燃煤電站輸煤廊道機器人自動巡檢系統技術開發與應用

李旭，黃曉明，司朝輝，敖員紅

（國能九江發電有限公司，江西 九江 332000）

燃煤電站的各個環節的設計中存在一套輸煤廊道，這條廊道不僅線路長而且環境惡劣。對廊道中存在的一些工作盲區很容易出現疏漏。而最終的巡檢質量還需要依靠人員的自身素質。隨著相關技術發展，機器人的應用范圍也變得更加廣泛。利用機器人開展巡檢工作已經成為一些特定場合的首要選擇。隨著應用的不斷深入，將機器人巡檢技術與燃煤電站的巡檢相互結合的方式也成為技術人員不斷研發和突破的領域，結合燃煤電廠輸煤系統討論廊道機器人自動巡檢系統技術的開發和應用。

1 采用機器人開展廊道巡檢的優勢和難點

1.1 現階段輸煤廊道的巡檢狀況

很多燃煤電廠仍采用人工巡檢的方式，但是，這種方式不僅工作強度大而且成效甚低。如果采用自動化的監測設備，投入相對過大，監控需求大，必然會增加成本。

1.2 使用機器人進行巡檢的優勢

（1）利用機器人進行巡檢，巡檢結果并不會受到主觀因素的影響，比如，高強度的作業需求、惡劣的外部環境和崎嶇蜿蜒的溝道等，都可以獲得較高質量的巡檢結果，且不會出現疏漏和錯漏的問題。（2）巡檢機器人能夠有效替代傳統人力巡檢的工作，尤其是在極端惡劣的環境下，能夠避免對人體造成傷害。（3）機器人自身具備攝像、圖片識別、紅外感溫、測振以及拾音的功能，而且能夠對跑冒漏滴進行實時檢測，它能夠充分發揮出巡檢工作的作用。（4）巡檢機器人可以及時向后臺傳遞信息，包括圖像、聲音和視頻等，后臺可以對回傳內容進行匯總并對其發展趨勢進行分析。通過這項功能可以及時了解設備存在的異常狀況，從而為后續的設備檢修提供充分的依據。

1.3 機器人進行巡查工作的難點

實際上，燃煤發電廠的廊道環境相對特殊。首先，廊道內常年運送燃煤，因此一直處于高粉塵、高濕度的環境中。同時，輸煤廊道不同于其他的管廊或是隧道，不僅面積大、設備多而且相對復雜。結合實際設計使用需求，甚至還會存在橫貫廊道的通行橋。最后，輸煤系統相對較長，而且期間還會有轉運站對燃煤進行中轉。整個輸煤系統從煤倉到鍋爐房之間會經過多個轉運站。每個轉運站之間會有200m的廊道相連，同時坡度為18°。而從一段輸送機經轉運站過渡到另外一個輸送機時，還會存在一定的垂直落差。綜上所述，整個環境對于機器人的自我防護能力、軌道運行、轉彎角度、爬坡能力、抗震能力都具有較高的要求。而且結合廊道加轉運站的設計模式，如果對每個廊道都設計一套巡檢機器人，則會增加投資且利用率較低。

2 關于廊道機器人巡檢系統的設計理論研究

結合輸煤廊道巡檢的實際需求，在進行機器人設計的過程中，我們需要考慮實際應用中的各項要素。從多方面對其進行研究，具體可見圖1。

圖1 系統構成示意圖

（1）軌道傳統系統。結合輸煤廊道的特殊環境以及廊道之間的結構、走勢等因素，在設計機器人軌道傳輸系統時，必須結合實際現場情況來繪制機器人在實際工作過程中的巡檢線路以及對應的軌道安裝圖。由于實際環境較為惡劣，所以在選擇軌道材料的時候，我們選擇了具有較高抗腐蝕能力以及抗磨損的高強度鋁合金材料。這種材料能夠應用于輸煤廊道的惡劣環境中，且可以結合實際的使用需求設計不同的彎度、曲度以及坡度，以滿足實際的巡檢應用。同時，配備了鋼質的防火門以及獨立的配電系統。正常運行狀態下防火門處于關閉狀態，而當機器人需要穿越時，則會向防火門發送信號，防火門就會自行打開，直到其通過后，又會自行關閉。具體可以參考圖2，在軌道設計過程中采用不同的軌道銜接的方式以及對應的配件來保障不同的環境使用需求。

