智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在電廠煤倉(cāng)間智能化改造的應(yīng)用

1、智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在電廠煤倉(cāng)間智能化改造的應(yīng)用摘要：近年來(lái)，信息技術(shù)和人工智能蓬勃發(fā)展，集自主巡檢、智能監(jiān)控、數(shù) 據(jù)智能采集分析、狀態(tài)報(bào)警等功能于一體的無(wú)人巡檢智能巡檢系統(tǒng)在電力、大型 廠礦、石油化工、冶金、港口、安監(jiān)等領(lǐng)域多有應(yīng)用。針對(duì)目前煤倉(cāng)間日常巡視 檢測(cè)主要的人工巡檢方式存在一客觀問(wèn)題，研究了一種軌道式智能巡檢機(jī)器人， 在煤倉(cāng)間智能化發(fā)展中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)研究。關(guān)鍵詞：智能巡檢；機(jī)器人；煤倉(cāng)間；電廠；應(yīng)用。我國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案和新一代人工智能發(fā)展 規(guī)劃中均提出要“推進(jìn)重點(diǎn)領(lǐng)域智能產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用和試點(diǎn)示范，推動(dòng)人工智能 規(guī)模化應(yīng)用”。國(guó)家能源集團(tuán)2020年度科技創(chuàng)新重點(diǎn)研

2、發(fā)方向指南提出要 大力開(kāi)展“智能運(yùn)行平臺(tái)與功能模塊開(kāi)發(fā)；智能監(jiān)測(cè)、預(yù)警與設(shè)備診斷技術(shù)”。 近年來(lái)，信息技術(shù)和人工智能蓬勃發(fā)展。信息技術(shù)和人工智能技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物， 集自主巡檢、智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)智能采集分析、狀態(tài)報(bào)警等功能于一體的無(wú)人巡檢 智能巡檢系統(tǒng)在電力、大型廠礦、石油化工、冶金、港口、安監(jiān)等領(lǐng)域多有應(yīng)用。一、目前煤倉(cāng)間實(shí)際現(xiàn)狀皮帶機(jī)作為運(yùn)輸?shù)闹髁υO(shè)備，因其自動(dòng)化、專業(yè)化程度較高和連續(xù)化、大運(yùn) 量的作業(yè)方式，在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)揮了極其重要的作用煤倉(cāng)間皮帶機(jī)上方設(shè)備眾多， 運(yùn)行情況復(fù)雜，從人員安全角度及巡檢發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)性考慮，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，工 作人員盡量少進(jìn)入皮帶機(jī)運(yùn)行區(qū)域進(jìn)行巡檢。目前日常巡視檢測(cè)工

3、作主要由人工 巡檢完成，人工巡檢方式存在一客觀問(wèn)題：巡檢的環(huán)境較差，基本都是高溫、噪 音、煤塵下工作，且工作通道狹窄、地形復(fù)雜，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。巡檢人員技術(shù)水平有限，依賴于工人的主觀判斷，可靠性 差，并存在經(jīng)驗(yàn)判斷處理偏差。廊道內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)電視監(jiān)控范圍有限，廊道內(nèi)現(xiàn)場(chǎng) 狀態(tài)監(jiān)測(cè)要素少，難以實(shí)現(xiàn)廊道全線路的狀態(tài)實(shí)時(shí)、量化監(jiān)測(cè)與管理，存在環(huán)境 起火難預(yù)測(cè)、設(shè)備運(yùn)行故障難監(jiān)測(cè)、惡劣環(huán)境下的人員安全難保障的問(wèn)題二、智能巡檢機(jī)器人的概述智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為帶式輸送機(jī)巡 檢和值守提供一套智能、高效、安全的解決方案。智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)主要有五

4、個(gè)方面的功能：環(huán)境監(jiān)測(cè)功能、設(shè)備管理檢測(cè) 功能、輸送機(jī)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)功能、人員安全管理監(jiān)測(cè)功能和智能化輔助功能。由前端 各種數(shù)據(jù)采集傳感器和設(shè)備進(jìn)行全方位數(shù)據(jù)采集，通過(guò)無(wú)線通訊與基站數(shù)據(jù)傳輸， 再經(jīng)過(guò)光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)工作站。工作站配套研發(fā)的軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 儲(chǔ)存和計(jì)算分析，對(duì)計(jì)算分析出現(xiàn)的異常信息進(jìn)行立即報(bào)警和提示，讓問(wèn)題得到 及時(shí)處理和解決。通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)的不斷積累，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)處理智能巡檢機(jī)器人系 統(tǒng)可以自主學(xué)習(xí)，針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題自主進(jìn)行特別關(guān)注，而且大數(shù)據(jù)分析可以建立 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)趨勢(shì)圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的提前預(yù)警，提升設(shè)備使用效率和生產(chǎn)效 率。三、智能巡檢機(jī)器人在煤倉(cāng)間智能化中的實(shí)際應(yīng)用1智

