陳 錚

（國(guó)能浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江紹興 312000）

0 引言

電廠輸煤是電廠生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的一環(huán)，輸煤設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電廠的正常生產(chǎn)。然而，由于輸煤設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度運(yùn)行，往往會(huì)出現(xiàn)皮帶撕裂、電機(jī)振動(dòng)、托輥發(fā)熱異常等問題，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故和生產(chǎn)損失。因此，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)輸煤設(shè)備的及時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)成為當(dāng)前亟待解決的問題。

傳統(tǒng)的人工目視的巡檢方式往往不夠及時(shí)，也難以做到精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，大多數(shù)都是事后發(fā)現(xiàn)，難以做到事前預(yù)防。而采用智能巡檢機(jī)器人則存在一些盲區(qū)問題，像電機(jī)的振動(dòng)、皮帶的撕裂等機(jī)器人無法做到識(shí)別全覆蓋。為了解決這些問題，本文提出了一種將智能巡檢機(jī)器人和定點(diǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方案，通過巡檢機(jī)器人和定點(diǎn)設(shè)備的協(xié)同作業(yè)，能夠?qū)Χ喾N缺陷和異常進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)和預(yù)警，從而提高電廠輸煤設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性。

當(dāng)皮帶機(jī)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，皮帶機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以迅速找到問題并及時(shí)制止，這為煤礦的正常生產(chǎn)提供了重要幫助。皮帶機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的引入，不但可以減輕技術(shù)人員工作強(qiáng)度，還能夠精準(zhǔn)地找到故障點(diǎn)，提高故障監(jiān)測(cè)和處理的工作效率[1]。

1 研究背景

1.1 傳統(tǒng)巡檢方式

傳統(tǒng)的輸煤設(shè)備巡檢主要依靠人工巡視和定期檢修，存在巡檢盲區(qū)大、周期長(zhǎng)、效率低等問題。同時(shí)，對(duì)于一些需要實(shí)時(shí)或接觸式采集數(shù)據(jù)的缺陷，傳統(tǒng)巡檢方式也往往難以做到精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。

1.2 單一巡檢機(jī)器人巡檢方式

現(xiàn)在市面上一些智能巡檢機(jī)器人的方案，往往存在一些盲區(qū)問題，像電機(jī)的振動(dòng)、皮帶的撕裂等機(jī)器人無法做到識(shí)別全覆蓋。目前，電機(jī)的振動(dòng)市面上主流的監(jiān)測(cè)方式還是接觸式測(cè)量，而巡檢機(jī)器人主要監(jiān)測(cè)手段是非接觸式的，無法有效監(jiān)測(cè)到振動(dòng)數(shù)據(jù)，也可通過激光測(cè)振的方式進(jìn)行非接觸式測(cè)量，但是成本過高，不適合此場(chǎng)景的應(yīng)用。皮帶撕裂主要發(fā)生在皮帶面上，工作面上因?yàn)橛忻毫细采w，機(jī)器人可見光無法直接監(jiān)測(cè)，只能通過皮帶的回程面來觀測(cè)，而機(jī)器人因?yàn)橐^測(cè)托輥異常，無法有效兼顧皮帶回程面的狀態(tài)數(shù)據(jù)；同時(shí)皮帶撕裂的監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性要求非常高，機(jī)器人主要還是采用例行巡檢的方式，故無法滿足高實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)要求。

2 研究方案

2.1 方案架構(gòu)

針對(duì)傳統(tǒng)巡檢存在的問題，本文引入了智能巡檢機(jī)器人技術(shù)。巡檢機(jī)器人配備定點(diǎn)攝像頭、溫振傳感器、皮帶撕裂監(jiān)測(cè)等定點(diǎn)設(shè)備，通過各類工業(yè)協(xié)議，統(tǒng)一接入智能化運(yùn)維平臺(tái)，形成一個(gè)圍繞機(jī)器人、輔以各類定點(diǎn)傳感器的智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，能夠?qū)斆涸O(shè)備進(jìn)行全方位、全天候的監(jiān)測(cè)，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種異常情況的識(shí)別和預(yù)警。方案架構(gòu)如圖1所示。

圖1 方案架構(gòu)圖

如圖2所示，智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)主要由軌道式巡檢機(jī)器人、軟件平臺(tái)、供電平臺(tái)、軌道總成、通信平臺(tái)、皮帶撕裂監(jiān)測(cè)裝置、溫振在線監(jiān)測(cè)裝置、定點(diǎn)攝像頭及其他輔助設(shè)備組成，通過部署在輸煤程控室的后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)，能夠?qū)崟r(shí)管理及控制機(jī)器人在線進(jìn)行巡檢任務(wù)作業(yè)；同時(shí)，通過信息專網(wǎng)，能夠?qū)⒀矙z機(jī)器人的巡檢畫面及巡檢結(jié)果和其他定點(diǎn)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果等信息上傳至后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)前端設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控管理。

圖2 機(jī)器人巡檢系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.2 方案應(yīng)用

本方案通過在皮帶機(jī)頭部和尾部安裝固定式高清攝像機(jī)、紅外熱像儀、振動(dòng)傳感器和皮帶撕裂監(jiān)測(cè)定點(diǎn)設(shè)備；在廊道內(nèi)行人側(cè)安裝軌道，布置皮帶機(jī)智能巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)廊道皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集到的圖像、溫度、振動(dòng)、聲音等數(shù)據(jù)傳輸至中控室服務(wù)器，系統(tǒng)管理軟件實(shí)時(shí)在線分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析識(shí)別，判斷是否存在皮帶機(jī)運(yùn)行異常和設(shè)備故障，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施異常狀況和設(shè)備故障的診斷、預(yù)警和處置等功能，減少皮帶機(jī)事故的發(fā)生，確保皮帶機(jī)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。安裝示意圖如圖3所示。

