智能巡檢機器人在焦化系統(tǒng)中的應用

李旭森

（潞安焦化公司，山西 長治 046032）

0 引言

近年來，隨著焦化行業(yè)自動化水平的逐步提升，“機械化替人、自動化減人”已成為當前發(fā)展主流，最終實現(xiàn)“高產高效、少人無人”[1]的企業(yè)建設目標。焦爐加熱交換系統(tǒng)作為煉焦作業(yè)的核心系統(tǒng)，其煉焦爐的加熱煤氣管道、廢氣開閉器布置一直是安全巡檢的重中之重。目前，焦爐加熱交換系統(tǒng)主要依靠人工巡檢，不僅巡檢勞動強度大，而且巡檢區(qū)域屬于一級防爆區(qū)，存在較大的安全風險。主要存在以下特點：現(xiàn)場跟蹤空間狹小，環(huán)境復雜，人工巡視存在較大隱患；人工巡檢存在檢查頻率低，間隔時間長，設備正常運行時無法有效巡檢；人工巡檢具有一定主觀性，數(shù)據(jù)缺乏參考意義。

因此非常有必要引入智能巡檢機器人及配套運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對焦爐系統(tǒng)核心單元的智能化、集約化的統(tǒng)一巡檢[2]，提高焦化系統(tǒng)安全管控水平。

1 現(xiàn)場概況

唐山首鋼京唐西山焦化有限責任公司為山西焦煤集團下屬生產企業(yè)，焦化產能60 萬t。為進一步提升現(xiàn)場動態(tài)管控能力，該焦化廠計劃在焦爐地下室、煙道走廊內配置固定軌道機器人自動巡檢，實現(xiàn)對上述區(qū)域內圖像、聲音、溫度的信息采集、管道氣體泄漏檢漏以及對管道溫度、壓力、流量等參數(shù)的實時監(jiān)測。分別布設兩部機器人設備，第一部機器人位于焦爐地下室交換旋塞搬把的側面，該處機器人吊軌形式運動；第二部機器人位于焦爐煙道走廊操作臺下方，其現(xiàn)場布置如圖1 所示。

圖1 焦爐地下室和煙道走廊斷面（單位：mm）

2 主要功能設計

2.1 焦爐巡檢機器人功能設計

1）本項目焦爐巡檢機器人采用JNX12 防爆型智能巡檢機器人[3]，可通過操作人員設定到達指定檢測位置，對現(xiàn)場的各類圖像、聲音、溫度和氣體濃度等數(shù)據(jù)進行實時采集，經配套管理系統(tǒng)分析后提出智能決策方案，自動判斷設備故障位置及故障原因，及時發(fā)現(xiàn)并自動處理故障問題，大大降低生產過程中的非正常停機時間，避免事故擴大化。

2）在續(xù)航工作方面，JNX12防爆型焦爐巡檢機器人采用無線充電、無線數(shù)據(jù)傳輸方式，能夠實現(xiàn)全天24 h 無休止巡檢工作，可完全代替巡檢工，達到無人值守的目的。

3）巡檢機器人具有體積小、抗腐蝕性等特點，能夠進入空間狹小及有毒有害危險區(qū)域。

2.2 焦爐巡檢機器人結構組成

JNX12防爆型智能巡檢機器人結構如圖2 所示。防爆型智能巡檢機器人系統(tǒng)主要依托無線充電、無線數(shù)傳等技術，通過驅動輪組和行走軌道進行靈活移動，再通過遠程控制端和傳感器移動平臺對整個軌跡內的聲音、圖像、氣體等傳感信號實時采集、判斷和回傳，實現(xiàn)智能移動巡檢。其具備以下特征：

圖2 JNX12防爆型智能巡檢機器人結構

1）人工智能學習。巡檢機器人系統(tǒng)能夠利用計算機模擬人腦思維的信息處理方式，借助系統(tǒng)大數(shù)據(jù)庫進行認知，不斷自主學習提高現(xiàn)場的實用性和高效性。

