輸煤棧橋智能巡檢系統研制與應用探析

李華才，張勝，周林，李子龍

（國電漢川發電有限公司，湖北 漢川 431614）

輸煤系統是燃煤火力發電廠的重要組成部分，負責將煤場或卸煤溝的煤炭通過輸煤皮帶，輸送至原煤倉。如果輸煤系統發生安全事故，將影響機組上煤，一旦原煤倉的煤被燒空，機組只能被動停機，對燃煤電站的安全穩定運行造成極其惡劣的影響。

目前輸煤系統仍然采用人工巡檢的模式，工作勞動強度大，容易巡檢不及時、不到位；工作現場的條件和環境惡劣，對人身安全和健康造成了不良影響。因此，有必要結合工業互聯網、物聯網、機器人、人工智能等技術，嘗試實現無人輸煤系統，用機器人巡檢和算法識別代替人的巡檢功能，實現現場危險、復雜環境的安全態勢感知和智能報警，提高火電站風險管控和應急響應能力。

本研究針對燃煤火力發電站，分析輸煤系統存在的問題，基于輸煤棧道智能巡檢機器人，打造無人輸煤安全管控系統，動態感知落煤管堵塞、皮帶撕裂、皮帶跑偏、燃煤體積流量、現場溫度，并及時、精準、自動推送報警，以提高輸煤運行過程的安全風險管控和應急處置能力。本文的分析有助于了解燃煤火力廠輸煤系統存在的問題，通過設計無人輸煤系統，實現多種危險復雜工況的實時態勢感知，及時推送報警，降低現場工作人員的勞動強度和危險性，實現更安全、更高效的無人輸煤運行。

輸煤棧橋智能巡檢系統采用人工智能、機器深度學習、圖像識別、路徑自主規劃及在線控制相融合以及大數據交互引擎技術等現代技術結合智能化智能巡檢設備，搭載多傳感器融合實現輸煤系統巡檢智能化、精細化管理，為輸煤系統隱患“發現—上報—流轉—處置”提供高效、便捷的流程支持，為輸煤系統安全管理提供強有力的信息化手段，實現對巡檢內容的實時把控和安全響應。

1 實施背景

國電漢川發電有限公司5#～6#機組的公用輸煤系統8#PA/B/C皮帶輸煤棧橋一直采用人工巡檢方式，運維人員需定期對棧橋內輸送設備進行動態和靜態巡檢，檢查皮帶運行狀態，包括是否存在撕裂、跑偏、脫輥、漏煤、冒煙失火等安全隱患和缺陷。由于輸送轉運站、皮帶棧橋內環境惡劣，距離較長，在當前人工巡檢的模式下，很難及時發現設備出現問題前的征兆及已經出現的問題。輸送系統上煤看倉工作依然采用人工方式，存在作業人員任務重、風險高等弊端。現場作業人員靠現場觀察筒倉倉位情況，通過對講機聯系方式與輸送集控制室聯系設備的相關流程控制，作業方式原始，作業效率低，同時也存在一定作業風險。

2 設備布置

在輸煤棧橋結構頂部架設吊掛軌道，軌道采用全封閉形式，覆蓋所有筒倉倉口區域。軌道一次鋼結構采用橫梁式結構件通過膨脹螺栓固定在混凝土結構層頂面或結構梁上，二次鋼結構采用槽鋼型材，一次鋼結構和二次鋼結構之間采用吊架連接。鋁合金軌道通過C型鉤與二次鋼結構連接，C型鉤與鋁合金軌道通過螺栓抵緊連接，與二次鋼結構通過壓板連接。吊掛軌道能實現全方位的調節，保證軌道的直線度和連接過渡平順。

3 巡檢機器人結構

智能巡檢機器人由機器人本體、6自由度多關節協作機械臂、軌道、自動充電樁、無線通訊系統、傳感器系統、上位機平臺等組成。整套系統各個子部分之間通信采用IOT物聯網技術進行松散耦合連接，通信協議采用MQTT、AMQP等穩定成熟的物聯網協議。

巡檢機器人本體采用模塊化結構設計，電池、機器人控制箱、電氣系統、動力裝置等均采用快捷設計，整機防護等級達到IP65，在車體側面開設檢修艙門便于維護。動力采用伺服驅動和RFID定位標簽位置校準，供電采用磷酸鐵鋰電池并具備BMS保護系統，在軌道上設有充電站，充電方式為帶接觸檢測的滑觸式安全充電，充電設備能夠應用于潮濕粉塵環境，不充電時，充電刷板和充電滑觸塊完全不帶電，保證安全。

