狀態(tài)的讀取。巡檢機器人能夠?qū)ο鄳?yīng)的控制開關(guān)的狀態(tài)進行識別和存儲。機器人會通過可見光源對控制柜進行實時的抓拍采集，從而獲取相應(yīng)的信息。結(jié)合指示柜體的數(shù)據(jù)圖像并上傳至服務(wù)器系統(tǒng)后，能夠生成對應(yīng)的巡檢報表。②紅外感溫。巡檢機器人設(shè)備會配備有紅外感溫系統(tǒng)，它能夠?qū)λ爸庍M行全面的掃描。為了確保掃描測溫的準(zhǔn)確性和全面性，可以預(yù)先設(shè)置多個檢測位置，同時，機器人會對一些重點位置進行定期定時的巡航測溫監(jiān)測。對于每日所收集的測溫數(shù)據(jù)會回傳后臺，并形成一份完整的測溫報表。一旦溫度值超出預(yù)警，就會觸發(fā)警報，通知運維工作人員。③圖像識別。巡檢機器人自帶的系統(tǒng)軟件會結(jié)合所采集的圖像進行識別對比，尤其是傳送帶的皮帶，對比其在運行過程中的狀態(tài)和應(yīng)用環(huán)境，從而診斷皮帶的使用狀態(tài)，對存在問題的設(shè)備提出發(fā)出預(yù)警，及時進行維護。④聲音檢測。聲音檢測工作是在計算機軟件中針對平臺中存在的異響問題的檢測分析，它會對平臺傳出的聲音進行頻譜分析，以此判斷設(shè)備運行是否處于正常狀態(tài)。⑤聯(lián)動預(yù)警功能。借助機器人所搭載的可見光攝像頭，我們可以遠(yuǎn)程實時看到輸煤廊道的實際狀況，借助遠(yuǎn)程操控作業(yè)也能夠及時了解廊道的相關(guān)信息，包括溫度、濕度、粉塵濃度等，當(dāng)這些數(shù)據(jù)超出預(yù)警值就會聯(lián)動報警裝置，及時給管理者提供相關(guān)信息并回傳現(xiàn)場視頻。

3 結(jié)語

事實上，燃煤電站在輸煤廊道的機器人自動巡檢設(shè)計的過程中，我們需要充分考慮實際應(yīng)用環(huán)境和實際狀況，除了上述的基本功能以及巡檢的特殊功能外，還包括振動測試功能、軌道清潔功能以及系統(tǒng)集成管理的功能應(yīng)用。所有這些共同作用，促成了機器人能夠有效替代人力發(fā)揮更加豐富的作用來提升巡檢的效率和質(zhì)量，對煤炭輸送系統(tǒng)的安全運行提供了足夠的保障。