電廠輸煤場景皮帶機智能巡檢的研究與應用

陳 錚

（國能浙江北侖第一發電有限公司，浙江紹興 312000）

0 引言

電廠輸煤是電廠生產過程中至關重要的一環，輸煤設備的安全穩定運行直接關系到電廠的正常生產。然而，由于輸煤設備長時間高強度運行，往往會出現皮帶撕裂、電機振動、托輥發熱異常等問題，如果不能及時發現并處理，將會導致嚴重的安全事故和生產損失。因此，如何實現對輸煤設備的及時、準確監測成為當前亟待解決的問題。

傳統的人工目視的巡檢方式往往不夠及時，也難以做到精準監測，大多數都是事后發現，難以做到事前預防。而采用智能巡檢機器人則存在一些盲區問題，像電機的振動、皮帶的撕裂等機器人無法做到識別全覆蓋。為了解決這些問題，本文提出了一種將智能巡檢機器人和定點設備監測相結合的方案，通過巡檢機器人和定點設備的協同作業，能夠對多種缺陷和異常進行全面監測和預警，從而提高電廠輸煤設備的運行安全性和可靠性。

當皮帶機設備出現問題時，皮帶機的監測系統可以迅速找到問題并及時制止，這為煤礦的正常生產提供了重要幫助。皮帶機智能監測系統的引入，不但可以減輕技術人員工作強度，還能夠精準地找到故障點，提高故障監測和處理的工作效率[1]。

1 研究背景

1.1 傳統巡檢方式

傳統的輸煤設備巡檢主要依靠人工巡視和定期檢修，存在巡檢盲區大、周期長、效率低等問題。同時，對于一些需要實時或接觸式采集數據的缺陷，傳統巡檢方式也往往難以做到精準監測。

1.2 單一巡檢機器人巡檢方式

現在市面上一些智能巡檢機器人的方案，往往存在一些盲區問題，像電機的振動、皮帶的撕裂等機器人無法做到識別全覆蓋。目前，電機的振動市面上主流的監測方式還是接觸式測量，而巡檢機器人主要監測手段是非接觸式的，無法有效監測到振動數據，也可通過激光測振的方式進行非接觸式測量，但是成本過高，不適合此場景的應用。皮帶撕裂主要發生在皮帶面上，工作面上因為有煤料覆蓋，機器人可見光無法直接監測，只能通過皮帶的回程面來觀測，而機器人因為要觀測托輥異常，無法有效兼顧皮帶回程面的狀態數據；同時皮帶撕裂的監測實時性要求非常高，機器人主要還是采用例行巡檢的方式，故無法滿足高實時性的監測要求。

2 研究方案

2.1 方案架構

針對傳統巡檢存在的問題，本文引入了智能巡檢機器人技術。巡檢機器人配備定點攝像頭、溫振傳感器、皮帶撕裂監測等定點設備，通過各類工業協議，統一接入智能化運維平臺，形成一個圍繞機器人、輔以各類定點傳感器的智能巡檢機器人系統，能夠對輸煤設備進行全方位、全天候的監測，并通過機器學習和深度學習算法，實現對各種異常情況的識別和預警。方案架構如圖1所示。

圖1 方案架構圖

如圖2所示，智能巡檢機器人系統主要由軌道式巡檢機器人、軟件平臺、供電平臺、軌道總成、通信平臺、皮帶撕裂監測裝置、溫振在線監測裝置、定點攝像頭及其他輔助設備組成，通過部署在輸煤程控室的后臺監控平臺，能夠實時管理及控制機器人在線進行巡檢任務作業；同時，通過信息專網，能夠將巡檢機器人的巡檢畫面及巡檢結果和其他定點智能監測設備的監測數據及分析結果等信息上傳至后臺監控平臺，實時對現場前端設備的狀態進行監控管理。

圖2 機器人巡檢系統網絡拓撲圖

2.2 方案應用

本方案通過在皮帶機頭部和尾部安裝固定式高清攝像機、紅外熱像儀、振動傳感器和皮帶撕裂監測定點設備；在廊道內行人側安裝軌道，布置皮帶機智能巡檢機器人，實現對廊道皮帶機驅動裝置和皮帶機運行狀態的實時監測，采集到的圖像、溫度、振動、聲音等數據傳輸至中控室服務器，系統管理軟件實時在線分析檢測數據，通過對數據的分析識別，判斷是否存在皮帶機運行異常和設備故障，以實現對設施異常狀況和設備故障的診斷、預警和處置等功能，減少皮帶機事故的發生，確保皮帶機系統安全可靠運行。安裝示意圖如圖3所示。

