智能巡檢機器人在井下變電所中的應用

王繼斌

陜西建新煤化有限責任公司，中國·陜西 延安 727300

1 引言

近年來，隨著機器人技術的發展，智能巡檢機器人逐漸應用到礦山井下變電所、水泵房及大型輸送帶巷道等場所，替代井下巡檢人員全天候、全方位、全自主對現場設備進行智能巡檢和監控，及時發現設備的內部熱缺陷、外部機械或電氣問題。使運維人員及時發現診斷故障。

目前建新礦井下變電所的巡檢和檢修工作還是采用傳統的人力來定時檢查和定點駐守。該方法費時費力且效率低，而且在井下復雜的設備環境下，也給巡檢工作的安全方面帶來不確定性。

2 技術分析

傳統的井下變電所采用人員分班駐守和固定式視頻監控系統兩種方式。人工巡檢存在漏巡、漏檢現象，而且井下現場設備會對人身安全存在威脅；傳統的視頻監控系統監測范圍固定、受限且布線多，后端圖像切換、調取，存儲量大，而且設備功耗大、維護任務重。輪式智能巡檢機器人搭載有本安型“雙光譜”云臺攝像儀、紅外熱像儀、氣體監測儀、溫度傳感器等設備，實時監測井下現場的圖像、聲音、煙霧、溫度及各種氣體等數據，并通過無線網絡實時傳輸至后臺[1]。當監測到設備出現異常故障時可通過自身攜帶的聲光報警器進行報警，并將設備故障信息傳至地面控制主機，提醒運維人員對該設備進行維修，以確保無人巡檢狀態下變電所的安全運轉。

3 巡檢機器人組成及主要功能

3.1 系統組成

建新礦變電所多參數巡檢機器人主要由礦用多參數移動巡檢裝置、礦用隔爆兼本安型直流穩壓電源、礦用本安巡檢子站、終端工作站、80mU型軌道、停車限位支架、控制電纜等組成，系統能夠完全代替巡檢工，可靠巡檢、無線充電，實時采集、存儲、傳輸現場的圖像、聲音、溫度等數據，通過對數據的分析，判斷是否存在設備故障以及故障位置。因此它具有效率高、費用低、實時性好、安全性高等特點，具有非常重要的使用意義。巡檢機器人實物圖如圖1所示。

圖1 巡檢機器人實物圖

3.2 主要功能

3.2.1 移動視頻圖像采集功能

機器人裝置搭載有本安型“雙光譜”云臺攝像儀，分別采用500萬像素、30倍光學變焦1080P可見光成像，實現人工巡檢的“看”，能夠實時傳輸硐室內的工況，實現變電所內全方位可視化監控。

3.2.2 紅外測溫功能

采用10倍變焦720P非接觸式紅外熱像測溫原理，通過捕捉硐室電氣設備表面的溫度數值，并形成熱視圖像，直觀展示設備溫度分布情況，快速定位高溫故障點。

3.2.3 聲音采集功能

采用標準聲傳感器進行音頻采集，完整記錄設備噪聲的特征，通過網絡傳輸到分析處理軟件，從而實現人工巡檢的“聽”。

3.2.4 氣體檢測功能

機器人搭載氣體傳感器，能檢測硐室環境中的瓦斯、一氧化碳、氧氣等氣體濃度，實現超限預警。

3.2.5 煙霧探測功能

搭載煙霧探測傳感器，硐室環境中有煙霧產生，超限預警，防止火災事故的發生。

3.2.6 定點監測功能

當設備巡檢至高爆柜或低壓開關儀表區域時，自動讀取指針/數字儀表數據，轉化為數字信號后存儲至上位機，當數值超出閾值時發出聲光報警信號。

3.2.7 雙模式運行功能

可切換自動巡檢和手動巡檢兩種模式，手動級別高于自動巡檢，可遙控巡檢機器人快速到達指定的位置。

3.2.8 遠程視頻對講功能

可控巡檢機器人移動至指定位置，與現場人員視頻會議，實現井上、井下指揮作業。

3.2.9 自動電量監測、自主充電功能

采用鋰電池供電，并自動檢測電池電量，剩余電量不足時主動尋找無線充電樁進行充電。

3.2.10 數據存儲查詢功能

將設備采集到的數據和處理后的結果存儲在遠程端的上位機，以便日后對歷史數據進行查詢比較。

3.2.11 遠程后端

遠程控制端為機器人數據及在線設備數據的分析終端，采用高配置的工業服務器安裝于信息中心，通過控制主機監控軟件對現場采集的所有數據進行分析處理、預警、存儲等[2]。能夠對機器人實現手動模式及自動模式巡檢。

4 巡檢機器人實踐應用

建新礦中央變電所采用雙排開關布置，采用半封閉側掛式軌道，實現對變電所內高、低壓開關自動巡檢，巡檢軌道不超過80m，一臺巡檢機器人可覆蓋整個變電所，變電所內安裝一臺充電樁，兩臺本安巡檢子站、一臺終端工作站完全實現變電所設備巡檢以及通訊覆蓋。

5 效果評價

①自動巡航功能，系統提供多種方式的自動巡檢計劃和方案，實現完全自動化運行，實現每天多次的對設備工作狀態的巡檢、自動預警、自動輸出報表等功能。減少了人員到現場巡視次數，提高運行人員工作效率，有效降低了運行人員的工作強度。

②具備現場聲音采集及視頻對講的功能，通過對變電所內設備運行或故障報警時的聲音，判斷設備是否存在異常，從而能夠及時地將預警信息發送到運維人員手機中，避免故障進一步擴大。

③具備硐室環境測溫及設備測溫功能，設備運轉過程中出現的故障點會影響設備局部溫度過高的現象，紅外熱像儀能快速檢測發現損壞的設備；同時將設備的溫度數據傳輸到遠程控制端進行分析處理。

④環境氣體超標報警功能，當現場環境出現煙霧、瓦斯超標時及設備發生異常，地質變化、通訊系統故障、機器人掉線30min等異常情況時，系統都進行報警。當運維人員確處理后，系統解除報警[3]。

⑤具備無人值守功能，實現自診斷功能，如檢測到電量低后，自動返回充電。

⑥具備高清巡查功能，通過巡檢機器人搭載的云臺攝像儀，即可實現硐室內全方位、無死角監控，確定設備是否存在異常、設備的損壞程度、故障位置，確認是否需要停機檢修以及有無違章操作人員等情況。

⑦具備數據識別功能，機器人定時定點采集設備指示燈、開關按鈕及液晶屏數據，出現設備參數異常變化時，預警通知運維人員及時處理。

⑧自動預警、短信報警功能，在系統巡檢過程中，如發現設備異常自動報警，報警信息有文字信息和聲音信息，提示運維人員具體的報警位置狀況信息，以便跟蹤故障點，確認告警情況并排除故障。

⑨具備減人增效的功能，通過地面實時監視，即可撤掉變電所崗位人員，實現對井下41盤區幾個變電所的同時巡檢并且減少巡檢人員數量。

6 結語

變電所“智能巡檢機器人”的上崗，改變了變電所守崗人員以及日常巡檢人員的工作模式，而且在保證安全情況下推進了變電所無人值守的進程，同時更好地將機器人巡檢技術應用到煤礦井下各個場所。