智能化巡檢機器人在煤礦變電站應用策略

黃 松,謝 濤,劉學峰,王 瑞

(國能蒙西煤化工股份有限公司棋盤井煤礦,內蒙古 鄂爾多斯 017000)

0 引言

隨著人工智能技術的不斷發展,將智能化巡檢機器人應用于煤礦變電站的巡檢中已經成為很多煤礦企業重點關注并應用的一種方式。將智能化巡檢機器人應用于煤礦變電站巡檢當中不僅能夠保證日常巡檢工作的順利開展,同時結合機器人巡檢的數據進行分析可全面地觀察變電站的運行狀態。其次,巡檢過程中采集的數據對于煤礦變電站設備維護、設備檢修以及設備狀態評估具有重要的意義,可有效減少危險情況的發生[1]。因此,在煤礦變電站中應用智能化巡檢機器人就顯得尤為重要。通過分析當前煤礦變電站的巡檢情況,部分煤礦變電站還在沿用傳統的人工巡檢的方式,主要依賴于巡檢人員的感官判斷和現場經驗,存在效率低、可靠性差、勞動成本高、實時性差等缺點,加上部分機械設備的運作時間較長,出現老化的情況較為嚴重,無形之中增加了設備的安全使用隱患。因此,分析智能化巡檢機器人在煤礦變電站的設計及應用策略,能夠為變電站的智能化巡檢提供基礎和保障,對于提升煤礦企業的核心競爭能力具有重要的作用。

1 智能化巡檢機器的組成系統

智能巡檢機器人在實際運行過程中主要是通過利用WiFi通信系統中的各個部分,可最大限度地實現信息交互,其系統構造如圖1所示。智能化巡檢機器人運作時能夠針對變電站中各個部分的運行狀態、開關情況、數據采集、障礙報警以及安全檢測等工作進行預警,在減少事故發生的同時提升巡檢的整體效果。

圖1 智能巡檢機器人系統構造Fig.1 System structure of intelligent inspection robot

后臺管理系統由各個服務器以及顯示器等共同組成,在變電站的正常運行中,它是確保數據接收、處理、發布的一個關鍵環節,對于提升系統的運行效率具有重要的作用[2]。該軌道系統由軌道吊架組件、軌道本體等部件組成,以確保巡檢機器人的正常運行。電力供應系統中,主要使用高性能的鋰電池作為智能巡檢機器人的電源,這種供電方式方便快捷,也能減少因用電產生的事故,且后續的自主充電較為便捷。通信系統主要為無線通信系統和有線通信系統。智能化巡檢機器人巡檢過程中綜合不同的系統進行數據收集與管理,能夠保證后臺與管理系統之間得到高效的運作,是煤礦變電站中極為重要的一個部分,能夠為變電站的巡檢與管理提供保障[3]。

2 智能化巡檢機器人的功能分析

2.1 自主充電功能

智能巡檢機器人自主充電是煤礦變電站中監控系統智能化表現的一個途徑,可減少人工充電的次數,提升機器人的使用效率。在巡檢機器人的主體上配備一塊特殊的鋰電池,在巡視軌道的末端安裝一個防爆的無線充電器,智能巡檢機器人在巡檢的過程中能夠及時發現電量的多少,并及時地做出對應的充電準備。同時,其中的掃描和識別RFID標簽能夠將“開門信息”發送給 PC終端,由主機發出“開門”的命令,充電樁的倉庫門會及時打開,伸出導軌將機器人送至對應的充電口,進入充電器進行無線充電。這樣的功能設計能夠防止因電力不足引起的巡檢失效,可實現長時間、穩定、高效的供電,同時也能減少對環境以及工作人員的傷害[4]。智能巡檢機器人中的充電板架構中包含的內容有BMS、PACK、ADC、MCU、DAC等,不同的架構所擔任的任務以及電量分配之間存在一定的差異,是共同組成自主充電功能的重要部分。

