基于人工智能技術的火電廠皮帶機智能巡檢系統分析

楊新杭

（北京匯力智能科技有限公司，北京 100070）

輸煤系統是火力發電的重要環節，快速、穩定的原煤供給是機組穩定運行的前提。而皮帶機設備運行故障、堵煤和原煤自燃等情況會給生產帶來嚴重安全隱患，因此需對輸煤系統進行日常巡檢。

傳統的輸煤皮帶系統人工巡檢方式，存在很多弊端：

（1）電廠輸煤系統范圍廣、設備多，環境狀況復雜，有的皮帶爬坡大，爬升高（高度達50m以上）人工巡檢需要大量人力和物力，員工年齡日增，后繼無人。

（2）人工巡檢結果受主觀因素影響較大，效率偏低，及時性、安全性不高，誤報、漏報現象時有發生。

（3）視頻監視系統無法智能判斷和及時快速追蹤現場情況。且視頻系統同樣需要中控室人員集中監視，存在因精神不集中而錯過畫面的情況。

（4）對于落煤管堵煤、皮帶跑偏、縱撕、表面破損等輸煤系統的痛點和隱患，電廠目前應用的常規接觸式傳感器保護實時性差、檢測成功率低，且易對皮帶造成物理損壞。

隨著人工智能技術、通信技術的飛速發展，在環境惡劣的場所或人工重復勞動強度大的場合使用機器人代替人工成為當前技術發展的趨勢。面對電廠智慧化轉型的迫切需要，亟需引入先進的機器人技術、智能化與數字化等技術，提高巡檢運維的管理水平。研制一款巡檢實時性強（避免長時間充電）、可靠性高的巡檢機器人，以及一批針對落煤管堵煤、皮帶跑偏、縱撕、表面破損等實施有效智能檢測診斷的智能硬件終端，結合5G通訊傳輸技術，共同組成智能無人巡檢系統，替代人工巡檢，提高皮帶機保護水平及安全運行水平是十分必要的。

1 智能巡檢系統的建設原則

建設一套基于智能巡檢機器人、圖像識別技術和新型檢測原理，并利用廠內5G專網實施數據高速可靠傳輸的皮帶機智能保護硬件系統（下文簡稱：皮帶機智能巡檢系統），覆蓋輸煤系統C-1AB、C-2AB、C-3AB皮帶，對輸煤皮帶跑偏、表面破損、撕裂、落煤管堵煤等進行智能檢測分析與報警，避免輸煤皮帶撕裂、斷帶以及減少因經常性跑偏造成的皮帶異常磨損，提高輸煤系統安全性和生產效率，減少皮帶磨損、降低輸煤皮帶更換成本。

通過移動式巡檢機器人和智能硬件終端的應用，自動采集輸煤系統中生產區域的環境數據和各設備的運行狀態信息，并對數據進行分析和處理，能夠準確判別環境危險狀況、設備故障、設備異常趨勢并主動報警，以5G實時通信的方式將處理結果反饋給中控，徹底消除安全隱患，切實提高生產效率，提升企業的安全生產管理水平。

2 簡要方案介紹

2.1 索道式巡檢機器人

在皮帶機沿線間隔一定距離布設門式索道支架，支架橫梁下方掛載鋼絲繩，在皮帶機頭部轉運站內設置索道驅動機構，索道巡檢機器人固定在鋼絲繩上，隨著驅動機構的運轉，機器人隨鋼絲繩移動，在皮帶機上方沿線運行。機器人搭載高清攝像頭、紅外熱成像儀、環境監測儀、拾音器等儀器，采集沿途設備視頻數據、溫度數據、環境監測數據（氣體或粉塵濃度）、噪聲特征數據，數據經機器人主控處理后，將檢測結果通過5G網絡發送至中控服務器。

圖1 皮帶機智能保護終端系統構成

圖2 索道巡檢機器人示意圖

在轉運站驅動機構附近設置無線充電基座，機器人可自主行走至無線充電基座，通過無線方式補充電能，避免傳統充電方式可能引起的火花。同時，該無線充電基座集成了通信裝置，機器人在充電時，同時進行數據傳輸及充電狀態監控。

2.2 落煤管堵煤監測智能硬件

通過在落煤管內部不同高度處，陣列式布置十幾組低電壓安全電極，系統利用靜態煤炭弱導電性，智能檢測落煤管中的堵煤狀態及位置，并將堵煤信息通過5G網絡發送至中控服務器。