圖2 軌道設計和安裝

（2）機器人平臺。結合實際工作環境的高濕度、高粉塵污染問題，機器人在設計環節就在材質選擇以及零配件方面的防護等級進行了優化和提升，確保其都能夠達到IP65的防護等級。

（3）檢測系統。結合實際輸煤廊道的特定環境，結合視頻、圖像、溫度、濕度、聲音等方式檢測粉塵濃度以及可燃氣體濃度，并配置對應的傳感設備能夠及時將所搜集的信息進行回傳。

（4）動力系統。由于輸煤廊道不僅有平直的路面還有坡度，為了能夠應對不同的坡度環境，在機器人設計時搭配了動力總成。當機器人設備運行在相對平緩的廊道內，可以選擇使用單電機工作的方式，以滿足基本的動力需求。而當機器人需要穿越運轉站時，為了保障運行則采用雙電機的供電方式，提升其爬坡力。這種方式不僅能夠提升機器人在實際應用過程中對不同環境的適應能力，同時也能夠實現有效節能，提升續航的目標。為了確保機器人設備的全自動化，在設備電能供應上保障基本的8小時電力供給，當設備電量低于預設值，則會激發機器人的自返程指令，設備會自行返回充電。

（5）定位系統。為了確保機器人在廊道監測過程中的線路準確性以及避免重復性工作，我們會在設備上搭載定位系統，目前采用的定位方式主要是通過步進電機編碼器進行的，其精度值可達到10mm。

（6）吹掃系統。由于廊道長期處于高粉塵污染的環境中，長此以往，必然會在軌道上堆積粉塵，影響機器人的行進，并影響機器自身的運轉。所以，為了避免這種問題的出現，我們在設備上搭載了吹掃系統，當設備運行時會打開吹掃系統，將沿途軌道上的粉塵吹掃干凈。

（7）通信系統。機器人設備上搭載通信系統的主要目的就是為了能夠將機器人所收集的信息向后臺進行交互回傳。當然，除了收集的信息外，還會有機器人自身的狀態數據。為了確保通信的連續性，在廊道中會設計對應數量的基站，這些基站會形成一個無線局域信號網絡。在這個網絡環境下，設備之間可以互相訪問，極大地提升了網絡帶寬負載的平衡性。具體可見圖3、圖4。

圖3 網絡基站布置圖

圖4 巡檢基站拓撲圖

通過這套系統可實現對輸煤廊道無人巡檢的目標，而且能夠及時進行預警，實現可視化管理的目標，能夠預防人工巡檢工作中的不及時、不穩定、不充分、不到位的缺陷，有效地降低人工參與的次數，提升了實際輸煤管線的安全運行和效率。

2 輸煤廊道智能化巡檢系統的實際應用

2.1 常規功能

（1）設備狀態。智能機器人能夠實現自主巡檢的方式，且在實際運行中又會結合需求分為常規巡檢以及特殊巡檢兩種模式，第一種會結合事先系統所預設的內容、時間、位置和路徑執行巡檢工作。特殊巡檢則是由工作人員直接預設好巡檢點，設備會自動到預定的巡檢位置完成巡檢工作。借助這項功能我們能夠結合自身實際要求對某個特定點位進行反復巡檢，確認情況。

（2）智能充電。主要分為兩種充電方式，一種是采用非接觸的供電方式，而另外一種則是分布式接觸充電系統的供電方式，操作人員可以結合實際情況選擇不同的充電方案。

（3）監控方式。為了實現現場畫面的及時回傳，在設備上采用了360°云臺來達到視頻監控以及熱成像的監控效果，而且也能夠實現在移動過程中利用設備進行紅外測溫以及視頻巡檢的目的。

