★中控技术股份有限公司

2023年，中控技术积极参与实施中东某大型石油公司“基于机器人技术的厂区智能巡检项目”建设工作，将轮式巡检机器人、四足机器狗等多种机器人产品与技术进行融合，并结合现场特殊的应用场景，构建了一套完整的机器人智能巡检解决方案。

图1 系统架构

1　项目背景

由于该天然气处理厂生产工艺复杂、大型精密高危设备众多，传统的人力巡检方式效率低、危险程度高。巡检工作质量容易受到如漏检、误检或遇到恶劣气候环境时的消极怠工、出人不出力等人为因素影响，导致巡检效率低、误报率高等问题，更为严重地则会引起重大安全事故，造成不可弥补的巨大损失。

基于上述问题，该天然气处理厂希望借助智能机器人巡检系统，凭借光谱视频成像、红外气云成像、大数据分析、AI深度学习等技术，实现气体泄漏定性、定量检测、危险源检测、表计识别与跑冒滴漏检测等巡检作业。同时，通过数字孪生技术实现泄漏点三维定位与报警功能，以及在事故和特殊情况下执行定制化巡检任务。

2　案例实施与应用

本项目结合现场不同的场景需求，采用多种机器人系统完成各类巡检工作。

对于防爆需求场景，该项目采用中控自主研发的轮式防爆巡检机器人，该机器人可以按照预先设定的线路、巡检内容、报警规则、巡检日程自动执行巡检工作。巡检过程中，机器人利用自身搭载的热成像、可见光、声音等传感器对储罐、管道等检测对象进行扫描，获取各类巡检数据，并利用自身携带的相关AI算法对这些数据进行分析，得出分析结果。如果分析结果超出预先设定的报警阈值，则触发报警。同时，机器人利用自身数据同步程序将巡检数据和报警数据存入云端远程监控系统。对于一些机器人不方便到达的地方，该项目部署了如无线气体检测仪等固定式智能传感器，机器人巡检时可获取这些传感器采集的数据，进行综合数据分析。

图2 轮式防爆巡检机器人

对于非防爆需求场景，如配电间、生活区，该项目采用室内轮式机器人、四足机器人来实现巡检任务。针对化工厂配电间巡检，采用室内轮式巡检机器人，综合运用激光无轨导航、图像智能识别与分析、多传感器融合等技术，可代替人工完成室内特定环境下的设备检测及环境监测工作。对于室外非防爆环境，采用四足机器人展开指定区域巡检工作，协助物业、安保人员完成火灾预警、人员识别、入侵预警等工作。

图3 室内轮式机器人

图4 四足机器人

本项目机器人系统首次采用“OGI+TDLAS+AI视觉”多维度融合检测技术，不仅能够对气体泄漏故障进行快速识别，还能对泄漏点进行精确定位与定量分析。

图5 气体泄漏故障识别、定位与分析

本项目还通过激光3D建模技术，搭建厂区数字孪生平台，并实时显示巡检、报警信息，通过数字孪生平台，构建了定位、量化和可视化的数字孪生检测系统，用户能够在第一时间确定气体泄漏与异常排放发生的具体位置，及时采取处置措施。

图6 厂区数字孪生平台

本项目还建立了智能化的数据分析与检测平台，能够实现对机器人的远程控制与自定义巡检等功能，并具备报表生成、远程维护、远程诊断、数据分析等智能化巡检功能。同时，系统还支持多种操作系统，并可与厂区的DCS/SCADA系统实现数据互联。

3　项目效益

（1）巡检效率显著提高：考虑对数据的查看、记录、归档时间，人工巡检平均一个检测点时间约为1～2分钟；机器人单点巡检时间在10-30秒，同步完成数据记录、分析、告警；

（2）巡检流程规范性明显提高：全覆盖智能巡检系统识别精度保持在98%以上，准确可靠，无人为、环境等主客观因素干扰，实现户内站的可视化、智能化管理与展示；

（3）巡检覆盖率大幅提升：人工巡检主要对各电力柜的电流、电压表进行查看；智能巡检系统能够实现对所有设备表计、开关状态、指示灯等的全面覆盖与智能识别，设备覆盖率至少提升100%以上；

（4）数据处理能力显著增强：全覆盖智能巡检系统能够汇总厂区多维检测数据进行分析、管理、告警和故障预测，摒弃了传统人工巡检数据分散、处理效率低的缺陷，实现高效全面智能的全新运检模式；

（5）生产安全性明显提高：全覆盖智能巡检系统能够取代人工，将巡检人员与高压环境隔离开来，消除巡检的安全隐患，实现无人化安全运检。

4　项目创新

在企业整体运维方面，本项目基于机器人的智能巡检系统，打破了传统体系模式下生产时间和空间的限制，实现了以设备状态自动感知及预测、风险实时预警、智能辅助决策、远程生产指挥、精益过程管控为代表的实时化、跨空间运检模式体系，并对现场设备运行状态进行多角度、多维度的分析，优化巡检策略、故障缺陷分析，全面推动生产管理模式方式由“事后应对”向“事前防范”转变，“分散现场管控”向“集约远程指挥”转变，“传统人工生产”向“数据智能驱动”转变，显著提升了管理效率。

（1）设备信息数字化

利用机器人自主运行的特点，强化现场数据的智能采集、实时传输和自动分析，实现人机信息自动交互、设备状态实时掌握、状态异常提前预警、研判评估、辅助诊断等，全面提升设备状态管控力；强化在线监测技术应用水平，拓展在线监测范围，提升在线监测的可靠性、稳定性和实用性；全面实现对设备运行状态的实时感知、监视预警。

（2）诊断评估智能化

立足于实际应用，从质量、安全、效率、经济性等方面构造效益评价指标，针对不同环境特点，构建机器人和人工巡检相结合的立体化巡检模式体系；基于机器人获取的高度一致性检测数据，从时间趋势上对设备故障进行预判，实现故障的提前预警和主动运维。

（3）设备巡视高效化

以设备状态自动采集、实时诊断、可视化和远程监护为基础，将运维现场动态实时置前，推进巡检业务监控管理与巡检现场作业同步，提高巡检作业效率和质量，辅助运维策略制定和计划执行跟踪，显著提升设备状态管控能力和巡检管理穿透力。

近年来，智能巡检机器人得到迅猛发展，但由于石油化工行业的特殊性，其在该行业的应用仍处于起步阶段，在海外的应用也还处于空白期。通过该项目的实施与应用，验证了采用多种机器人的联合巡检，并结合数字孪生、AI智能算法构成的整体解决方案，能够很好地满足石油化工企业的智能化、无人化巡检的需求，将大幅提升运营安全与巡检效率。可以预见，这将成为我国高端装备进军海外的有利契机。

摘自《自动化博览》2023年11月刊