油田智能巡檢機(jī)器人及其應(yīng)用問(wèn)題與解決方案

油田智能巡檢機(jī)器人及其應(yīng)用問(wèn)題與解決方案秦真;王謙;張宇寧;羅紅文【期刊名稱】《《電子世界》》【年(卷)，期】2019(000)015【總頁(yè)數(shù)】2頁(yè)(P149-150)【作者】秦真;王謙;張宇寧;羅紅文【作者單位】重慶智尚嘉恩科技有限公司;西南石油大學(xué)【正文語(yǔ)種】中文當(dāng)今社會(huì)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)日益提升，各個(gè)行業(yè)對(duì)石油能源的需求逐漸增多，全社會(huì)朝著智能化、信息化、數(shù)字化時(shí)代發(fā)展，油田行業(yè)也在逐步向智能化、信息化、數(shù)字化的方向發(fā)展，與此同時(shí)，對(duì)我國(guó)石油資源開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和穩(wěn)定性都提出了更高的要求。尤其是構(gòu)成石油系統(tǒng)的采油設(shè)備，其工作穩(wěn)定性和安全性，對(duì)石油生產(chǎn)系統(tǒng)具有重要意義。隨著國(guó)家的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)石油的需求日益攀升，為了滿足巨大石油需求，我國(guó)每年都會(huì)有大量的新建或擴(kuò)建油田投入生產(chǎn)，并逐步建設(shè)為高產(chǎn)能油田。為了保證油田的持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，油田巡檢是必不可少的。目前，油田巡檢主要還是采用傳統(tǒng)的人工巡檢方式去實(shí)現(xiàn)，但巡檢的效果往往受工作人員業(yè)務(wù)能力、經(jīng)驗(yàn)、工作環(huán)境等影響較大［1-3］。而且，油田通常地域遼闊、設(shè)備眾多，油田巡檢往往會(huì)面臨人少設(shè)備多的客觀因素，極大地制約了巡檢有效性。采用傳統(tǒng)的巡檢方式，難以滿足石油開(kāi)發(fā)可持續(xù)發(fā)展的要求，因此，非常有必要將智能機(jī)器人引入到油田生產(chǎn)巡檢工作中來(lái)。智能機(jī)器人作為一種新的巡檢手段，在諸多行業(yè)已有應(yīng)用，不僅避免了因人為主觀因素導(dǎo)致的無(wú)效巡檢，還提高了油田生產(chǎn)巡檢效率和可靠性，智能機(jī)器人不僅能夠代替人工完成常規(guī)巡檢，甚至能夠完成許多人工無(wú)法或難以完成的任務(wù)。由此可見(jiàn)，智能機(jī)器人在油田巡檢中有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，智能機(jī)器人在油田現(xiàn)場(chǎng)巡檢過(guò)程中，仍面臨著一些技術(shù)難題。因此，本文基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)智能機(jī)器人巡檢油田現(xiàn)場(chǎng)因公存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出對(duì)應(yīng)的解決方案。油田用智能巡檢機(jī)器人油田智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)有三大核心：基站端、通訊端和終端。基站端類似于監(jiān)控后臺(tái)，主要包括由服務(wù)器、控制系統(tǒng)、分析軟件等設(shè)備和軟件，并通過(guò)視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用接收和處理智能機(jī)器人巡檢產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；通過(guò)集成模式識(shí)別和處理圖像，完成對(duì)表計(jì)、設(shè)備異常和缺陷數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別，并進(jìn)行分析以及時(shí)預(yù)警；通訊端通常則主要由交換機(jī)、無(wú)線組網(wǎng)等構(gòu)成，主要實(shí)現(xiàn)基站端和終端的網(wǎng)絡(luò)連接；而終端主要包括智能充電房、巡檢點(diǎn)以及智能巡檢機(jī)器人。智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)的聲音采集、開(kāi)關(guān)指示燈及表計(jì)設(shè)備的圖像識(shí)別，得到圖像數(shù)據(jù)，以及對(duì)油田內(nèi)一次設(shè)備進(jìn)行紅外［7］測(cè)溫等功能。通過(guò)智能巡檢機(jī)器人巡檢采集的各類數(shù)據(jù)，采用圖像分析與處理，為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員提供全方位的數(shù)據(jù)支持。如圖1所示即為油田智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D。圖1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D圖2油田常用壓力表圖3發(fā)動(dòng)機(jī)紅外測(cè)溫圖像油田智能巡檢機(jī)器人功能設(shè)計(jì)2.1數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)智能巡檢機(jī)器人可以通過(guò)高清攝像頭、紅外測(cè)溫儀、聲音采集器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)油田表計(jì)、開(kāi)關(guān)指示燈和一次設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)。