圖3 落煤管堵煤智能監測示意圖

2.3 皮帶正面破損監測智能硬件

通過在皮帶機張緊裝置處，固定布設一處高速高清攝像頭，監控范圍覆蓋皮帶機正面表面，利用機器視覺識別皮帶正面的破損情況。并將識別結果通過5G網絡發送至中控服務器。

2.4 皮帶防縱向撕裂監測智能硬件

輸煤系統中皮帶撕裂是一種破壞性很大的故障，一旦發生會影響正常的煤料輸送，若不及時處理，會造成巨大經濟損失。

通過在皮帶機上游皮帶落料點附近，承載皮帶下方與回程皮帶上方之間，安裝激光線發生器和高速高清攝像頭，激光發生器產生的激光條紋連續投射在承載皮帶背面表面，高速攝像頭與激光投射面成一定角度拍攝該激光線，采集視頻數據。當皮帶因異物刺穿發生縱向撕裂時，激光線在皮帶撕裂處出現斷裂，系統分析圖像特征，利用深度學習網絡結構，智能判斷撕裂狀況，在第一時間向中控發出報警并停止皮帶運行，避免事故擴大。

圖4 皮帶正面破損智能監測示意圖

圖5 皮帶防縱向撕裂智能監測示意圖

2.5 皮帶跑偏監測智能硬件

皮帶機運行過程中，皮帶跑偏是較為常見的故障，皮帶機安裝不當、托輥粘料、皮帶松弛、煤料分布不均勻、設備異常振動等情況均會造成皮帶跑偏，皮帶跑偏容易引起輸滾筒或托輥軸承損壞、皮帶撕裂、煤料灑落造成揚塵等問題。

圖6 皮帶防跑偏智能監測示意圖

通過在皮帶機上方安裝門式支架，固定布設一處高速高清攝像頭，監控范圍覆蓋皮帶機正面表面，利用機器視覺識別皮帶邊緣及偏移程度。并將識別結果通過5G網絡發送至中控服務器。

2.6 中控服務器與軟件平臺

研發巡檢機器人與皮帶保護智能硬件控制與管理綜合軟件平臺。軟件平臺能夠提供二次開發擴展接口，能夠基于平臺基礎功能進行二次開發。

軟件平臺能夠提供電廠輸煤系統機器人智能巡檢監控畫面的實時監測功能，畫面同時支持數字、動畫、圖表等顯示方式；能夠提供自動生成設備缺陷報表、巡檢任務報表功能；能夠提供實時服務、接口服務、應用服務等所有服務故障診斷功能；能夠提供趨勢查詢功能，對存儲在數據庫中的歷史數據，采用趨勢曲線的方式進行分析；能夠具備完備的權限管理功能，主要的權限包括登錄權限、訪問權限、遠程操作權限、修改權限、刪除權限等；能夠根據故障的級別建立分級優先、分類派送、智能聯動報警機制；研發采用B/S架構，利用瀏覽器直接可以查看監控畫面。

系統利用廠區內建成的5G高速數據網絡，可通過智能管控平臺APP方式，向輸煤管理人員推送皮帶機設備參數、設備溫度等實時信息。通過web瀏覽器登錄輸煤皮帶巡檢機器人及智能終端系統，進行遠程設備狀態查詢以及管理維護。

3 應用的狀況與結果

以通遼霍林河坑口發電有限責任公司為例，該廠輸煤系統共有3段皮帶機走廊，共6條皮帶機三條雙路輸煤皮帶機（C-1AB、C-2AB、C-3AB）。C-2A/B皮帶機的頭尾、兩側位置空間余量能夠布置巡檢機器人基礎支架；6條皮帶機沿線及落煤管能夠布置跑偏、縱撕、表面破損監測、堵煤監測等智能硬件，安裝空間及角度合適，電源供電方便；中控室預留系統服務器及監控終端位置，中控與現場設備通信方式采用接入廠內5G網方案可行。目前設備軟硬件條件具備與待建設施配套的接口，現有條件下項目具備實施可行性。

C-1AB、C-2AB、C-3AB均新增一套功能齊全的非接觸式皮帶機智能保護檢測單元，C-2AB皮帶機新增一套索道式智能巡檢機器人。設備費用250萬元，安裝費用30萬元，項目總投資280萬元。傳統人工巡檢需8人，年費用約80萬元。據此，該廠4年內可收回投資。

綜上所述，用基于人工智能技術的皮帶機智能巡檢系統，替代傳統人工巡檢模式，可產生較好的經濟效益、社會效益，具有較大的推廣意義。