2.2 安全識別功能

智能巡檢機器人具有人員入侵識別與未帶安全帽識別功能,可做到實時監控和報警。如果有不明身份的人進入,或是未按照相關巡視規定佩戴頭盔的人進入巡檢場所,巡邏機器人會自動拍攝并發出警報,通知調度中心的管理員。智能化巡檢機器人中的頭盔識別主要采用的是深度學習算法,對監控錄像進行實時分析,當監視器顯示沒有戴頭盔時,系統會自動發出警告,與此同時系統會自動保存時間、地點和相應的照片。頭盔識別和火焰識別系統所采集到的視頻信息,大部分都是從原系統前端的網絡攝像機中采集到的,網絡攝像機位于服務器終端或者監控中心。技術人員在設置時借助RTSP協議訪問攝像機進行視頻流的分流和獲取,不僅能夠及時獲取視頻信息,同時還能針對視頻內容中存在的問題進行針對性的處理,可以達到實時監控和報警的功能[5]。

2.3 智能讀表功能

煤礦變電站中需要使用到的儀表數量眾多,且不同的儀表控制著不同的生產過程,每個設備的位置都比較固定。系統在實際運行時可以直接通過智能化巡檢機器人監控各個儀表的實時運行狀態。煤礦變電所在生產中必須采用智能儀表,在儀表盤上安裝數位傳送系統,而變電所通常有許多儀表盤,若要將電子儀表盤、智能儀表盤全部安裝將會耗費企業大量的資金[6]。而采用智能化巡檢機器人可以取代傳統的智能讀表,實現對儀表數據的實時讀取和傳遞。其次,讀表功能通過Python中Pillow和Pytesseract庫以及機器學習算法將提取圖片中的儀器儀表數值進行記錄,不僅有助于技術人員對讀取出來的數據進行分析,同時對于設備以及系統的維護也能提供一定的支撐,從而達到高性能維護的效果。智能讀表功能的運行模式如圖2所示。

圖2 智能讀表功能運行模式Fig.2 Operational mode of intelligent meter reading function

2.4 避障功能

智能化巡檢機器人在實際操作中,機器人主要采用的是高精度的TOF激光雷達技術在其上端使用光束雷達,可以實時地掃描車身的前后部位,最后掃描得出的圖像能夠放射回來,借助反射的光束以及光束波之間的距離計算與障礙物之間的距離[7]。這樣的計算方式不僅能夠避免撞到其他的大型車輛,同時也能提升設備的使用壽命。在機器人下端使用8個點式TOF激光雷達,在車體的前、后、左、右不同部位進行掃描,可有效避免障礙物對車輛運行產生的影響,其避障功能運行流程如圖3所示。

圖3 避障功能運行流程Fig.3 Operational process of obstacle-avoiding function

2.5 視頻監測功能

智能化巡檢機器人裝備有清晰的可見光攝像機和紅外熱像儀。在巡視期間,利用可視光照相機對變電站開關柜的外形、工作狀態、開關分閉狀態、儀表故障指示等進行實時的數據傳輸,并將所獲得的數據傳輸到管理服務平臺進行分析和診斷。紅外熱象機能夠實時地獲取變電站內的溫度及內部的開關溫度,并將其傳送至管理服務平臺進行分析與診斷。當溫度超過允許范圍時就會自動報警,實現對電力設備的實時監測和故障診斷,有助于設備管理人員及時的做好相應的故障應對策略,提升設備的運行質量。

2.6 操作查詢功能

在煤礦變電站工作環境中智能化巡檢機器人需要向現場管理者及時提供必要的查詢和操作。具體而言,由于目前煤礦變電站尚未實現無人作業,所以在日常工作中不可避免地會有人為的作業。因此,為了進一步提升作業人員的作業質量與效率,智能化巡檢機器人需要在作業流程中提供相關的作業查詢,以提升作業系統的智能化與自動化程度。首先,智能化巡檢機器人需要具有基本的查詢報告功能,能夠及時地幫助現場管理者掌握各地區的設備狀態,掌握設備的運行參數;在人機交互界面上,通過問詢鍵可以實時掌握采集到的數據,并對監控信息進行實時的檢測;巡邏車內有數據查詢功能,工作人員可以通過巡邏車上的數據迅速地從系統中提取出具體的數據[8]。例如,在數據表上可顯示有關設備和儀表的故障。此外,在巡查作業中現場管理者還可以借助巡檢機器人的歷史巡檢記錄對系統的運行狀況進行分析,及時掌握系統設備的情況。但是,在實際檢驗設備的歷史資料時還要參照資料的時間,以保證所抽取的資料具有一定的參考價值,以便更好地掌握設備的使用情況,從而防止出現事故。

