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浅析智能巡检机器人在输煤皮带场景的应用
电力行业在信息化、智能化高速发展的今天,传统巡检模式已无法满足现代电力行业的建设需求,如何采用新形势下的新技术、新手段实现运维模式的转变,如何合理运用AI技术与设备巡检进行深度融合,减轻发电厂运维人员的运维负担,有效保障设备的安全可靠运行,是今后所面临的主要问题之一。本文将浅析智能巡检机器人在南京发电厂输煤皮带场景下的应用效果。

★南京科远智慧科技集团股份有限公司张涤,雷华锦,高佳

★中国大唐集团有限公司南京发电厂刘峰,张笑

关键词:机器人;输煤皮带;无人值守;智能巡检

1 前言

1.1 行业痛点

煤炭作为电厂的“动力之源”,其重要程度不言而喻,但由于其特殊的性质,导致煤炭的管理同样是让电厂很头疼的一件事。煤炭在经过长时间的运输及存储之后,由于水分的挥发、压实程度的变化等因素影响变得更加危险。自燃可能发生在任何堆煤或输煤的地方,在输煤传送带系统上发生的概率更高。煤会与空气中的氧气发生氧化,引发温度升高。刚开始煤的温度只会稍高于环境温度,但如果没有监测系统可能在其上升到400摄氏度时也无法察觉,直到其引起火焰燃烧。这样不仅对工作人员安全造成威胁,还可能对运行皮带造成损坏,甚至造成更大面积的损失,发电完全中断等。在预氧化过程中,还会产生大量的甲烷和一氧化碳气体,这些有毒气体让灭火变得更加艰难。

近年来,国内各大发电企业先后对占火电厂70%以上成本的燃料业务进行了全面深入的信息化、自动化、智能化建设并取得了良好的使用效果。但是,输煤廊道的巡检工作作为燃料输送线业务的重要部分,劳动任务繁重,环境条件恶劣,目前仍然采用传统的人工作业方式,存在效率偏低,及时性、安全性不高,可靠性、稳定性偏弱,误报、漏报现象时有发生,视频监视大量盲区,无法及时快速追踪现场情况等诸多问题,具体表现在:

(1)作业现场往往环境较差,工作人员很难做到每天出入设备区去检查设备安全,巡检的及时性很难得到保障;

(2)巡检环境恶劣,巡检工人招工难的问题日益突出;

(3)出现恶劣天气或者有安全隐患的情况下人员无法及时实施巡检作业;

(4)人工巡检通常缺少提前的预测、统一的调度;

(5)人工巡检纸面的报告反馈滞后,巡检结果通常也难以综合分析。

1.2 建设目标

目前燃料全流程的管理系统,集成了三维、自动控制、业务流、智能检测、智能识别等先进的技术,实现了燃料系统的统一管理、机械设备的自动运行、数据信息的智能分析,真正意义上做到了无人值守、少人监盘的效果。

其中智能巡检机器人则是根据企业生产实现无人化、少人化的建设目标,结合企业生产管理现状,启动以运行巡检智能化建设为切入点的智慧生产建设,践行创新型、智慧化、安全一流大背景下智能管控的价值创造。

智能巡检机器人,旨在充分利用智能巡检机器人系统其灵活的控制与运行方式、不受环境因素影响等优势,逐渐在无人值班或少人值守的管理模式下执行巡检任务,及时发现和消除设备缺陷,预防事故发生,确保设备安全运行。

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图1 系统架构

2 案例背景

大唐南京发电厂是大唐江苏发电有限公司下属三级企业,始建于1910年,是中国第一家官办发电厂,1997年,建设两台125MW燃煤机组。

电厂拥有8条输煤皮带运输线,其中包括:6条入厂皮带线1#、2#、3/4#、5/6#;4条入炉皮带线7#A/B、8#A/B、9#A/B,共计:1500米,主要以人工巡检为主。

本次项目改造,大唐南京发电厂8条输煤皮带,全部安装科远公司智能挂轨巡检机器人系统。

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图2 监控平台

3 案例实施与应用

挂轨机器人系统由挂轨巡检机器人本体、轨道平台、供电平台、通信平台、定位系统、后台监控平台等组成。系统结构可分为三层,分别为执行层、通讯层和管理层。执行层包括了智能挂轨巡检机器人本体、自主充电模块、第三方数据传感设备等,实现智能机器人的数据采集、自主充电等功能。通讯层可分为无线通讯和主网通讯两大部分,无线通讯满足巡检区域的网络全覆盖,保证机器人在任何位置都能实现无障碍通信。管理层包含机器人后台、监控中心等,主要功能有数据分析、任务编排下达和历史数据查询等。主要包含以下功能:

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图3 巡检机器人

(1)视频监控

智能挂轨巡检机器人自身具有可见光与红外视频图像采集功能,工作人员可通过监控平台操作智能巡检机器人移动到指定位置,控制云台自由转动,可实现近距离地观察拍摄目标物体,将监控范围覆盖到盲区。机器人可拍摄出现场各种设备高清图像和红外热成像,并将采集到的信息经无线局域网实时传输到控制云台,利用AI智能算法自动识别现场各种设备是否有异常情况,如仪表识别、皮带机异常、结构异常、皮带撕裂、皮带跑偏、抛洒滴漏等识别,并产生相应报警,工作人员在第一时间查清问题原因,并采取相应措施,避免事故发生。