5、能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)安裝方式和組成1.1智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的組成無(wú)人值守智能巡檢系統(tǒng)由智能巡檢機(jī)器人、無(wú)線測(cè)溫測(cè)振模塊、視覺(jué)檢測(cè)模 塊、無(wú)線通訊模塊、充電維護(hù)平臺(tái)、專用軌道、上位機(jī)工作站、系統(tǒng)軟件及其他 相關(guān)設(shè)備組成。其中智能巡檢機(jī)器人、無(wú)線測(cè)溫測(cè)振模塊、視覺(jué)檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)前 段各種數(shù)據(jù)的采集；無(wú)線通訊模塊、充電維護(hù)平臺(tái)、專用軌道保證系統(tǒng)的硬件運(yùn) 轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)的傳輸；上位機(jī)工作站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和人機(jī)交互；系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù) 的計(jì)算分析和反饋。1.2智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的安裝方式電廠煤倉(cāng)間現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，整個(gè)空間共有三條皮帶機(jī)，皮帶機(jī)上方安裝有很 多犁煤器，兩頭有驅(qū)動(dòng)設(shè)備和落料管，只能采用軌道式智能巡檢機(jī)器人系

6、統(tǒng)來(lái)應(yīng) 對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。在每條皮帶機(jī)正上方搭載門(mén)架鋪設(shè)一條軌道，三條軌道用彎 軌連接成一條軌道。智能巡檢機(jī)器人在軌道上進(jìn)行來(lái)回行走，對(duì)整個(gè)煤倉(cāng)間區(qū)域 進(jìn)行覆蓋式巡檢。無(wú)線測(cè)溫測(cè)振模塊安裝在傳動(dòng)設(shè)備相應(yīng)位置，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè) 備溫度和振動(dòng)情況。視覺(jué)采集系統(tǒng)安裝在皮帶機(jī)相應(yīng)位置，對(duì)皮帶機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn) 行實(shí)時(shí)采集。充電維護(hù)平臺(tái)安裝在軌道的一端，對(duì)智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行充電、保 護(hù)和清洗。上位機(jī)工作站安裝在輸煤程控室，方便管理人員進(jìn)行查看數(shù)據(jù)和報(bào)警 信息。2智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的功能2.1環(huán)境監(jiān)測(cè)功能智能巡檢機(jī)器人自身攜帶的環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊，集成搭載的環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，具 備監(jiān)測(cè)環(huán)境中的CO、HS、O2、可燃?xì)怏w、

7、溫度、濕度、粉塵等環(huán)境信息。智能巡 檢機(jī)器人實(shí)時(shí)采集的環(huán)境信息及時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，為操控人員提供現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信 息，當(dāng)監(jiān)測(cè)到有害氣體超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警，以提示運(yùn)維人員及時(shí)處理。2.2設(shè)備管理監(jiān)測(cè)功能2.2.1溫度檢測(cè)智能巡檢機(jī)器人自身搭載的紅外熱像儀對(duì)滾筒及托輥軸承進(jìn)行溫度檢測(cè)判別， 當(dāng)被檢測(cè)設(shè)備超過(guò)設(shè)定溫度值時(shí)，機(jī)器人能夠自動(dòng)報(bào)警。建立數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)大數(shù) 據(jù)分析溫度時(shí)間段內(nèi)的變化曲線，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)判。2.2.2重點(diǎn)部位振動(dòng)檢測(cè)無(wú)線測(cè)溫測(cè)振模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備重點(diǎn)部位的溫升及振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。皮帶 機(jī)、管帶機(jī)重要滾筒及托輥軸承溫度、振動(dòng)檢測(cè)。判斷滾筒、托輥是否需要進(jìn)行 更換。建立數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分