3 智能化巡檢機器人在煤礦變電站的應用

將智能化巡檢機器人應用于煤礦變電站的日常巡檢當中,不僅能夠節省人力物力的支出,同時對于提升企業的巡檢效率和質量具有重要的意義。但智能化巡檢機器人在巡檢過程中也存在一定的不足,主要集中于對傳感器設備的應用、智能化水平的建設以及管理人員綜合素養幾個方面。因此,提出針對性的應對策略可有效提升巡檢質量,從而提高煤礦企業的核心競爭力。

3.1 做好傳感器設備的靈活應用

在實際使用中,智能巡檢機器人需要對變電站設備的操作及周邊環境進行監測,原因是這類特性對智能傳感裝置的依賴性很強。因此,應當充分利用智能化巡檢機器人靈活應變的優勢,確保智能感應器能收集到完整、全面的資訊,為智能巡檢機器人的工作提供良好的基礎[9]。其次,應重視智能化巡檢機器人的日常保養及檢修工作。具體而言,可以通過設備制造商指定具有一定技術水準的專業維修工對整個工作站進行定期檢修與標定,保證機器人巡檢的正確性。檢查機械臂的外形、驅動輪、轉向輪的工作狀態,是否出現卡滯現象,照相機有沒有灰塵。定期檢查機械設備的充電室是否漏水、門窗是否密封性、室內充電器、空調設備是否工作正常等,以防止智能化巡檢機器人發生故障,影響巡檢工作的正常進行[10]。

當采用自動化巡檢模式巡檢時,機器人會根據巡檢任務的內容、時間、路徑等參數,自動啟動,完成巡檢任務,實時監測和分析數據。技術人員可以綜合這一巡檢模式的優勢對巡檢流程進行設計,確保巡檢模式正常以達到較好的巡檢效果。

3.2 提高巡檢機器人的智能化水平

在運用智能化巡檢機器進行巡檢的過程中還應加強軟硬件的升級,以提升其智能化程度。尤其是在煤礦變電站中要充分利用監控機器人,通過智能監控系統進行硬件升級,提高其智能化使用的效率。例如,在利用智能化巡檢機器人時,為確保智能化水平的有效提升,可以將巡檢中的遙控巡檢模式進行高效利用。當智能化巡檢機器人在自動巡視時,及時發現異常的設備和環境狀態,并向操作人員發出警報,操作人員可以通過后臺的遠程控制界面,控制機器人快速的找到異常設備并查看,確認報警,同時為后續制定管理對策提供一定的指導[11]。

3.3 提升管理人員的素質

煤礦變電站企業管理人員的專業能力以及綜合素養很大程度上決定智能化巡檢機器人巡檢的效果和質量。當前,絕大部分智能化巡檢機器人需要使用到的智能設備以及系統較為復雜,管理人員在對其進行管理的同時需要具備較強的專業能力。通過不斷提升自身的專業能力,重視相關戰略理念的融合,可為變電站智能化管理工作提供保障。例如,對于750 kV大樞紐變電站巡檢工作存在設備和設備區多的問題,僅靠1臺機器人進行1次設備巡視需要很長時間。因此,管理人員可以對巡檢機器人進行二次配置。根據巡檢線路將整個站點的設備分為2部分,并由2個機器人進行巡檢。從設備規模、工程投資等方面考慮,對1座小型變電站宜采用多個充電室;在2座及以上主變規模大的變電站中,選擇智能化巡檢機器人雙配置方案[12]。

4 結語

智能化巡檢機器人在煤礦變電站中具有較好的應用前景。將智能化巡檢機器人應用于煤礦變電站當中不僅能夠較好地解決傳統巡檢工作存在的效率低下、可靠性差、人工成本高等問題,同時還能實現實時巡檢,幫助煤礦變電站企業減少成本投入。煤礦企業在利用智能化巡檢機器人進行巡檢的同時,還應當重視對于傳感器設備的靈活應用,提升機器人智能化水平,重視管理人員專業技能及綜合素養的提升,提高巡檢的智能化管理水平。