淺談智慧煤場運行的開發與應用

馬建勇

淺談智慧煤場運行的開發與應用

馬建勇

（浙江浙能紹興濱海熱電有限責任公司，浙江 紹興 312073）

火力發電廠（包括熱電聯產）以燃煤作為主要的能源材料，智能化的燃煤運輸、管理及輸煤設備的運行維護是智慧電廠重要環節之一。針對火力發電廠中智慧煤場運行的技術改造應用和開發進行探討。

火力發電廠；巡檢機器人；無人值守；技術改造

傳統火力發電廠煤場通常承擔了燃煤管理、輸煤設備運行、檢修等相關工作，主要負責火力發電廠的“口糧”。百萬兆瓦機組容量的電廠每天耗煤近萬噸，因此如何高效地實現現代化智能運輸、管理、維護輸煤設備，提高火電廠智能化水平，提高生產效率是當前需要探討的主要問題之一。

1 傳統火力發電廠煤場運行中的問題

火力發電廠煤場主要包括碼頭（鐵路貨運站）及卸煤系統、煤場儲煤系統、篩碎系統、輸送系統及相關輔助設備。煤場運行包括運行班長、程控值班員、主值、副值、司機（斗輪機、卸船機、翻車機等），由于煤場在生產中具有重要作用，必須進行有效巡檢。運行狀態是否正常直接關系到全廠的安全與生產。煤場運行時噪聲大、有揚塵，會在一定程度上危害礦工的身心健康，不適合人工巡檢。再如帶式輸送機承擔著運輸的重要任務，但隨著帶式輸送系統相關設備逐漸老化，故障明顯增多，漏檢現象時有發生，甚至在巡檢周期內出現故障。除人工巡檢以外，目前這些設備通常采用數量有限的固定傳感器及固定監控攝像頭進行監測，很難全面、準確、實時地檢測并獲得設備的運行狀態。而大量的簡單重復性操作，如斗輪機、卸船機、翻車機運行都離不開人員操作。因此，隨著科學技術的發展、互聯網技術的運用及智慧電廠的開發，傳統火力發電廠煤場運行將迎來機器代替人實現自動化創新的智慧煤場的變革。首先從煤場運行的現狀進行分析，目前主要存在以下問題有待解決。

一般原煤從碼頭（鐵路貨運站）卸煤直至原煤斗上倉結束少則幾公里，多則數十公里。大多配備多名巡檢人員對運行前、中、后進行現場檢查，大量的體力消耗在巡檢的路途上，而且現場環境較差，粉塵、噪聲等環境因素危險源時刻存在。

煤場儲煤系統中斗輪機作為堆取料的重要設備，既承擔燃煤接卸，還承擔了燃煤配煤和上倉工作。而傳統的火電廠大都采用斗輪機司機人為操作，受到天氣、環境制約較大。同樣，碼頭卸船機作為燃煤接卸的一種方式，通過司機人為操作，接卸量和設備損耗等較大程度取決于司機實際操作 水平和責任心，在實際生產中存在運行管理和設備維護困難的情況。

作為煤場的大腦，程控操作控制著整個輸煤系統的啟停和燃料的接卸。目前大型火力發電廠往往存在多個儲煤系統及多達數十條的輸送帶，系統復雜操作較為困難。監盤人員通過操作員站人為操作安全責任大，稍一疏忽便容易發生安全事故。

2 解決辦法

隨著智慧電廠的逐步開發，智慧煤場也進入了實際使用。針對以上傳統火力發電廠煤場運行中的問題逐一進行 討論。

2.1 智慧煤場平臺的運用

對于長距離輸送帶及輸煤棧橋的巡檢，可以通過智慧煤場平臺實現在線檢查、實時故障報警來代替人員長途現場巡檢。目前主要有以下幾種實施辦法。

2.1.1 軌道式巡檢機器人

帶式輸送機的工作環境惡劣、照明差，不利于巡檢人員巡視并及時發現問題，可通過安裝固定軌道式機器人代替人為巡檢。機器人通過自帶的紅外熱成像儀、高清攝像頭及振動、溫度等傳感器實現長距離設備智能化巡測，并將現場測量的數據通過互聯網+傳送到智慧煤場平臺進行數據整理、分析，最終實現故障點的判別。它集合了聲、光、異常氣體報警（不需要高精度）、溫濕度等環境監控部件，實現輸煤系統設備的智能監測和應急處理。智能巡檢機器人管理系統分為過程感知層、主控管理層、遠程系統層等三層分別實現各自核心功能，實現設備狀態智能感知、分析、診斷、決策等管理，并實時共享設備狀態數據，為輸煤棧橋的監控決策提供強有力的決策依據。軌道機器人適用于較長距離的帶式輸送機。軌道機器人在輸煤系統的運用如圖1所示。

