石油石化企业智能巡检机器人的使用现状与对策

张晓轩

（大庆炼化公司信息中心，黑龙江 大庆 163411）

0 引言

石油石化企业主要从事石油化工方向的生产加工，其生产常常处于高温高压、易燃易爆以及有毒气体的环境当中，具有极高的危险性。同时，石油石化企业在生产过程中还会大量使用多样化、大型化和复杂化的设备，因此，石油石化企业对生产工艺的稳定性要求极高，在实际工作过程中，需要时刻确保各生产设备的稳定运行，所以设备的保养和维护工作尤为重要。

石油石化企业生产设备多且杂，并且检测流程长，使得传统人力巡检模式耗费人力资源过大，生产成本难以得到有效控制，生产效率也不符合石油行业的现代化发展需求。因此石油石化企业巡检工作逐渐向着智能化、一体化的检测方向进行探索和发展，也因此催生了智能化的检测技术。本文主要探讨智能巡检机器人的使用现状和未来发展，为石油石化企业巡检技术的进步提供参考。

1 石油石化企业巡检现状分析

目前智能巡检机器人尚未在石油石化企业当中得到广泛应用，企业主要还是采用传统的巡检方式，不过随着技术的革新和市场环境的变化，石油石化企业的巡检技术在不断进行更新换代，巡检方式也在不断变化。

1.1 巡检方式的变化

石油石化企业巡检方式的变化大体分为三个阶段：①人工巡检阶段，人工巡检的主要工作内容包括设备检查、纸质表格记录和手动维护与保养设备，工作人员将巡检结果带回相应的管理部门，由专业的技术人员判断设备是否出现故障，是否需要维修，从而保障企业的生产安全。②信息点巡检阶段，这一阶段主要是建立信息点巡检系统，对于各设备的关键部位做定时巡检，将巡检记录在数据库中，等待巡检人员的查阅，搭配人工巡检的方式，保证设备的各处细节都能够得到检查，为企业生产安全提供有力的保障。③智能巡检系统，该系统主要利用信息化巡检方式，对检测路线进行智能排序，通过后台计算帮助设计最优巡检路径。巡检路径的设计基于整体设备在拓扑网络中的距离，以及各检测数据的优先顺序，对噪声、温度、振动频率等参数进行了关联，使得整个检测系统更加全面且高效。

1.2 各类巡检方式存在的问题

1.2.1 人工巡检的问题

①巡检路线重叠。在人工巡检的过程中，由于各部门的技术特点不同，所以对设备的关注度也不同，因此，各单位人员无法确保能够统一行动，还会导致出现同一个设备经常因为被多人检测，反复开启关闭的现象，管理人员在巡视的过程中需要统计常规巡查点、关键巡查点和特护巡查点，点位的巡查频次和时间段都要精心设计，才能保证巡检路线尽可能地精简，这样就会耗费大量人工成本。②巡检内容流于形式。人工巡检的另一大问题就是因为设备存在复杂性高且数量大的特性，极易导致巡检的任务过重，内容过多，巡检过程中还需要在确保各类记录数据精准的前提下，记录各项内容，此过程极易出现人为失误，进而影响企业生产安全，久而久之，巡检人员为了减少记录错误的出现，巡检工作往往只做表面工作，更加影响了生产安全。

1.2.2 信息点巡检系统的问题

信息点巡检系统能够定期检测企业设备关键节点的工作情况，在一定程度上解决了人工巡检不到位和工作流于表面的情况，但是受技术特点限制，巡检的质量无法得到有效改善，因为信息点巡检的方式忽略了人工巡检过程中“听、摸、看、闻”的工作，只能通过收集设备节点的数据来判断，使得这种巡检方式的误差率也较高［1］。

1.2.3 智能巡检系统的问题

智能巡检系统是一种建立在信息点巡检系统基础上的智能化巡检方式，结合各类传感器的智能化控制优势，同时具备了人工巡检和信息点巡检的优点，并且能够解决人工巡检和信息点巡检系统运行存在的问题。但是智能巡检系统也存在一定的缺陷，当智能巡检系统发现设备出现故障时，依然要依靠技术人员来做维修和保养，工作人员的安全性依然很难得到有效保障，因此，如何有效降低巡检方式危险性就成为当前智能巡检系统建设所关注的重要课题。