圖3 機器人巡檢系統安裝示意圖

2.2.1 智能巡檢機器人應用

本方案選用的是軌道式巡檢機器人，是整個巡檢系統的核心組成部分，承擔輸送區域內巡檢和現場處置的主要功能，巡檢機器人的主要部件包括車體、驅動電機、控制箱、避障傳感器、360°全角度攝像頭、紅外熱成像鏡頭、LED照明燈具、煙霧探測器、溫度/濕度探頭、四合一（CO、O2、CH4、H2S）氣體傳感器、拾音器等。

如圖4所示，機器人軌道沿皮帶機進行鋪設，頭尾部設計成平軌，各設計一個充電樁；無線AP安裝在頭部區域，覆蓋全程，保證無遮擋；按需在頭部充電樁后1 m左右位置安裝機器人自清潔裝置。

圖4 機器人安裝位置示意圖

2.2.2 皮帶撕裂監測裝置應用

鋼絲繩芯帶式輸送機是現代煤礦生產的主要運輸設備，實現鋼絲繩芯輸送帶在線監測的關鍵技術是帶式輸送機安全運行的重要保證[2]。

機器人進行巡檢時，監測場景主要為皮帶上輸料的狀態，而皮帶撕裂處于煤料的下部且皮帶高速運動，因此通過在落煤口3 m左右位置增加皮帶撕裂智能監測單元（圖5）對撕裂進行定點監測和AI識別，發現撕裂缺陷時立即報警。

圖5 皮帶撕裂監測裝置安裝位置示意圖

皮帶撕裂智能監測單元由定點的高速CCD光學相機、激光發射器、AI邊緣處理器、通信配電模塊及其他附件組成，結合AI圖像識別技術對皮帶可能出現的撕裂狀況進行監測，線激光束打在皮帶底部，隨皮帶呈弧形，當皮帶運動時，線激光對皮帶進行掃描，高速相機置于皮帶兩側底部，與水平呈約45°仰角，實時對帶線激光皮帶底部進行圖像采集，如皮帶底部紋理特征異常（有裂紋、裂口等撕裂前兆現象），在異常部分經過線激光時，線激光會發生畸變，此時高速相機采集到線激光畸變的圖像傳入后臺，采用圖像識別技術進行診斷分析并告警，記錄畸變位置，引起監控人員注意并采取相應措施。

2.2.3 溫振傳感器應用

輸煤皮帶機在運行過程中，可能會因電機自身原因、電源原因、負載變化等發生故障，通過監測設備溫度、振動數據的變化，可有效預防電機故障的發生[3]。

針對需要采集的振動數據，機器人無法直接監測獲取，故在電機、減速機、滾筒等關鍵設備上安裝有溫振傳感器，用于實時采集設備運行過程中的溫度及振動情況，對設備的運行健康狀態進行監測與預判。當發現設備存在溫度過高或異常振動等問題時會及時定位具體設備的具體位置及問題情況，并將這些信息傳輸到后臺監控平臺進行預警顯示，提醒后臺管理人員處理。

2.2.4 定點相機應用

輸煤廊道環境復雜、設備較多，機器人不可避免會有很多視野盲區，所以在機頭機尾、落料口、皮帶機上方等機器人視野盲區位置按需布置定點監測攝像頭，用于監測區域范圍內有無人員違規入侵、違規吸煙、異物、明火、未佩戴安全帽等異常行為現象，檢測落料口有無堵料、皮帶有無跑偏等異常現象，并定位故障位置，將數據信息傳輸到后臺監控平臺及時預警，通知后臺管理人員處理。

3 方案應用效果

本方案在某電廠輸煤皮帶上進行了應用，對于皮帶日常巡檢工作來說，該方案有效提高了工作效率，降低了運維人員的勞動強度，加強了作業的安全性，并產生了可觀的經濟效益，如表1所示。

4 結束語

本文提出了一種巡檢機器人與定點設備協同作業的方案。巡檢機器人負責對非接觸式數據的采集，定點設備則負責對接觸式或需要高實時性的缺陷進行監測，通過兩者協同作業，能夠實現對輸煤設備各種缺陷和異常的全面監測和預警。

通過對電廠輸煤場景中智能巡檢與定點設備監測方案的研究與應用，本文實現了對多種缺陷和異常的早期識別與預警，進一步提高了電廠輸煤設備的運行安全性和可靠性。未來，隨著人工智能和大數據技術的不斷發展，相信該方案將在電廠輸煤領域發揮更加重要的作用。