智能巡检系统在输煤廊桥中的应用研究

张 永

（国能蚌埠发电有限公司，安徽蚌埠 233000）

《国家能源集团2020年度科技创新重点研发方向指南》提出要大力开展“智能运行平台与功能模块开发；智能监测、预警与设备诊断技术”。随着国家经济的飞速发展和电力需求的日益增长，对电力生产企业提出了更高的要求。结合人工智能、大数据、物联网等新技术，推进能源企业安全、高效、智能化生产，打造智慧电厂已是刻不容缓。随着智慧电厂的逐步推广建设，输煤系统智能化作为其中必不可少的一部分也要跟上建设步伐。较主机系统复杂程度相比，燃料部分设备相对简单，实现无人化和状态检修的目标相对容易。因此，集数据采集、智能分析、智能监控、状态报警等功能于一体的智能巡检系统是智慧电厂建设中的重要发展部分。

1 输煤廊桥现状

输煤#9皮带廊桥为4台机组承载年约520万t 上煤加仓的任务，该输煤廊桥线路长，栈桥内环境质量差，巡检点多。输煤廊桥现为人工进行日常的巡检工作，在运行前、运行中都要定时、定点巡检，导致人工巡检作业劳动强度高、技术知识受限、积极性差、安全性低，不能及时发现现场，如皮带撕裂、皮带跑偏、漫煤、滚筒卡顿、撒煤堆积等问题。栈桥内现有工业电视监控范围有限，栈桥内现场状态监测要素少，难以实现对输煤栈桥全线路的状态实时、量化监测与管理，存在环境起火难预测、设备运行故障难监测、恶劣环境下的人员安全难保障的问题。

2 智能巡检系统组成

智能巡检系统融合了恶劣环境下机器人系统可靠性技术、图像/热像采集与智能分析技术、机器深度学习技术、危险预测告警技术、故障诊断与设备联动控制技术、多传感器信息融合技术等先进技术组成的监控、检测、预警、应急处理的一体化平台。实现输煤廊桥工作现场机器人自动化巡检、智能化告警、事前预防、自动纠偏、自主避障、自主定位、自动充电、可视化管理等功能。

智能巡检系统结构可分为4层，分别为感知层、通信层、管理层和执行层。感知层包括了智能巡检机器人本体、自主充电模块、撕裂检测装置、高清摄像头、测温测振模块和自动纠偏装置等搭载数据采集传感器的设备，可实现输煤廊桥视频图像、温度、气体、湿度、振动等数据的采集。通信层包括了无线通信基站、电源控制箱和各种通信线缆，可实现输煤廊桥网络全覆盖进行无障碍通信。管理层包含了工作站后台、监控中心和服务器，主要实现有数据存储、数据分析、任务编排下达和历史数据查询等。执行层包括了电动纠偏托辊组，可实现与跑偏检测联动，进行无人干涉主动纠偏。

3 智能巡检系统在输煤廊桥的应用

输煤#9皮带廊桥总长度约310m，廊桥有AB 两条皮带机，搭建一套智能巡检系统，以此来实现对输煤廊桥自主巡检、相关数据的实时监测、故障报警和应急处理等功能。当明确有异常时，可报警、记录异常点的位置并进行存储。整套智能巡检系统由智能巡检机器人、专用轨道、无线测温测振模块、视觉检测模块、自动纠偏装置、无线通信系统、充电维护平台、工作站、监控软件等组成。

3.1 智能巡检系统的布置

（1）智能巡检机器人本体及轨道布置。在输煤廊桥AB 两条皮带机上方搭建一条U 型铝合金轨道，通过吊架与输煤廊桥上方钢结构进行连接，间隔3m 布置吊架。在轨道上吊装两台智能巡检机器人，在皮带机长时间运行时可交替对皮带机进行不间断巡检作业。

（2）无线测温测振模块布置。在两条皮带机传动设备电机、减速机和滚筒两端安装定点无线测温测振模块，对设备转动部位的温度和振动进行实时监测。

（3）视觉检测模块布置。视觉检测模块包括撕裂检测装置、电子围栏和异物检测。在两条皮带机导料槽出口处分别安装一套撕裂检测装置和异物检测摄像机，进行实时皮带状态检测和异物检测。在两条皮带机沿线间隔安装枪机，进行电子围栏设置。

