火電廠輸煤廊道智能無人巡檢系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

艾彬

摘要： 通過實(shí)現(xiàn)火電廠輸煤廊道智能無人巡檢與定點(diǎn)監(jiān)測，智能化報(bào)警，可視化管理，降低巡檢人員工作強(qiáng)度，保障皮帶安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，進(jìn)而保證發(fā) 電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)輸煤廊道安全運(yùn)行的可控、在控、能控。

關(guān)鍵詞： 輸煤廊道;巡檢機(jī)器人;自動(dòng)巡檢;圖像識(shí)別;攝像頭;無線振動(dòng)傳感器

一、引言

火電廠輸煤廊道輸送線路長，運(yùn)行設(shè)備種類多，棧橋內(nèi)環(huán)境質(zhì)量差， 巡檢點(diǎn)多，導(dǎo)致人工巡檢作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度高、積極性差、安全性低。棧橋內(nèi) 現(xiàn)有工業(yè)電視監(jiān)控范圍有限，棧橋內(nèi)現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)測要素少，難以實(shí)現(xiàn)輸煤 棧橋全線路的狀態(tài)實(shí)時(shí)、量化監(jiān)測與管理。輸煤廊道搭建智能無人巡檢系 統(tǒng)，對(duì)廊道內(nèi)部進(jìn)行全線路、全方位、全自主的無人巡檢，實(shí)現(xiàn)無人化巡 檢、可視化管理， 提高輸煤系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，避免因人工巡檢不全面、 不量化、人員素質(zhì)依賴性強(qiáng)引起的各種安全事故與損失。

二、輸煤廊道巡檢現(xiàn)狀

輸煤系統(tǒng)人工巡檢存在問題包括：

1）現(xiàn)場高效率、準(zhǔn)確巡檢難度大。

輸煤廊道依賴于人工的巡檢模式難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場缺陷第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，一 旦局部發(fā)生異常， 完全依靠人力巡檢及時(shí)發(fā)現(xiàn)，難度極大，往往是皮帶大 面積撕裂、皮帶發(fā)生明顯冒煙起火、嚴(yán)重堵煤、撒煤時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，對(duì)異常 的及時(shí)處置和后期修復(fù)帶來較大困難。輸煤沿線不可避免存在一定程度的 粉塵，工作環(huán)境也存在一定職業(yè)健康危害，對(duì)工作人員身體有一定負(fù)面影 響，也制約巡檢工作效能提升。

2）現(xiàn)場設(shè)備巡視工作過分依賴人工、不能及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)問題。

輸煤系統(tǒng)在現(xiàn)場巡檢過程中，振動(dòng)、軸溫、本體溫度等都需要手工采 集錄入，無法一次獲取多種信息，基于紙面的信息反饋存在滯后性，難以 及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，同時(shí)出錯(cuò)概率高、工作量大，另外制約事后基于采集到的 信息還原現(xiàn)場真實(shí)情況，巡檢結(jié)果難以綜合分析，對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測性維護(hù) 無太大意義。

3）現(xiàn)有監(jiān)測手段有限、已有監(jiān)測設(shè)備未充分發(fā)揮作用。

現(xiàn)有監(jiān)測手段比較單一， 比如轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備只能監(jiān)測到溫度、電流和壓力， 無法監(jiān)測到振動(dòng)、噪聲等。輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場部署的視頻監(jiān)控設(shè)備用途單一、? 視頻監(jiān)控人員靠人工監(jiān)視圖像，工作量大，效率低同時(shí)出錯(cuò)概率高。

三、輸煤廊道智能無人巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)輸煤系統(tǒng)安全管理要求，基于機(jī)器人、AI 智能、多傳感器融合、 大數(shù)據(jù)庫、深度學(xué)習(xí)、視覺分析判斷、圖像處理等技術(shù)，系統(tǒng)包括軌道智 能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)、綜合智能化機(jī)器人巡檢監(jiān)控平臺(tái)兩部分組成，通過移 動(dòng)、定點(diǎn)兩種監(jiān)測手段，機(jī)器人巡檢采用軌道巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)巡檢; 定點(diǎn)智能監(jiān)測在固定點(diǎn)位安裝智能工業(yè)攝像機(jī)和輸送帶檢測設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí) 智能監(jiān)測;綜合智能化機(jī)器人巡檢監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行后臺(tái)分析與監(jiān)控。滿足智 能巡檢，數(shù)據(jù)采集傳輸、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)判斷，預(yù)警提醒、輔助調(diào)整、歷史 數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表生成等多種功能。

1.智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)

1.1 軌道傳動(dòng)系統(tǒng)

軌道式智能巡檢機(jī)器人通常分為導(dǎo)軌式和索道式， 兩者工作原理不同， 考慮輸煤區(qū)域工作環(huán)境、電機(jī)平均出力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)維護(hù)等因素，多選用導(dǎo) 軌式智能巡檢機(jī)器人作為輸煤廊道使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸煤廊道整線巡檢設(shè)備和 人員的多方位監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)開機(jī)前巡檢。

1.2 智能巡檢機(jī)器人平臺(tái)

1）智能檢測系統(tǒng)

視覺感知： 360 度云臺(tái)搭載高清攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶整線、周邊設(shè)備 及現(xiàn)場人員的監(jiān)測。同時(shí)為了滿足監(jiān)控需求，增加補(bǔ)光設(shè)備，適合低照度 情況的使用。視頻信息可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)匠炭厥遥奖愠炭厝藛T對(duì)現(xiàn)場作 業(yè)場景進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視。