2）本安防爆設計。巡檢機器人本體采用本安型設計，電氣可靠性和穩(wěn)定性更高，能夠實現(xiàn)現(xiàn)場超長時間巡檢，保證運行傳輸效率。

3）多地形適應。巡檢機器人占地范圍小，路徑相對固定，按照指定的路線運動，不會對其他人員及設備運行造成影響。

2.3 移動巡檢本體設計

多參數(shù)移動巡檢本體是本系統(tǒng)的核心，其主要結構如圖3 所示。多參數(shù)移動巡檢本體包括中央控制模塊（RFID 讀寫頭）、行走模塊（驅動單元、底盤單元里程槍和安全觸邊）、多參數(shù)采集模塊（紅外熱像儀器、高清相機、補光燈、雨刮器和光電傳感器）、充電控制模塊（自主充電裝置）、通信模塊（云臺單元）等模塊單元[4]。

圖3 多參數(shù)移動巡檢本體結構

2.3.1 本安型移動巡檢子站

本安型移動巡檢子站通信傳輸采用5G 信號通信系統(tǒng)，傳輸速度快，效率高，能夠將移動監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)郊刂行摹?/p>

2.3.2 隔爆兼本安型電源箱

多參數(shù)移動巡檢本體采用12 V 本質安全型直流電路，通過5 Ah 鋰電池和分布式充電點結構裝置進行供電，具備較好的續(xù)航能力。

2.3.3 軌道系統(tǒng)

多參數(shù)移動巡檢本體采用長6 m、經過特殊防銹處理的10 號工字鋼做巡檢裝置軌道，能夠實現(xiàn)巡檢區(qū)域的全覆蓋。

2.3.4 后臺軟件系統(tǒng)

巡檢本體的后臺軟件系統(tǒng)采用C/S、B/S 和手機APP 客戶端三端互通模式，外部接口齊備，模塊化架構清晰，采集數(shù)據(jù)通過WEB 服務器對外接口向外共享，能夠對整個機房內各類輔助設備進行綜合管理和實時控制。

3 現(xiàn)場實施

從焦爐地下室向煙道走廊連續(xù)鋪設巡檢機器人行走軌道，1 臺機器人沿軌道運行，負責對氣體濃度、閥門閉合、設備表面溫度巡檢、儀器儀表數(shù)據(jù)讀取和異常故障等進行動態(tài)巡檢。鋪設示意圖如圖4 所示，在軌道的首部和尾部放置充電樁，在整個運行軌道處均勻分布通信基站，確保網(wǎng)絡覆蓋到整個運行區(qū)域，保證監(jiān)測控制機器人運行。

圖4 巡檢機器人行走軌道鋪設

在焦爐地下室鋪設第一條工字鋼軌道，在煙道走廊鋪設另一條工字鋼軌道，布置兩臺機器人分別對設備表面溫度巡檢、氣體濃度、儀器儀表數(shù)據(jù)等進行動態(tài)巡檢。鋪設示意圖如圖5 所示，充電樁放置在軌道首部，在整個運行軌道處均勻分布通信基站，確保網(wǎng)絡覆蓋到整個運行區(qū)域。經過現(xiàn)場實施表明，焦爐巡檢機器人能夠通過驅動輪組和行走軌道進行靈活移動，整個軌跡內的聲音、圖像、氣體等傳感信號能夠實時采集、判斷和回傳，實現(xiàn)智能移動巡檢。

圖5 巡檢機器人工字鋼軌道鋪設圖

4 結語

本項目對焦爐巡檢機器人主要部件設計進行分析，并結合現(xiàn)場情況對多參數(shù)移動巡檢本體、移動巡檢子站、隔爆兼本安型電源箱、軌道系統(tǒng)和后臺軟件系統(tǒng)進行了配套設計，并進行了現(xiàn)場實施。結果表明，焦爐巡檢機器人能夠通過驅動輪組和行走軌道進行靈活移動，關鍵位置的聲音、圖像、氣體等傳感信號能夠有效實時采集、判斷和回傳，實現(xiàn)智能移動巡檢，滿足焦爐系統(tǒng)“無人化、少人化”的工作要求。