（4）自动纠偏装置布置。自动纠偏装置包含纠偏检测模块和皮带纠偏模块。在每条皮带机布置3套上自动纠偏装置和两套下自动纠偏装置，对皮带机进行无人主动纠偏。

（5）无线通信系统布置。在输煤廊桥沿线靠墙间隔50m 均匀布置无线通信基站和电源控制箱，对输煤廊桥进行无线通信网络覆盖。

（6）充电维护平台布置。在轨道两端各安装一套充电维护平台，对智能巡检机器人进行电量补充、机身清扫和日常检修。

（7）工作站和系统软件布置。在输煤程控室安装工作站和系统软件，方便值守人员24h 都能通过系统软件实现对输煤廊桥现场的监测。

3.2 智能巡检系统的效果

3.2.1 环境气体监测

智能巡检机器人搭载有气体检测传感器，具备实时监测环境中的CO、H2S、O2等可燃气体信息。当监测到检测值超标时，系统将自动报警。

3.2.2 环境空气温湿度检测

智能巡检机器人搭载有温湿度传感器，温湿度检测满足栈桥内全年最高温度与最高湿度的要求，温度传感器测温范围应为-40～+90 ℃，湿度测量范围应为0～99%RH。智能巡检管理系统能对输煤栈桥局部位置或全线的温湿度进行实时监测，生成温湿度变化趋势图，超限报警，还应能根据局部温湿度变化情况进行按需巡检。

3.2.3 粉尘检测

智能巡检机器人配置有合适量程的粉尘传感器，当粉尘传感器检测到粉尘浓度超过标准限值时，智能巡检管理系统能主动告警，实时监测粉尘浓度变化，收集粉尘变化大数据，辅助输煤栈桥粉尘治理管理决策，也可根据局部粉尘浓度情况进行按需巡检。

3.2.4 烟雾检测

智能巡检机器人搭载有烟雾检测传感器，能实时检测现场烟雾数值，在烟雾浓度达到限值后会主动告警，同时将现场监控视频红外测温数据发送后台，辅助后台工作人员决策，按需进行局部巡检。

3.2.5 设备温度检测

智能巡检机器人搭载有红外热像仪，对环境异常高温点、托辊轴承和物料进行温度检测判别，当被检测对象超过设定温度值时，系统自动报警。测温测振模块可以对传动设备进行温度实时监测，采集数据建立数据库，通过大数据分析温升曲线，便于后台管理人员对设备故障进行预判。

3.2.6 振动检测

测温测振模块可实现对传动设备振动实时监测，建立设备振动数据库，通过大数据分析设备振动变化曲线，便于后台管理人员对设备故障进行预判。

3.2.7 胶带跑偏检测及纠偏

跑偏检测模块通过深度相机，对皮带边缘位置进行图像采集和位置确定，将胶带边缘检测的位置和设定好的阈值进行比对，当胶带边缘的位置超出阈值时，则判断胶带跑偏。出现皮带跑偏信息，系统会自动发出动作指令给纠偏装置进行动作，通过纠偏装置将皮带纠正。

3.2.8 撒料检测

跑偏检测模块通过对皮带边缘图像采集，系统智能算法进行分析，发现边缘有物料存留，判定皮带出现撒料。

3.2.9 皮带撕裂检测

撕裂检测装置通过高速摄像机和激光发射器，采集皮带表面激光骨架线形态，出现弯折或者断开情况，对比采集到的图片信息，判断皮带是否出现撕裂或表面破损。

3.2.10 电子围栏

通过皮带机沿线布置高清摄像机，建立虚拟的电子围栏，在皮带运行时，如有非法入侵进行报警。

3.2.11 人员安全检测

通过智能巡检机器人搭载的高清摄像机和沿线布置的定点摄像机，对检测人员目标及坐标进行图像采集，并结合图像所标记皮带位置，判断人员是否靠近皮带，避免造成人身伤害事故。对巡检区域出现摔倒、被困、昏迷、打闹、快速移动、聚集等非常规行为进行分析、判断、提醒和报警。对进入现场人员是否佩戴安全防护装备进行识别。

3.2.12 双向语音通话

机器人搭载有双向语音设备，在机器人人工辅助巡检过程中，现场辅助巡检人员可直接与后台监控人员进行语音对讲，对现场情况进行沟通。当机器人巡检现场发现异常并告警，运维人员到达现场进行故障检查或检修时，能通过可见光摄像实现远程视频，专业人员能进行远程作业指导和引导。