環(huán)境檢測： 根據(jù)輸煤廊道特殊的環(huán)境， 檢測系統(tǒng)主要搭配溫度、聲音、 粉塵濃度、可燃?xì)怏w濃度等采集傳感器。

視覺與溫度感知：工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)I(yè)紅外高清攝像頭，實(shí)時(shí)圖像監(jiān)? 測減速機(jī)電機(jī)、滾筒、落煤管、皮帶松緊裝置等運(yùn)行情況， 實(shí)時(shí)分析報(bào)警。 紅外測溫能夠準(zhǔn)確捕捉減速箱電機(jī)、除鐵器、滾筒、皮帶煤堆表面等異常? 溫度。

聲音異常識(shí)別：搭載雙噪聲監(jiān)測模塊，實(shí)時(shí)采集整線托輥聲音并采用專業(yè)軟件分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)整線運(yùn)轉(zhuǎn)托輥的音頻采集、分析、定位報(bào)警。

皮帶撕裂探測：非接觸方式自動(dòng)檢測皮帶表面的縱向撕裂。在第一時(shí) 間發(fā)出報(bào)警并停止皮帶運(yùn)行， 以免事故進(jìn)一步擴(kuò)大， 采用預(yù)防為主的策略， 以確保避免皮帶大面積撕裂事故的發(fā)生。

落煤管堵塞監(jiān)測：通過上下級(jí)皮帶機(jī)煤流分析算法，實(shí)時(shí)檢測落煤管 煤流情況，判斷落煤管堵塞情況，實(shí)現(xiàn)皮帶斷煤、落煤管堵塞情況、導(dǎo)煤 槽給料不在皮帶中心、翻板不到位等異常報(bào)警。

振動(dòng)監(jiān)測：通過安裝在電機(jī)、減速箱上的測振設(shè)備，傳輸設(shè)備實(shí)時(shí)振 動(dòng)狀態(tài)，并起到異常報(bào)警功能。

2）自動(dòng)升降系統(tǒng)

搭載剪叉式自動(dòng)升降臂，不易造成升降臂積灰卡阻，并且通過升降臂 在巡檢過程中對(duì)皮帶下方托輥、刮煤器等設(shè)備進(jìn)行檢查，通信故障或失電 異常時(shí)能夠自動(dòng)收回到初始狀態(tài)。

3）自動(dòng)充電系統(tǒng)

巡檢機(jī)器人具備自動(dòng)充電功能，在需要充電時(shí)能夠自動(dòng)返回原點(diǎn)位置 完成自動(dòng)充電。充電方式為無線充電，且配備磷酸鐵鋰電池，溫度穩(wěn)定性 好，不易出現(xiàn)燃燒事故。

4）避障系統(tǒng)

巡檢機(jī)器人具有智能防撞與避障功能，采用雷達(dá)探測，對(duì)行進(jìn)路線前 方的障礙物和工作人員進(jìn)行探測，遇到障礙自動(dòng)停止， 并報(bào)警，同時(shí)加裝 安全觸邊，防止碰撞造成人員及設(shè)備損傷。

5）通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)采用無線傳輸方式。機(jī)器人與本地監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行雙向信息交 互，信息交互內(nèi)容包括檢測數(shù)據(jù)和機(jī)器人本體狀態(tài)數(shù)據(jù)。

四、輸煤廊道智能無人巡檢系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和現(xiàn)場環(huán)境的安全狀態(tài)，提升巡檢效率和 質(zhì)量，擴(kuò)大監(jiān)測范圍，降少巡檢死角和盲區(qū);

2.AI 識(shí)別算法，持續(xù)跟蹤檢測皮帶跑偏、托輥異音、煤流異常等重要 生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)及時(shí)診斷為運(yùn)行調(diào)整、檢修維護(hù)提供建議，提高 設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，提升輸煤智能化管理水平;

3.運(yùn)用 RFID 定位以及檢測系統(tǒng)提高系統(tǒng)報(bào)警準(zhǔn)確性和及時(shí)性， 及時(shí)準(zhǔn) 確發(fā)現(xiàn)皮帶打滑、跑偏、煤層溫度異常等故障并處理， 提高相關(guān)報(bào)警保護(hù) 動(dòng)作的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，針對(duì)皮帶異常進(jìn)行有效檢測報(bào)警。

4.采用搭載雙噪聲監(jiān)測模塊， 通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的聲音進(jìn)行頻譜分析， 識(shí)實(shí)時(shí)采集整線托輥聲音并采用專業(yè)軟件分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)整線運(yùn)轉(zhuǎn)托輥的音 頻采集、分析、定位報(bào)警。

五、結(jié)束語

本文主要是以火電廠輸煤廊道作為研究對(duì)象，基于機(jī)器人、AI 智能、 多傳感器融合、大數(shù)據(jù)庫、物聯(lián)網(wǎng)、深度學(xué)習(xí)、視覺分析判斷、圖像處理 等技術(shù)，專為輸煤廊道系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)，適應(yīng)輸煤廊道系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境， 可以對(duì)輸煤廊道內(nèi)粉塵、溫度、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備振動(dòng)、跑偏、漏煤、 設(shè)備異常聲音等進(jìn)行監(jiān)測和自動(dòng)報(bào)警。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸煤廊道的智能 化監(jiān)控，降低運(yùn)維人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人力成本，提高巡檢效率，降低事 故發(fā)生率，保障輸煤系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

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