（4）設備自檢。機器人設備自身需要對自己的運載情況進行自檢，包括電力供應、驅動、通信以及其他負載設備的運行狀況。一旦出現異常應當及時進行報警并將相關故障信息上傳至后臺，采取進一步的措施。

（5）通信功能。為了確保巡檢信息傳遞的有效性，保障設備通信的穩定性和可靠性，設計過程中采用了雙向通信的方式，提高了通信的質量。

（6）防撞系統。設備運行過程中為了避免出現碰撞，專門設計了安全距離，一旦與人或物體距離過近，就會激發警示燈，起到提醒和預防的作用。

2.2 巡檢系統的特殊功能

（1）對有害氣體和粉塵的檢測。輸煤廊道內由于長期輸送煤炭，所以對氣體（CO2、CO、瓦斯）和粉塵濃度檢測對于預防危害有著非常重要的作用，利用巡檢機器人所攜帶的檢測設備能夠及時獲取這些數據信息，避免人為巡檢帶來的傷害。也能夠及時了解廊道環境，為工作的開展提供參考。

（2）熱成像技術。設備上會搭載熱成像技術對監測環境的溫度實施監測，通過數據回傳和后臺分析來判斷廊道環境的安全等級狀況，一旦超出預設值，就會激發應急系統進行防御，提升了廊道的防護能力。

（3）皮帶運行狀況的監測。廊道運煤過程中會采用傳送帶進行輸送，而傳送帶的質量將會直接影響運輸。在實際運行過程中，會出現皮帶跑偏、漏煤、托輥出現異響等情況，還會存在電機運行溫度升高的情況。所以，需要在巡檢過程中予以足夠的重視。①對開關狀態的讀取。巡檢機器人能夠對相應的控制開關的狀態進行識別和存儲。機器人會通過可見光源對控制柜進行實時的抓拍采集，從而獲取相應的信息。結合指示柜體的數據圖像并上傳至服務器系統后，能夠生成對應的巡檢報表。②紅外感溫。巡檢機器人設備會配備有紅外感溫系統，它能夠對所及之處進行全面的掃描。為了確保掃描測溫的準確性和全面性，可以預先設置多個檢測位置，同時，機器人會對一些重點位置進行定期定時的巡航測溫監測。對于每日所收集的測溫數據會回傳后臺，并形成一份完整的測溫報表。一旦溫度值超出預警，就會觸發警報，通知運維工作人員。③圖像識別。巡檢機器人自帶的系統軟件會結合所采集的圖像進行識別對比，尤其是傳送帶的皮帶，對比其在運行過程中的狀態和應用環境，從而診斷皮帶的使用狀態，對存在問題的設備提出發出預警，及時進行維護。④聲音檢測。聲音檢測工作是在計算機軟件中針對平臺中存在的異響問題的檢測分析，它會對平臺傳出的聲音進行頻譜分析，以此判斷設備運行是否處于正常狀態。⑤聯動預警功能。借助機器人所搭載的可見光攝像頭，我們可以遠程實時看到輸煤廊道的實際狀況，借助遠程操控作業也能夠及時了解廊道的相關信息，包括溫度、濕度、粉塵濃度等，當這些數據超出預警值就會聯動報警裝置，及時給管理者提供相關信息并回傳現場視頻。

3 結語

事實上，燃煤電站在輸煤廊道的機器人自動巡檢設計的過程中，我們需要充分考慮實際應用環境和實際狀況，除了上述的基本功能以及巡檢的特殊功能外，還包括振動測試功能、軌道清潔功能以及系統集成管理的功能應用。所有這些共同作用，促成了機器人能夠有效替代人力發揮更加豐富的作用來提升巡檢的效率和質量，對煤炭輸送系統的安全運行提供了足夠的保障。