智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在電廠煤倉間智能化改造的應(yīng)用

1、智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在電廠煤倉間智能化改造的應(yīng)用摘要：近年來，信息技術(shù)和人工智能蓬勃發(fā)展，集自主巡檢、智能監(jiān)控、數(shù) 據(jù)智能采集分析、狀態(tài)報(bào)警等功能于一體的無人巡檢智能巡檢系統(tǒng)在電力、大型 廠礦、石油化工、冶金、港口、安監(jiān)等領(lǐng)域多有應(yīng)用。針對目前煤倉間日常巡視 檢測主要的人工巡檢方式存在一客觀問題，研究了一種軌道式智能巡檢機(jī)器人， 在煤倉間智能化發(fā)展中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)研究。關(guān)鍵詞：智能巡檢；機(jī)器人；煤倉間；電廠；應(yīng)用。我國“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動實(shí)施方案和新一代人工智能發(fā)展 規(guī)劃中均提出要“推進(jìn)重點(diǎn)領(lǐng)域智能產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用和試點(diǎn)示范，推動人工智能 規(guī)?；瘧?yīng)用”。國家能源集團(tuán)2020年度科技創(chuàng)新重點(diǎn)研

2、發(fā)方向指南提出要 大力開展“智能運(yùn)行平臺與功能模塊開發(fā)；智能監(jiān)測、預(yù)警與設(shè)備診斷技術(shù)”。 近年來，信息技術(shù)和人工智能蓬勃發(fā)展。信息技術(shù)和人工智能技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物， 集自主巡檢、智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)智能采集分析、狀態(tài)報(bào)警等功能于一體的無人巡檢 智能巡檢系統(tǒng)在電力、大型廠礦、石油化工、冶金、港口、安監(jiān)等領(lǐng)域多有應(yīng)用。一、目前煤倉間實(shí)際現(xiàn)狀皮帶機(jī)作為運(yùn)輸?shù)闹髁υO(shè)備，因其自動化、專業(yè)化程度較高和連續(xù)化、大運(yùn) 量的作業(yè)方式，在運(yùn)輸過程中發(fā)揮了極其重要的作用煤倉間皮帶機(jī)上方設(shè)備眾多， 運(yùn)行情況復(fù)雜，從人員安全角度及巡檢發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)性考慮，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，工 作人員盡量少進(jìn)入皮帶機(jī)運(yùn)行區(qū)域進(jìn)行巡檢。目前日常巡視檢測工

3、作主要由人工 巡檢完成，人工巡檢方式存在一客觀問題：巡檢的環(huán)境較差，基本都是高溫、噪 音、煤塵下工作，且工作通道狹窄、地形復(fù)雜，導(dǎo)致人工巡檢作業(yè)勞動強(qiáng)度高、 積極性差、安全性低。巡檢人員技術(shù)水平有限，依賴于工人的主觀判斷，可靠性 差，并存在經(jīng)驗(yàn)判斷處理偏差。廊道內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)電視監(jiān)控范圍有限，廊道內(nèi)現(xiàn)場 狀態(tài)監(jiān)測要素少，難以實(shí)現(xiàn)廊道全線路的狀態(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二、智能巡檢機(jī)器人的概述智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為帶式輸送機(jī)巡 檢和值守提供一套智能、高效、安全的解決方案。智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)主要有五

4、個(gè)方面的功能：環(huán)境監(jiān)測功能、設(shè)備管理檢測 功能、輸送機(jī)生產(chǎn)監(jiān)測功能、人員安全管理監(jiān)測功能和智能化輔助功能。由前端 各種數(shù)據(jù)采集傳感器和設(shè)備進(jìn)行全方位數(shù)據(jù)采集，通過無線通訊與基站數(shù)據(jù)傳輸， 再經(jīng)過光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)工作站。工作站配套研發(fā)的軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行 儲存和計(jì)算分析，對計(jì)算分析出現(xiàn)的異常信息進(jìn)行立即報(bào)警和提示，讓問題得到 及時(shí)處理和解決。通過運(yùn)行數(shù)據(jù)的不斷積累，經(jīng)過大數(shù)據(jù)處理智能巡檢機(jī)器人系 統(tǒng)可以自主學(xué)習(xí)，針對高風(fēng)險(xiǎn)問題自主進(jìn)行特別關(guān)注，而且大數(shù)據(jù)分析可以建立 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)趨勢圖，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障的提前預(yù)警，提升設(shè)備使用效率和生產(chǎn)效 率。三、智能巡檢機(jī)器人在煤倉間智能化中的實(shí)際應(yīng)用1智