在巡檢機器人本體下吊掛安裝有紅外雙光攝像機、多關節協作機械臂、機器視覺防撞傳感器。多關節協作機械臂采取全封閉隔離艙安裝，機械臂與機器人本體采用一套控制系統進行控制。機械臂前端搭載傳感器系統，傳感器包括煤倉探測雷達、激光測距傳感器、補光燈、高清半球攝像機。傳感器主要取代人工觀察煤倉內部的物料情況，實現準確的測量煤倉物料的峰值高度、平均高度、體積和重量，給輸煤控制中心提供準確、及時的數據。同時，對系統設定的上位值、報警閾值進行分析比較，并發出滿倉信號指示、報警信號和提示。

現場巡檢機器人與后臺調度管理系統之間采用無線網雙網融合的方式進行通訊。在輸煤棧橋中，由于部署的巡檢機器人，搭載了大流量設備，為了防止因數據量過大導致無線網絡出現擁堵，從而影響對機器人的實時控制以及其狀態的實時反饋，因此，將無線網絡設計為兩部分：控制網和數據網，并配置在不同網段，從而保證對機器人控制指令的實時性和準確性。無線網絡支持2.4G和5G雙頻段，實現巡檢區域全覆蓋。

巡檢機器人防撞采用3D機器視覺傳感器用于機械臂運動全范圍的區域防撞。采用2D激光掃描傳感器用于巡檢機器人行走過程中的障礙物防撞。避障系統能自動探測周圍環境，當識別到在巡檢路線上存在障礙物且不能安全通過時，能自動停車并報警，并且對靠近機器人的工作人員或者物體進行安全提示，進行聲光電報警。

4 巡檢機器人功能

巡檢機器人根據輸煤棧橋的工作動態自動生成巡檢任務，其中包括動態監視犁煤器動作、采集原煤倉料位實時數據和原煤倉配煤情況以及報警巡檢和日常巡檢任務。智能巡檢機器人具備自學習智能分析能力，交互式對講、遠程控制能力，可在授權后對關鍵設備進行遠程控制。支持多種巡檢方式，包括人工遠程操控巡檢、本地遙控巡檢，任務計劃巡檢、重點區域巡檢、定時定點監測、皮帶聯動巡檢等模式。具備自診斷功能，支持設備狀態查詢及歷史數據分析，各車載傳感器通過總線上報自身狀態以便車載控制器對各種傳感器進行實時監測。

具有可見光與紅外視頻圖像采集功能，當現場出現堵塞、撕裂、跑偏、溫度超高時可自動跟蹤鎖定異常位置，將現場畫面第一時間經無線局域網展示在控制臺。通過建立電子地圖來實現路徑規劃，整車實際運行路徑通過路徑規劃算法實現自主規劃路徑的功能，針對設備故障點可進行快速定位巡檢、高頻次巡檢。巡檢機器人能以毫米級誤差精確實時上報自身所在位置以方便后臺人員在發現巡檢問題時及時定位故障位置。執行檢測任務時會在電子地圖上顯示出預規劃路徑以及整車在該路徑上的實時位置，便于人工直接了解巡檢機器人的狀態、實際位置以及巡檢進度。

5 巡檢機器人軟件架構

系統與設備分為三級部署：操作員站、程控中心、輸煤棧橋，每級之間通過光纖或網線進行連接。系統由客戶端、專家系統、消息中間件服務、數據庫、智能終端、機器人控制與調度、視頻監控七個服務組成?？蛻舳思袑崟r展示各類傳感器數據、設備運行狀態等?？蓪v史數據進行查詢、生成報表等；可以通過客戶端軟件實現對機器人的控制、巡檢任務管理等。

智能終端根據業務數據不同，分為兩類，一類是采集各類傳感器數據，并對數據進行初步處理，并將數據發送給專家系統；另一類是采集高清攝像頭實時流和工業相機實時抓拍的圖片，完成圖像各類算法分析：膠帶跑偏、堵煤、漏煤、撕裂、缺陷；完成熱成像儀的數據采集，對其所探測的設備表面溫度進行分析；并將數據發送給專家系統。機器人控制與調度完成對機器人和機械臂的遠程控制，實時狀態（電量、位置等）信息的獲取；完成機器人巡檢任務的規劃以及巡檢點位管理；完成機械臂前端傳感器數據（激光測距儀和雷達）的采集和分析；并將各類數據發送給專家系統；消息中間件服務作為整個系統的信息交互樞紐，完成指令、數據的中轉。專家系統（數據庫）對數據進行歸類、存儲。并對各設備的運行數據（歷史）進行統計、分析，綜合評價設備運行效率，檢測設備是否即將或已經發生運行故障。

6 結語

輸煤棧橋智能巡檢系統以智能巡檢設備的自動在線監控替代人工現場巡檢、監護操控模式，實現輸煤系統的全自動配煤上倉監視、操作監護，優化現場人力資源配置，提高輸煤系統的作業效率及安全性。