8、析溫度時(shí)間段內(nèi)的變化曲線，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)判。2.3輸送機(jī)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)2.3.1物料溫度檢測(cè)智能巡檢機(jī)器人通過(guò)設(shè)置，對(duì)皮帶物料區(qū)域進(jìn)行劃線標(biāo)注和卡位保存，當(dāng)機(jī) 器人運(yùn)行到卡位后，熱像儀會(huì)自動(dòng)對(duì)該區(qū)域所標(biāo)注的物料進(jìn)行溫度的檢測(cè)。2.3.2膠帶跑偏實(shí)時(shí)檢測(cè)首先，對(duì)采集的視頻圖像提取有效區(qū)域圖像，通過(guò)使用灰度處理、Canny邊 緣檢測(cè)、霍夫直線檢測(cè)等圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)膠帶邊緣的檢測(cè)，將膠帶邊緣檢測(cè) 的位置和設(shè)定好的閾值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)膠帶邊緣的位置超出閾值時(shí)，則判斷膠帶跑 偏。2.3.3撒料檢測(cè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)在皮帶邊緣安置固定攝像頭并在皮帶運(yùn)行垂直方向打一束激光， 通過(guò)邊緣檢測(cè)獲取皮帶邊緣，并在皮帶一側(cè)獲取固定像

9、素視頻圖像，通過(guò)圖像處 理得到圖像內(nèi)激光線的骨架圖，當(dāng)皮帶邊緣沒(méi)有物體遮擋時(shí)，骨架線將呈直線； 若皮帶邊緣出現(xiàn)煤礦遮擋，則骨架線會(huì)變曲折或折斷。通過(guò)分析骨架線是否落在 一條直線上，判定是否出現(xiàn)撒料現(xiàn)象。2.4人員安全管理監(jiān)測(cè)功能2.4.1人員行為識(shí)別人員動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)采用25倍星光級(jí)光學(xué)變焦鏡頭，360度無(wú)死角轉(zhuǎn)動(dòng)。智能巡檢 機(jī)器人采集的現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)人員檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)人員目標(biāo)及坐標(biāo)， 并結(jié)合圖像所標(biāo)記皮帶位置，判斷人員是否靠近皮帶，避免造成人身傷害事故。 可對(duì)巡檢區(qū)域出現(xiàn)摔倒、被困、昏迷、打鬧、快速移動(dòng)、聚集等非常規(guī)行為進(jìn)行 分析、判斷、提醒和報(bào)警。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員違規(guī)操作、違規(guī)接觸設(shè)備進(jìn)行

10、分析、判斷、 提醒和報(bào)警。2.4.2人員工裝識(shí)別對(duì)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)人員是否佩戴安全帽進(jìn)行識(shí)別；對(duì)巡檢區(qū)域的人員是否佩戴口罩、 手套、護(hù)目鏡等其他規(guī)定的工裝進(jìn)行識(shí)別；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作、維護(hù)人員是否放置安全 標(biāo)志物進(jìn)行識(shí)別。2.5.智能輔助巡檢功能2.5.1故障自檢功能輸煤棧橋內(nèi)巡檢機(jī)器人在巡檢工作任務(wù)執(zhí)行前進(jìn)行自檢，自檢通信、動(dòng)力、 電源等功能，確保機(jī)器人各項(xiàng)功能特征正常，并向后臺(tái)反饋各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。2.5.2自動(dòng)巡檢與自主學(xué)習(xí)功能中控系統(tǒng)是搭載智能巡檢機(jī)器人監(jiān)控軟件系統(tǒng)，可自主定制巡檢策略：主要 包括實(shí)現(xiàn)智能巡檢機(jī)器人自主啟動(dòng)停止、機(jī)器人自主控制運(yùn)行長(zhǎng)度、軌跡、速度、 時(shí)間，通過(guò)智能學(xué)習(xí)，對(duì)容易出現(xiàn)環(huán)境超標(biāo)的

11、重點(diǎn)區(qū)域及常見(jiàn)的設(shè)備故障點(diǎn)（如 溫度升高、設(shè)備異響等）進(jìn)行重點(diǎn)巡視及駐點(diǎn)觀察，并自主生成巡檢報(bào)告，為安 全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持和設(shè)備診斷科學(xué)依據(jù)。2.5.3雙向語(yǔ)音&人機(jī)交互智能巡檢機(jī)器人的雙向語(yǔ)音功能指的是對(duì)講和廣播功能。對(duì)講是指站內(nèi)工作 人員能夠在巡檢機(jī)器人管理后臺(tái)和機(jī)器人之間進(jìn)行對(duì)講，本功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)開(kāi) 啟巡檢機(jī)器人管理后臺(tái)的語(yǔ)音對(duì)講，同時(shí)前方工作人員需打開(kāi)機(jī)器人的語(yǔ)音按鈕。 廣播則可用于管理后臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作遠(yuǎn)程指揮或緊急情況下要求快速撤離等。2.5.4自動(dòng)充電功能巡檢機(jī)器人在電量低于設(shè)定閾值后實(shí)現(xiàn)自主回巢充電，避免在巡檢過(guò)程中突 然斷電，避免現(xiàn)場(chǎng)巡檢盲區(qū)的出現(xiàn)。巡檢機(jī)器人利用編碼器與RFI