5、能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)安裝方式和組成1.1智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的組成無人值守智能巡檢系統(tǒng)由智能巡檢機(jī)器人、無線測溫測振模塊、視覺檢測模 塊、無線通訊模塊、充電維護(hù)平臺、專用軌道、上位機(jī)工作站、系統(tǒng)軟件及其他 相關(guān)設(shè)備組成。其中智能巡檢機(jī)器人、無線測溫測振模塊、視覺檢測模塊負(fù)責(zé)前 段各種數(shù)據(jù)的采集；無線通訊模塊、充電維護(hù)平臺、專用軌道保證系統(tǒng)的硬件運(yùn) 轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)的傳輸；上位機(jī)工作站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲和人機(jī)交互；系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù) 的計(jì)算分析和反饋。1.2智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的安裝方式電廠煤倉間現(xiàn)場情況復(fù)雜，整個(gè)空間共有三條皮帶機(jī)，皮帶機(jī)上方安裝有很 多犁煤器，兩頭有驅(qū)動設(shè)備和落料管，只能采用軌道式智能巡檢機(jī)器人系

6、統(tǒng)來應(yīng) 對復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境。在每條皮帶機(jī)正上方搭載門架鋪設(shè)一條軌道，三條軌道用彎 軌連接成一條軌道。智能巡檢機(jī)器人在軌道上進(jìn)行來回行走，對整個(gè)煤倉間區(qū)域 進(jìn)行覆蓋式巡檢。無線測溫測振模塊安裝在傳動設(shè)備相應(yīng)位置，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè) 備溫度和振動情況。視覺采集系統(tǒng)安裝在皮帶機(jī)相應(yīng)位置，對皮帶機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn) 行實(shí)時(shí)采集。充電維護(hù)平臺安裝在軌道的一端，對智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行充電、保 護(hù)和清洗。上位機(jī)工作站安裝在輸煤程控室，方便管理人員進(jìn)行查看數(shù)據(jù)和報(bào)警 信息。2智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的功能2.1環(huán)境監(jiān)測功能智能巡檢機(jī)器人自身攜帶的環(huán)境監(jiān)測模塊，集成搭載的環(huán)境監(jiān)測傳感器，具 備監(jiān)測環(huán)境中的CO、HS、O2、可燃?xì)怏w、

7、溫度、濕度、粉塵等環(huán)境信息。智能巡 檢機(jī)器人實(shí)時(shí)采集的環(huán)境信息及時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，為操控人員提供現(xiàn)場環(huán)境信 息，當(dāng)監(jiān)測到有害氣體超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警，以提示運(yùn)維人員及時(shí)處理。2.2設(shè)備管理監(jiān)測功能2.2.1溫度檢測智能巡檢機(jī)器人自身搭載的紅外熱像儀對滾筒及托輥軸承進(jìn)行溫度檢測判別， 當(dāng)被檢測設(shè)備超過設(shè)定溫度值時(shí)，機(jī)器人能夠自動報(bào)警。建立數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù) 據(jù)分析溫度時(shí)間段內(nèi)的變化曲線，對故障進(jìn)行預(yù)判。2.2.2重點(diǎn)部位振動檢測無線測溫測振模塊可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備重點(diǎn)部位的溫升及振動實(shí)時(shí)監(jiān)測功能。皮帶 機(jī)、管帶機(jī)重要滾筒及托輥軸承溫度、振動檢測。判斷滾筒、托輥是否需要進(jìn)行 更換。建立數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分