(2)红外测温功能

智能挂轨巡检机器人可以在任何时间,通过车载红外热像仪对现场的运行设备的温度进行测量,同量通过红外图片标识设备最高点位置及温度值。可用于煤粉温度、滚轮温度、电机温度等的监测。当被检测设备温度超过设定温度值时,机器人能够自动报警,工作人员便可到故障地点实地查看,并采取相应措施。车载温度传感器选用高性能红外摄像头,测温测量范围为-20℃~550℃。这些检测红外图片存储到系统数据库中,为之后的事故处理提供依据。

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图4 监视画面

(3)现场环境监测

挂轨巡检机器人携带有气体探测器与温湿度传感器,可以随时对现场环境的空气环境与温湿度进行分析并得出结果,气体分析包括检测空气含氧(O2)量浓度、环境空气烟雾颗粒物(PM2.5,PM10,烟雾)以及有毒与可燃气体(CO,H2S,CH4)浓度大小。可人工设置检测气体深度报警的限值,超过限值后立即发出灯光报警,以防止由于工作人员对现场环境的误判,造成生命危险。

(4)常规及特殊巡检

智能挂轨巡检机器人可进行定时巡检、定点巡检、指定任务临时巡检、遥控巡检等多种巡检方式。常用的定点巡检可以根据指定的路径和指定的巡检目标点进行自动巡检,只需要设定巡检路径并启动自动巡检即可使机器人自动完成巡检任务。巡检过程中机器人每到一个巡检工作位置,能自动准确停车探测,做完规定的动作后再按照路径自动往下一个巡检目标点前进,全程不需要人工操作控制,由机器人全自动完成巡检作业,并自动记录并保存所采集到的数据。

(5)无人化自主充电

挂轨巡检机器人本体自带电池电量检测保护,在系统出现低电量报警时,自主运行到充电点进行充电。

(6)自身安全防护

挂轨巡检机器人采用光电避障系统,能对障碍物和巡检区域内工作人员进行探测,遇到障碍物系统会自动避障并发出报警。同时系统增加失电防遛锁止结构,以防止断电设备因重力滑动,造成人身安全或设备损坏等事故发生。机器人在明显位置安装有警示灯,通过警示灯的不同颜色来表示挂轨巡检机器人当前的各种状态,提醒巡检区域内工作人员注意。

(7)交互式对讲指挥

当现场设备发生复杂或者非常规问题,现场工作人员不能解决时,通过智能挂轨巡检机器人的视频设备和语音设备可实现现场工作人员与远端专家的即时交互,由专家来指导和协助现场工作人员,有助于问题的现场解决。交互式对讲指挥功能采用双向对讲广播系统,支持双向对讲和录音回放功能,完全满足主控室和现场的音视频实时交流。

4 应用创新性

(1)机器人本体高防护

现场工作环境比较恶劣,处于高粉尘、高湿度、高温差的环境下。本次开发的巡检机器人独特的双层防护,一方面机器人本体外部有一套外壳防护,另一方面重点控制元件,比如控制器、通讯板、锂电池等,为此专门设计了单独密闭的“控制舱”“电池舱”,确保任何苛刻环境下机器人可以正常工作,可实现真正意义上的IP67防护。

(2)智能图像算法

机器人巡检过程中对于很多场景异常的判断均需通过图像分析判断,比如人员形态、设备异常、泄漏、温度异常等,需要通过不断的深度神经网络学习,不断提高识别的准确率,是真正意义上的人工智能算法。

(3)可升降云台

智能巡检机器人为轨道式安装方式,其巡检视角只能以皮带的斜上方的角度进行巡视,虽然云台本身具备3600水平旋转、±900反转,但对于廊道内众多设备还是有一定的死角,因此本次巡检机器人设计增加了巡检云台垂直方向的伸缩臂,大大地提升了其巡检范围。

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图5 升降臂

(4)清洁装置

由于机器人、轨道长期处于高粉尘的环境中,一段时间均会出现一定量的积灰的情况,为了避免积灰影响机器人正常巡检,本次机器人设计巡检镜头、轨道均配备了清灰刷,同时也为巡检机器人本体配备了清洁小屋,能够实现机器人的一键清洗,同时清洗废水可自动收集排放。

(5)传动的升级

目前很多机器人采用的传动方式均为齿轮传动,但长时间受到煤粉的侵染磨损比较严重。本次巡检机器人设计采用了皮带式软传动,大大减少了煤粉对其的影响,保证机器人的安全稳定性。

5 效益分析

科远智能挂轨巡检机器人在大唐集团有限公司南京发电厂成功应用,一定程度上代替人工完成设备的巡检工作,从而减轻了值班人员的工作强度,减少运维人员投入,降低人员成本;同时巡检机器人能够提供更安全、高效、精确的巡检服务;能够实时拍摄和记录巡检过程中的各项细节,便于事后分析和问题排查,还可作为证据进行监督和监控;能够在设备发生故障时立即发出警报,有助于实时监控设备状态,及时采取措施进行维修和改进,避免事故的发生。

随着科技的不断发展,巡检机器人的功能还将不断拓展和完善,将为各行业带来更多便利和效益。

摘自《自动化博览》2023年11月刊

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