2.1.1可見(jiàn)光日常巡檢在油田巡檢工作中，根據(jù)巡檢目的，可提前設(shè)計(jì)巡檢路線或根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整巡檢路線，采用智能巡檢機(jī)器人搭載的高清可見(jiàn)光攝像頭，對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)的表計(jì)、開(kāi)關(guān)指示燈各一次設(shè)備等進(jìn)行定點(diǎn)拍照，如圖2所示，可滿足常規(guī)的巡檢設(shè)備要求。2.1.2紅外熱成像儀智能巡檢機(jī)器人搭載的紅外熱像儀，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到抽油機(jī)、油液管道、用電設(shè)備及各連接頭、開(kāi)關(guān)觸頭等設(shè)備溫度值，隨機(jī)自動(dòng)生成紅外測(cè)溫圖像，并將其傳輸、儲(chǔ)存于本地監(jiān)控后臺(tái)機(jī)，如下圖所示即為發(fā)動(dòng)機(jī)的紅外測(cè)溫實(shí)例圖。2.1.3聲音采集功能油田智能巡檢機(jī)器人可以對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作聲音頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，同時(shí)還可對(duì)設(shè)備工作狀況進(jìn)行錄音。以及支撐遠(yuǎn)程指導(dǎo)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)專家與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員的互動(dòng)。2.1.4設(shè)備特定巡檢任務(wù)在極端天氣情況下（如：雷電、暴風(fēng)暴雨等），或者設(shè)備周圍存在安全隱患時(shí)，在特殊工況下，無(wú)法采用人工常規(guī)巡檢，運(yùn)維人員可通過(guò)在后臺(tái)服務(wù)器上制定特殊的巡檢任務(wù)，利用智能機(jī)器人完成對(duì)一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的特殊巡檢任務(wù)。2.2數(shù)據(jù)應(yīng)用及分析應(yīng)用智能巡檢機(jī)器人巡檢所采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可支撐油田運(yùn)維人員數(shù)據(jù)查詢、實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷，異常告警信息、自動(dòng)形成巡檢報(bào)告等功能，如圖4所示。圖4接頭溫度變化曲線圖5重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備溫度變化曲線2.3關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)視油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，存在眾多的高精尖設(shè)備，甚至有些設(shè)備直接決定了油田生產(chǎn)運(yùn)行的〃生死”，針對(duì)這些關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，必須實(shí)時(shí)監(jiān)視，因此，還需要添加重點(diǎn)關(guān)注的監(jiān)視設(shè)備，巡檢系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示關(guān)鍵設(shè)備的工作狀態(tài)巡檢數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析圖像，如下圖所示即為關(guān)注設(shè)備的溫度變化曲線實(shí)例。2.4告警提示智能巡檢機(jī)器人在進(jìn)行巡檢任務(wù)過(guò)程中，通過(guò)紅外熱成像儀，如設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)問(wèn)題異常，針對(duì)如溫升、超溫、儀表越限等不同的警情，實(shí)時(shí)發(fā)出警報(bào)，且服務(wù)器端會(huì)根據(jù)不同警情，發(fā)出不同聲音及頻率的警報(bào)。油田維護(hù)人員根據(jù)報(bào)警聲類型，有針對(duì)性地對(duì)設(shè)備進(jìn)行安全檢查并及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，提高工作效率。2.5巡檢分析報(bào)告一次巡檢任務(wù)結(jié)束后，后臺(tái)服務(wù)端會(huì)通過(guò)對(duì)所巡檢的設(shè)備，巡檢的時(shí)間進(jìn)行分類匯總，并加以分析，自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備巡檢報(bào)告，提供給油田運(yùn)維人員查閱。油田智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用存在的問(wèn)題分析及解決方案某油田采購(gòu)了1臺(tái)智能巡檢機(jī)器人包括后臺(tái)系統(tǒng)，包括智能充電室。