8、析溫度時(shí)間段內(nèi)的變化曲線，對故障進(jìn)行預(yù)判。2.3輸送機(jī)生產(chǎn)監(jiān)測2.3.1物料溫度檢測智能巡檢機(jī)器人通過設(shè)置，對皮帶物料區(qū)域進(jìn)行劃線標(biāo)注和卡位保存，當(dāng)機(jī) 器人運(yùn)行到卡位后，熱像儀會自動對該區(qū)域所標(biāo)注的物料進(jìn)行溫度的檢測。2.3.2膠帶跑偏實(shí)時(shí)檢測首先，對采集的視頻圖像提取有效區(qū)域圖像，通過使用灰度處理、Canny邊 緣檢測、霍夫直線檢測等圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)膠帶邊緣的檢測，將膠帶邊緣檢測 的位置和設(shè)定好的閾值進(jìn)行比對，當(dāng)膠帶邊緣的位置超出閾值時(shí)，則判斷膠帶跑 偏。2.3.3撒料檢測視覺檢測系統(tǒng)在皮帶邊緣安置固定攝像頭并在皮帶運(yùn)行垂直方向打一束激光， 通過邊緣檢測獲取皮帶邊緣，并在皮帶一側(cè)獲取固定像

9、素視頻圖像，通過圖像處 理得到圖像內(nèi)激光線的骨架圖，當(dāng)皮帶邊緣沒有物體遮擋時(shí)，骨架線將呈直線； 若皮帶邊緣出現(xiàn)煤礦遮擋，則骨架線會變曲折或折斷。通過分析骨架線是否落在 一條直線上，判定是否出現(xiàn)撒料現(xiàn)象。2.4人員安全管理監(jiān)測功能2.4.1人員行為識別人員動態(tài)監(jiān)測采用25倍星光級光學(xué)變焦鏡頭，360度無死角轉(zhuǎn)動。智能巡檢 機(jī)器人采集的現(xiàn)場視頻圖像，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)人員檢測。通過檢測人員目標(biāo)及坐標(biāo)， 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。 可對巡檢區(qū)域出現(xiàn)摔倒、被困、昏迷、打鬧、快速移動、聚集等非常規(guī)行為進(jìn)行 分析、判斷、提醒和報(bào)警。對現(xiàn)場人員違規(guī)操作、違規(guī)接觸設(shè)備進(jìn)行

10、分析、判斷、 提醒和報(bào)警。2.4.2人員工裝識別對進(jìn)入現(xiàn)場人員是否佩戴安全帽進(jìn)行識別；對巡檢區(qū)域的人員是否佩戴口罩、 手套、護(hù)目鏡等其他規(guī)定的工裝進(jìn)行識別；對現(xiàn)場操作、維護(hù)人員是否放置安全 標(biāo)志物進(jìn)行識別。2.5.智能輔助巡檢功能2.5.1故障自檢功能輸煤棧橋內(nèi)巡檢機(jī)器人在巡檢工作任務(wù)執(zhí)行前進(jìn)行自檢，自檢通信、動力、 電源等功能，確保機(jī)器人各項(xiàng)功能特征正常，并向后臺反饋各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。2.5.2自動巡檢與自主學(xué)習(xí)功能中控系統(tǒng)是搭載智能巡檢機(jī)器人監(jiān)控軟件系統(tǒng)，可自主定制巡檢策略：主要 包括實(shí)現(xiàn)智能巡檢機(jī)器人自主啟動停止、機(jī)器人自主控制運(yùn)行長度、軌跡、速度、 時(shí)間，通過智能學(xué)習(xí)，對容易出現(xiàn)環(huán)境超標(biāo)的