2.1.2 定點無線測量+監控輔助故障報警系統

輸煤棧道托輥異常時會存在振動異常、聲音異常和溫度異常。通過在托輥支撐架上安裝振動和溫度傳感器實時監測。在獲取傳感器數據后經處理成云端可視化數據統一上傳到平臺進行集中處理。同時使用定點聲音遙測裝置通過對數十米內輸送帶的托輥運行聲音進行數據采集整理后上傳并匯總分析判斷故障區域，并實時進行報警，再通過遠方監控對該區域設備進行人工判定實現故障檢查。監控輔助系統同時具有對托輥卡死現象的監測。該報警系統能實現故障的實施報警和初步判斷，而且投資小、易于安裝且維護簡便，適用于短距離帶式輸送機自動檢測系統。

圖1 軌道機器人在輸煤系統的運用

2.1.3 定點接觸式傳感器測量+紅外監控輔助故障報警系統

對于轉運站內的大型固定式輸煤設備，如篩碎系統、帶式輸送機電機、減速器及滾筒等部件，可以考慮安裝接觸式傳感器部件（溫度、振動等）對運行部件進行實時測量，并運用紅外熱成像技術監測設備溫度的變化情況，加上監控輔助監測，通過主控制器經互聯網+進行遠程分析并實時報警，可以實現設備故障初期的精確報警。

以上巡檢報警系統的應用能有效實現機器代替人，減少輸煤環境對人身健康的影響，同時通過大數據采集實現智能化設備檢查維護。

2.2 無人值守改造

斗輪機堆取料和配煤上倉工作通過無人值守改造目前開始運用于火力發電廠。利用自動化控制、激光三維數據、圖像監控等手段，建立數字化堆場信息，控制方式上實現原有手動方式，新增全自動作業方式。全自動堆取煤時，操作人員只需在斗輪機司機室或輸煤集控室通過上位機進行堆取煤初始設定，就能控制斗輪機自動完成大車行走、懸臂回轉、俯仰變幅、斗輪運轉等工作，從而實現自動堆取煤。完美地實現了斗輪機的遠程自動控制，提高了整個系統的可靠性，有利于電廠的安全經濟運行。

卸船機自動卸煤改造是基于斗輪機無人值守控制技術改造項目的順利實施后進行的。其原理與斗輪機類似，同樣實現了機器代替人為作業。通過無人值守和自動卸煤技術改造，真正實現燃料運輸的全過程自動化，也保證了由于人為因素帶來的設備故障和損耗。

2.3 輸煤程控的自動化改造

目前火力發電廠輸煤系統程控大都基于PLC的控制技術，部分電廠進行了DCS改造。而大型火力大電廠擁有多個儲煤場地多條輸煤路徑，PLC控制實現全過程自動配煤上倉頗感力不從心。通常會進行DCS改造，從而實現輸煤系統的自動化程控運行，大大減少程控監盤的工作量，讓計算機去完成所有設備啟停操作和聯鎖切換等。所以在完成DCS改造后，可以和智慧煤場平臺實現數字化平臺的有效結合，對于明顯的設備故障，經智慧煤場平臺通過計算機遠程自動控制DCS實現自動停運、切換，有效地實現故障點隔離及連續可靠的生產運行。智慧電廠模擬演示如圖2所示。

圖2 智慧電廠模擬演示

以上各區域的智慧煤場的技術改造，其最終目的是建立智慧煤場管理平臺系統，上與智慧電廠管理平臺無縫連接數據共享，下設無人值守系統、巡檢巡測報警系統、故障分析系統、環境監測、安防等子系統，并與DCS自動控制系統完美結合。其中，智慧平臺要求通過采用智能感知、故障診斷、自動控制、信息通信技術及DCS自動控制技術等代替人員巡檢，手動操作，實現輸煤系統全過程自動化控制和巡測巡檢。

3 結束語

當然，智慧煤場管理平臺的開發和應用遠不止上述這些功能，隨著工業4.0的推廣，國家經濟高速度發展和高質量增長。更多的新技術將運用到智慧電廠、智慧煤場管理平臺，煤質的在線監測、燃料在線管理、設備在線監測和維護等都將在智慧煤場中得以實現。

［1］沈超.礦用自動巡檢機器人在黃陵一號煤礦的應用［J］.陜西煤炭，2020（2）：118-120，141.

［2］張繼慧.智慧電廠開發與應用淺析［J］.科技創新導報，2019（24）：1，3.

TD611.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.12.066

2095－6835（2020）12－0150－02

〔編輯：王霞〕