2 石油石化企业智能巡检机器人的使用现状

智能巡检机器人是石油石化企业在巡检工作中发展的一种集多种优点于一身的巡检技术，它不但能够展开“听、摸、看、闻”工作，也能够将多个部门的检测工作集于一身，还能够自行设计巡检路线，最重要的是能够在一些保养和维修工作上替代人力，真正实现了精准、高效、可靠和安全的巡检。目前只有少数石油石化企业使用了智能巡检机器人。

2.1 电力巡检机器人

石油石化企业的生产工艺复杂，对电力的需求是非常高的，因此电力设备的顺利工作是保障企业生产的基础。目前我国主要推广电力巡检机器人的使用，对企业工厂中的配电站、用电室做定期的检测，巡检机器人可以无视天气的影响，也能够帮助无人值班或少人值班的配电站完成定期的巡检任务，在石油石化企业的人力成本控制、用电安全、生产稳定性等方面发挥积极的作用。

2.2 油气巡检机器人

油气巡检机器人主要应用在检测易燃易爆有毒有害的物质方面，巡检任务难度较大。目前美国的国家机器人工程中心研发了一台适用于油气行业环境的机器人，该机器人有较高的防护能力，能够在危险环境中连续工作6 个月以上不需检修。油气巡检机器人的主要工作是检测石油管道、阀门、泵和油气设备的仪表（包含了温度、压力、振动频率等数据），但是因为技术原因，该机器人并未达到完全智能化，现在仍然是半自动化控制。

2.3 石油石化设备巡检机器人

石油石化设备巡检机器人是目前最为先进的机器人，将多种传感器、摄像头、报警器集于一体，能够实时检测工厂设备的温度、压力和有毒气体的存在情况，也能够对石油石化设备的阀门、仪器仪表、管道进行检查。为了方便机器人的行动，工厂道路上和设备旁创设了一条带有磁条的检查路线，以便于巡检机器人沿着磁条线路前进，并且按照自身设计的巡检线路进行导航。

3 石油石化企业智能巡检机器人的未来发展

从目前石油石化企业智能巡检机器人的使用情况来看，机器人需要克服多种使用困难，并且提供多种检测功能，才能保证优于其他的传统巡检方式，才能够最大限度减少企业成本，减少人身伤害风险。

未来石油石化企业智能巡检机器人的发展方向是具备自动或半自动移动能力，对设备的各项数据检测有很高的敏感性，智能识别设备数据情况，将检测结果实时传到后台，加强自身的防护能力。按照以上要求设计出来的智能巡检机器人的组成模块如图1 所示。

图1 智能巡检机器人组成模块

3.1 自主导航控制

自主导航控制模块是智能巡检机器人的构成基础，为了保证机器人能够代替人工巡检，自主移动技术的解决尤为关键。自主导航控制不同于无人驾驶汽车，虽然二者都是自己移动，但是无人驾驶汽车的路况检测更为烦琐，所以很难实现，而机器人的移动环境更加简单，所以目前有可供参考的解决方案：自主导航控制模块可以利用地图识别做定位，利用激光雷达做距离判断，利用移动平台和路径规划做自主移动，最后利用伺服系统来控制机器人的启动停止加减速和转向［2］。机器人还配备了机械臂等辅助器件，当其移动到不规则的设备旁时，可以利用机械臂的伸展来达到巡检的目的，机械臂扩大了机器人的巡检空间，使得机器人可以在移动的过程中存在一定范围内的位置误差，在一定程度上降低了实现精准移动的难度。

3.2 高性能检测传感

高性能检测传感模块是智能巡检机器人实现数据收集的基础，智能巡检机器人需要同时收集设备的温度情况、压力情况、有毒气体泄露情况和工作振动情况，因此自身需要携带红外摄像头、可视摄像头、噪声传感器、振动传感器、硫化氢监测器、超声检测器等设备，为了实现机器人的夜间工作，还需要装备夜视系统。随着石油石化企业对机器人使用的熟练度增加，技术人员可以根据实际需要增加或减少机器人的传感器配置，减少机器人的负荷，让机器人更加高效精准地工作。