該機(jī)器人巡檢系統(tǒng)將該油田按設(shè)備類型分為3個(gè)巡檢區(qū)和12個(gè)巡檢任務(wù)進(jìn)行巡檢。12個(gè)巡檢任務(wù)都支持計(jì)劃巡檢和手動(dòng)巡檢兩種模式。一次巡檢任務(wù)結(jié)束后，巡檢機(jī)器人自動(dòng)返回充電室。若巡檢機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)途中收到服務(wù)端下發(fā)的緊急任務(wù)信息，機(jī)器人將暫停當(dāng)前的巡檢任務(wù)，根據(jù)新的指令，執(zhí)行緊急巡檢任務(wù)，并根據(jù)當(dāng)前位置，自動(dòng)規(guī)劃最佳路線，對(duì)特殊任務(wù)中指示的巡檢點(diǎn)，進(jìn)行特殊巡檢任務(wù)。在本次應(yīng)用中，基于合理的智能巡檢任務(wù)，巡檢效果很好。但是對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)巡檢結(jié)果進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)智能巡檢機(jī)器人在巡檢油田過(guò)程中仍存在一些需要解決的問(wèn)題，本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存在問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案。3.1無(wú)法對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行巡檢目前已投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的大多數(shù)智能巡檢機(jī)器人都能完成對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)的一次設(shè)備的巡檢，但油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)二次設(shè)備多位于封閉的監(jiān)控室內(nèi)，智能巡檢機(jī)器人無(wú)法巡檢到二次設(shè)備的運(yùn)行情況，不能有效地對(duì)此類設(shè)備開(kāi)展巡檢任務(wù)。但是，油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的二次設(shè)備對(duì)油田的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。為了保障油田安全、持續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，充分發(fā)揮職能巡檢機(jī)器人的自主判斷，對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)二次設(shè)備完成巡檢是非常必要的。因此，針對(duì)該問(wèn)題，提出了如下解決方案：（1） 對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控室的巡檢通道門(mén)進(jìn)行改造，如采用自動(dòng)卷閘門(mén)等，當(dāng)有巡檢任務(wù)時(shí)，通過(guò)信號(hào)傳輸，巡檢通道門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，當(dāng)巡檢機(jī)器人通過(guò)后，巡檢通道門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。（2） 對(duì)于新開(kāi)發(fā)的油田區(qū)塊，在巡檢規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，可將充電室和監(jiān)控室分配在同一環(huán)境，優(yōu)化設(shè)計(jì)巡檢路線，可有效解決監(jiān)控室內(nèi)二次設(shè)備的巡檢問(wèn)題。3.2油田儀表安裝不合理引起的巡檢數(shù)據(jù)誤差油田智能巡檢機(jī)器人通過(guò)自身搭載的高清攝像頭對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力及電壓電流等表計(jì)進(jìn)行定點(diǎn)拍攝，通過(guò)圖像識(shí)別進(jìn)行讀數(shù)，但是在現(xiàn)場(chǎng)引用中也存在一些問(wèn)題。例如，若溫度、壓力表等安裝位置過(guò)高，當(dāng)巡檢機(jī)器人進(jìn)行定點(diǎn)拍攝時(shí)，攝像頭對(duì)表計(jì)有著較高的仰角度，攝像頭往往難以識(shí)別表計(jì)指針，無(wú)法準(zhǔn)確讀數(shù)。又如，表計(jì)安裝偏轉(zhuǎn)角度過(guò)大時(shí)，巡檢機(jī)器人定點(diǎn)拍攝時(shí)，根本無(wú)法拍攝表盤(pán)正面，不能完成巡檢數(shù)據(jù)采集。針對(duì)這類問(wèn)題，可有如下解決方案：當(dāng)表計(jì)或設(shè)備安裝、設(shè)計(jì)存在缺陷時(shí)，根據(jù)設(shè)備位置和巡檢機(jī)器人搭載攝像頭的高度和可偏轉(zhuǎn)角度，在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b反光鏡，將不合理的表計(jì)表盤(pán)反射到反光鏡上，智能巡檢機(jī)器人可拍攝反光鏡上的表盤(pán)，以識(shí)別表計(jì)數(shù)據(jù)，并且也兼顧人工觀測(cè)和巡檢機(jī)器人觀測(cè)兩種巡檢方式。結(jié)語(yǔ)油田智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)