3.2.13 自动巡检

可自主定制巡检策略，主要包括实现智能巡检机器人自主启动停止、机器人自主控制运行长度、轨迹、速度、时间，并自主生成巡检报告，为安全生产提供数据支持和设备诊断科学依据。

3.2.14 VR数据可视化管理

通过对设备状态数据进行采集、分析，使用（VR虚拟现实）技术，提供人员培训、远程巡检、运行效率分析、设备检修指导，以及故障预测诊断等数据化服务，提升设备管理能力、使用效率和智能化水平。

（1）远程巡检。通过读取设备的全部巡行数据，并可通过采集器（巡检机器人、现场传感器等系统）输入并保存，对设备缺陷的上报、检定、处理、消除进行数据采集，并由后台的管理软件自动分析和处理，生成包括巡检到位报表、设施状态和参数等数据类报表，可在无线投显设备直接调取设备数据表，对设备进行远程巡检。

（2）设备维护远程指导和数据调取。有助于远程专家指导现场服务、设备检查、维护和复杂的制造组装等工作辅助。对巡检情况记录难痛点，将巡检时的信息通过文字、图片、视频等形式存储在终端上，以便管理人员对巡检情况的掌握分析。

（3）VR 三维立体培训取代书面培训。完成对新员工皮带机功能及原理、拆装各零部件、皮带机操控、故障分析和运行安全警示等培训和考核。值班人员可以随时随地，在巡检过程中遇到难解决的问题或者阻碍时，利用智能眼镜调取相关详细巡检内容，实时解决问题，将学习场景与工作场景实现融合，打破空间和时间的限制，在三维立体互动中进行实践，加深巡检人员对错误操作的记忆，避免错误习惯的形成，提高其技能水平的同时，提高工作效率。

3.2.15 数据存储

智能巡检系统的各项巡检/监测数据应能长时间保存在后台管理系统中，方便历史数据查询与调用，存储历史不少于1a。系统具有调阅温度、振动等历史曲线功能。

3.2.16 数据分析管理

（1）智能数据展示。可以选择一次性将相关子系统的数据都展示出来，包括历史、实时的。也可以把某个监测对象的历史数据同时展示出来，以达到快速查找问题的目的。

（2）智能统计打印。可以将各种展示数据进行各种组合统计，并提供打印、直接导出到Excel 表中等功能。

（3）自动巡检记录管理：所有巡检产生的数据，系统都将自动保存下来，并形成报表，提供用户打印巡检记录或者导出到Excel 表格中，方便对巡检工作进行分析和总结。

4 智能巡检系统实施难点

智能巡检系统在安装实施过程中轨道安装难度最大。输煤廊桥现场由于是前后两期建设，整个廊道连接处高度太矮，皮带机上方安装有人行跨越梯、皮带秤和消防水管，在轨道布置设计时需要避让这部分设施。在人行跨越梯和皮带秤的地方需要设计弯轨进行避让，消防水管太矮的地方需要进行抬高改造。整体对轨道的设计和安装提出了很高的要求，需要精细化设计和施工，保障轨道的平顺，不会对智能巡检机器人行走造成阻碍。

皮带机属于重载设备，日常需要经常维护和更换一些备件。在安装撕裂检测装置、电子围栏枪机和自动跑偏纠正设备时，这类设备安装位置与皮带机距离较近，部分设备更需要直接安装在皮带机机架上。在这部分检测设施安装选位和结构设计上需要重复考虑皮带机日常维护所需的空间，在安装选位时要充分了解工作人员的意见和要求，在结构设计时需要与其进行沟通。

输煤廊桥现场环境复杂，各类设备较多，现场安装的前端信息采集设备很多。智能巡检机器人只能进行无线传输，在整个输煤廊桥中布置无线基站与机器人进行数据传输。在安装无线通信基站时必须保障整个机器人行走区域全部覆盖无线信号，要充分考虑现场空间和设备情况，合理地进行安装布置，保障智能巡检机器人无通信死角。

5 结束语

通过在#9廊道搭建智能巡检系统，对输煤廊桥进行全线路、全方位、全自主的智能化巡检管理，提高输煤系统运行的安全性。有效降低因人工巡检不全面、不量化、人员素质依赖性强引起的安全生产事故和人员安全事故风险，提升设备管理效率和生产效率，变被动维护为主动预防，提高了企业智能化水平，推动企业逐步实现少人化乃至无人化发展进程。

随着人工智能和控制技术发展，各种执行层设备的完善，智能巡检系统最终的方向是完全替代人工，实现无人值守。