3.3 智能识别

智能识别模块是智能巡检机器人的大脑，上一步通过各种传感器传递过来的数据需要通过智能识别模块来做进一步的甄别，每个数据都有独自的子识别模块，方便机器人能够实时诊断设备的运行状态。泄露识别主要用于分辨气体和液体的泄漏情况，气体识别可以通过高光谱红外识别热像仪来判断，不但能够测出气体的浓度，还能够准确定位泄漏位置；液体识别则可以根据地面上液体的颜色、流速、泄漏面积等因素综合判断，再通过大数据的计算得出泄漏情况。温度识别、阀门状态、数字仪表等子识别模块的实现更为简单，只需在程序中输入各个预设数据，再相比较即可。语音识别则是可以结合人工智能自然语言处理技术，利用神经网络帮助机器人更好地理解后台工作人员传达的语音指令，从而提高机器人的工作适应性［3］。

3.4 实时通信

实时通信模块是智能巡检机器人与后台控制室的交互媒介，在特殊巡检情况下，智能机器人需要配合技术人员一同做巡检工作，为了减少人身伤害的风险，技术人员可以坐在后台控制室内，利用实时通信模块与机器人交互。实际工作中，技术人员可以利用GPS 定位来判断与自己交互的机器人位置，利用5G 网络加快信息传输速度，通过云平台的高效计算，实时响应数据结论，为技术人员的判断提供参考，帮助其第一时间操控机器人做巡检工作。

3.5 自身防护

自身安全防护是智能巡检机器人顺利工作的保障，石油石化企业的生产环境是非常危险的：从空中来看，气体中充斥着大量的粉尘，很容易附着于机器人的表面，影响传感器的工作，也有可能造成金属腐蚀；从地面上看，工厂设备大小不一，摆放位置也很难规律，地面也有可能存在路槛，使得机器人出现碰撞、跌倒的情况；从设备自身来看，当出现高压爆炸、液体泄漏的情况时，机器人也会受到相应的冲击和腐蚀。所以自身安全防护对于机器人的设计非常关键，机器人要能够防爆、防撞、防水、防尘，在行动的过程中也要能够智能判断是否要急停、避让、转向、防跌，必要时可以及时报警来减少企业的损失。

4 石油石化企业智能巡检机器人应用的技术难点

智能巡检机器人应用在石油石化企业的优点繁多，但是想要真正实现所有的功能仍然面临着一些技术问题：首先是场地问题，一些大型企业的工厂布置不仅限于地面，还有一些设备存放在空间位置，人工巡检可以通过攀爬扶梯、经过悬空走廊到达巡检位置，但是机器人很难做到；其次是由于石油石化企业占地面积大，导致网络覆盖强度不高，机器人在巡检的过程中很有可能受到不明电磁信号的干扰，或是网络信号被屏蔽，导致工作无法顺利进行；最后是液体泄漏的识别问题，现有的技术无法实现识别大多数液体，因为大数据需要根据液体的颜色、流速、渗漏面积等综合数据才能完成识别工作，准确率无法达到百分之百，更复杂的是现场设备出现泄漏时，液体的影像往往会受到环境光线、地面倾斜角度等因素影响，导致人工智能识别液体的难度急剧上升。

5 结语

智能巡检机器人的研发应用是石油石化企业未来实现高质量发展的关键所在。智能巡检机器人在代替人工进行巡检工作方面具有较为明显的优势，可以有效降低巡检人员的劳动强度和安全风险，极大程度上保证了石油石化企业的安全生产，同时实现人力资源管理成本的有效控制；智能巡检机器人可以通过应用自身装配的多种智能传感器实现原本多人合作才能完成的巡检任务，还能够切实提升巡检工作的质量与效率，同时确保检测精度不低于人工巡检模式。随着科学技术的不断发展，云计算、大数据、人工智能技术的广泛应用，能够有效帮助智能巡检机器人不断完善巡检功能，进而实现巡检工作的革命性变化。