圖3 機(jī)器人巡檢系統(tǒng)安裝示意圖

2.2.1 智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用

本方案選用的是軌道式巡檢機(jī)器人，是整個(gè)巡檢系統(tǒng)的核心組成部分，承擔(dān)輸送區(qū)域內(nèi)巡檢和現(xiàn)場(chǎng)處置的主要功能，巡檢機(jī)器人的主要部件包括車體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制箱、避障傳感器、360°全角度攝像頭、紅外熱成像鏡頭、LED照明燈具、煙霧探測(cè)器、溫度/濕度探頭、四合一（CO、O2、CH4、H2S）氣體傳感器、拾音器等。

如圖4所示，機(jī)器人軌道沿皮帶機(jī)進(jìn)行鋪設(shè)，頭尾部設(shè)計(jì)成平軌，各設(shè)計(jì)一個(gè)充電樁；無線AP安裝在頭部區(qū)域，覆蓋全程，保證無遮擋；按需在頭部充電樁后1 m左右位置安裝機(jī)器人自清潔裝置。

圖4 機(jī)器人安裝位置示意圖

2.2.2 皮帶撕裂監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用

鋼絲繩芯帶式輸送機(jī)是現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩芯輸送帶在線監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)是帶式輸送機(jī)安全運(yùn)行的重要保證[2]。

機(jī)器人進(jìn)行巡檢時(shí)，監(jiān)測(cè)場(chǎng)景主要為皮帶上輸料的狀態(tài)，而皮帶撕裂處于煤料的下部且皮帶高速運(yùn)動(dòng)，因此通過在落煤口3 m左右位置增加皮帶撕裂智能監(jiān)測(cè)單元（圖5）對(duì)撕裂進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和AI識(shí)別，發(fā)現(xiàn)撕裂缺陷時(shí)立即報(bào)警。

圖5 皮帶撕裂監(jiān)測(cè)裝置安裝位置示意圖

皮帶撕裂智能監(jiān)測(cè)單元由定點(diǎn)的高速CCD光學(xué)相機(jī)、激光發(fā)射器、AI邊緣處理器、通信配電模塊及其他附件組成，結(jié)合AI圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)皮帶可能出現(xiàn)的撕裂狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，線激光束打在皮帶底部，隨皮帶呈弧形，當(dāng)皮帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，線激光對(duì)皮帶進(jìn)行掃描，高速相機(jī)置于皮帶兩側(cè)底部，與水平呈約45°仰角，實(shí)時(shí)對(duì)帶線激光皮帶底部進(jìn)行圖像采集，如皮帶底部紋理特征異常（有裂紋、裂口等撕裂前兆現(xiàn)象），在異常部分經(jīng)過線激光時(shí)，線激光會(huì)發(fā)生畸變，此時(shí)高速相機(jī)采集到線激光畸變的圖像傳入后臺(tái)，采用圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行診斷分析并告警，記錄畸變位置，引起監(jiān)控人員注意并采取相應(yīng)措施。

2.2.3 溫振傳感器應(yīng)用

輸煤皮帶機(jī)在運(yùn)行過程中，可能會(huì)因電機(jī)自身原因、電源原因、負(fù)載變化等發(fā)生故障，通過監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度、振動(dòng)數(shù)據(jù)的變化，可有效預(yù)防電機(jī)故障的發(fā)生[3]。

針對(duì)需要采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)，機(jī)器人無法直接監(jiān)測(cè)獲取，故在電機(jī)、減速機(jī)、滾筒等關(guān)鍵設(shè)備上安裝有溫振傳感器，用于實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行過程中的溫度及振動(dòng)情況，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與預(yù)判。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在溫度過高或異常振動(dòng)等問題時(shí)會(huì)及時(shí)定位具體設(shè)備的具體位置及問題情況，并將這些信息傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行預(yù)警顯示，提醒后臺(tái)管理人員處理。

2.2.4 定點(diǎn)相機(jī)應(yīng)用

輸煤廊道環(huán)境復(fù)雜、設(shè)備較多，機(jī)器人不可避免會(huì)有很多視野盲區(qū)，所以在機(jī)頭機(jī)尾、落料口、皮帶機(jī)上方等機(jī)器人視野盲區(qū)位置按需布置定點(diǎn)監(jiān)測(cè)攝像頭，用于監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)有無人員違規(guī)入侵、違規(guī)吸煙、異物、明火、未佩戴安全帽等異常行為現(xiàn)象，檢測(cè)落料口有無堵料、皮帶有無跑偏等異?，F(xiàn)象，并定位故障位置，將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控平臺(tái)及時(shí)預(yù)警，通知后臺(tái)管理人員處理。

3 方案應(yīng)用效果

本方案在某電廠輸煤皮帶上進(jìn)行了應(yīng)用，對(duì)于皮帶日常巡檢工作來說，該方案有效提高了工作效率，降低了運(yùn)維人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，加強(qiáng)了作業(yè)的安全性，并產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，如表1所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種巡檢機(jī)器人與定點(diǎn)設(shè)備協(xié)同作業(yè)的方案。巡檢機(jī)器人負(fù)責(zé)對(duì)非接觸式數(shù)據(jù)的采集，定點(diǎn)設(shè)備則負(fù)責(zé)對(duì)接觸式或需要高實(shí)時(shí)性的缺陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過兩者協(xié)同作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸煤設(shè)備各種缺陷和異常的全面監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

通過對(duì)電廠輸煤場(chǎng)景中智能巡檢與定點(diǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)方案的研究與應(yīng)用，本文實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種缺陷和異常的早期識(shí)別與預(yù)警，進(jìn)一步提高了電廠輸煤設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性。未來，隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信該方案將在電廠輸煤領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。