11、重點(diǎn)區(qū)域及常見的設(shè)備故障點(diǎn)（如 溫度升高、設(shè)備異響等）進(jìn)行重點(diǎn)巡視及駐點(diǎn)觀察，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)。2.5.3雙向語音&人機(jī)交互智能巡檢機(jī)器人的雙向語音功能指的是對講和廣播功能。對講是指站內(nèi)工作 人員能夠在巡檢機(jī)器人管理后臺和機(jī)器人之間進(jìn)行對講，本功能的實(shí)現(xiàn)是通過開 啟巡檢機(jī)器人管理后臺的語音對講，同時(shí)前方工作人員需打開機(jī)器人的語音按鈕。 廣播則可用于管理后臺對現(xiàn)場工作遠(yuǎn)程指揮或緊急情況下要求快速撤離等。2.5.4自動充電功能巡檢機(jī)器人在電量低于設(shè)定閾值后實(shí)現(xiàn)自主回巢充電，避免在巡檢過程中突 然斷電，避免現(xiàn)場巡檢盲區(qū)的出現(xiàn)。巡檢機(jī)器人利用編碼器與RFI

12、D配合實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位功能，定位精度可達(dá)2cm。為機(jī)器人巡檢提供精確位置標(biāo)識，及快速定位問題點(diǎn)位置，方便維修人員快速到 達(dá)問題位置并解決問題。2.5.6軌道清掃由于輸煤廊道內(nèi)粉塵濃度高，且存在落料煤塊滯留于軌道上，可能影響巡檢 機(jī)器人的正常通行；機(jī)器人配備了超高分子聚乙烯毛刷頭，具有耐磨，使用周期 長的特點(diǎn)，并且對軌道表面無二次傷害。2.5.8自動和手動雙模式機(jī)器人可以在自動和手動兩種工作模式自由切換，手動模式級別高于自動模 式，手動控制功能可實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人車體移動、駐車觀測等動作。四、智能巡檢機(jī)器人在實(shí)施過程中的注意要點(diǎn)智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在安裝實(shí)施過程中信息采集端和良好的信息通訊非常關(guān) 鍵，信息采

13、集端是測溫測振傳感器、越界攝像頭和跑偏攝像頭的安裝難度最大。 測溫測振傳感器需要安裝在振動最強(qiáng)烈的地方，電機(jī)振動主要原因是因?yàn)殡姍C(jī)底 座不平導(dǎo)致電機(jī)出軸與耦合器不對中，在設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)很難判斷最強(qiáng)烈的振動點(diǎn)， 因此我們要經(jīng)過多次擺放振動傳感器位置最終確定安裝位置，在電機(jī)的出軸及減 速機(jī)非驅(qū)動軸的對面，保障采集數(shù)據(jù)真實(shí)反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)。安裝還需要進(jìn)行焊接， 焊接過程要對皮帶的電機(jī)、減速機(jī)進(jìn)行停電，避免焊接過程損壞電機(jī)、減速機(jī)。越界攝像頭及跑偏攝像頭安裝：攝像頭采用POE供電，從帶速跑偏控制箱到 攝像頭走1路網(wǎng)線，網(wǎng)線在進(jìn)出設(shè)備及控制箱時(shí)要做好軟管防護(hù)，在跨越皮帶機(jī) 時(shí)要做好鍍鋅管防護(hù)。安裝位置的選擇是基于皮帶上有多個(gè)犁煤器裝置，考慮犁 煤器在反復(fù)擠壓皮帶過程中是否出現(xiàn)變形等情況。我們選擇在皮帶機(jī)中間部位， 左右側(cè)各安裝一個(gè)跑偏攝像頭，能夠更加精準(zhǔn)的捕捉皮帶機(jī)的跑偏狀態(tài)。由于信息采集端很多，智能巡檢機(jī)器人又不方便進(jìn)行有限傳輸，在整個(gè)系統(tǒng) 中采用無線基站也智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行數(shù)據(jù)傳統(tǒng)，所以基站安裝必須沒有信號死 角，要根據(jù)現(xiàn)場空間和設(shè)備位置，避開強(qiáng)磁干擾，合理安排安裝點(diǎn)，預(yù)設(shè)點(diǎn)選好后要用智能巡檢機(jī)器人反復(fù)測試，確保無線信號均勻分布，保障智能巡檢機(jī)器人 在儲煤間內(nèi)巡檢過程通訊流暢。結(jié)束語：通過在廊道搭建智能巡檢管理系統(tǒng)，對廊道進(jìn)行全線路、全方位、 全自主的智能化巡檢管理，實(shí)現(xiàn)無人