12、D配合實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位功能，定位精度可達(dá)2cm。為機(jī)器人巡檢提供精確位置標(biāo)識(shí)，及快速定位問(wèn)題點(diǎn)位置，方便維修人員快速到 達(dá)問(wèn)題位置并解決問(wèn)題。2.5.6軌道清掃由于輸煤廊道內(nèi)粉塵濃度高，且存在落料煤塊滯留于軌道上，可能影響巡檢 機(jī)器人的正常通行；機(jī)器人配備了超高分子聚乙烯毛刷頭，具有耐磨，使用周期 長(zhǎng)的特點(diǎn)，并且對(duì)軌道表面無(wú)二次傷害。2.5.8自動(dòng)和手動(dòng)雙模式機(jī)器人可以在自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式自由切換，手動(dòng)模式級(jí)別高于自動(dòng)模 式，手動(dòng)控制功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人車體移動(dòng)、駐車觀測(cè)等動(dòng)作。四、智能巡檢機(jī)器人在實(shí)施過(guò)程中的注意要點(diǎn)智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在安裝實(shí)施過(guò)程中信息采集端和良好的信息通訊非常關(guān) 鍵，信息采

13、集端是測(cè)溫測(cè)振傳感器、越界攝像頭和跑偏攝像頭的安裝難度最大。 測(cè)溫測(cè)振傳感器需要安裝在振動(dòng)最強(qiáng)烈的地方，電機(jī)振動(dòng)主要原因是因?yàn)殡姍C(jī)底 座不平導(dǎo)致電機(jī)出軸與耦合器不對(duì)中，在設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)很難判斷最強(qiáng)烈的振動(dòng)點(diǎn)， 因此我們要經(jīng)過(guò)多次擺放振動(dòng)傳感器位置最終確定安裝位置，在電機(jī)的出軸及減 速機(jī)非驅(qū)動(dòng)軸的對(duì)面，保障采集數(shù)據(jù)真實(shí)反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)。安裝還需要進(jìn)行焊接， 焊接過(guò)程要對(duì)皮帶的電機(jī)、減速機(jī)進(jìn)行停電，避免焊接過(guò)程損壞電機(jī)、減速機(jī)。越界攝像頭及跑偏攝像頭安裝：攝像頭采用POE供電，從帶速跑偏控制箱到 攝像頭走1路網(wǎng)線，網(wǎng)線在進(jìn)出設(shè)備及控制箱時(shí)要做好軟管防護(hù)，在跨越皮帶機(jī) 時(shí)要做好鍍鋅管防護(hù)。安裝位置的選擇是基于皮帶上有多個(gè)犁煤器裝置，考慮犁 煤器在反復(fù)擠壓皮帶過(guò)程中是否出現(xiàn)變形等情況。我們選擇在皮帶機(jī)中間部位， 左右側(cè)各安裝一個(gè)跑偏攝像頭，能夠更加精準(zhǔn)的捕捉皮帶機(jī)的跑偏狀態(tài)。由于信息采集端很多，智能巡檢機(jī)器人又不方便進(jìn)行有限傳輸，在整個(gè)系統(tǒng) 中采用無(wú)線基站也智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行數(shù)據(jù)傳統(tǒng)，所以基站安裝必須沒(méi)有信號(hào)死 角，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間和設(shè)備位置，避開(kāi)強(qiáng)磁干擾，合理安排安裝點(diǎn)，預(yù)設(shè)點(diǎn)選好后要用智能巡檢機(jī)器人反復(fù)測(cè)試，確保無(wú)線信號(hào)均勻分布，保障智能巡檢機(jī)器人 在儲(chǔ)煤間內(nèi)巡檢過(guò)程通訊流暢。結(jié)束語(yǔ)：通過(guò)在廊道搭建智能巡檢管理系統(tǒng)，對(duì)廊道進(jìn)行全線路、全方位、 全自主的智能化巡檢管理，實(shí)現(xiàn)無(wú)人