黄东东
国能神皖安庆发电有限责任公司 安徽省安庆市 246003
摘要：近年来，信息技术和人工智能蓬勃发展，集自主巡检、智能监控、数据智能采集分析、状态报警等功能于一体的无人巡检智能巡检系统在电力、大型厂矿、石油化工、冶金、港口、安监等领域多有应用。针对目前煤仓间日常巡视检测主要的人工巡检方式存在一客观问题，研究了一种轨道式智能巡检机器人,在煤仓间智能化发展中的应用进行详细研究。
关键词：智能巡检；机器人；煤仓间；电厂；应用。
我国《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》和《新一代人工智能发展规划》中均提出要“推进重点领域智能产品创新应用和试点示范，推动人工智能规模化应用”。《国家能源集团2020年度科技创新重点研发方向指南》提出要大力开展“智能运行平台与功能模块开发；智能监测、预警与设备诊断技术”。近年来，信息技术和人工智能蓬勃发展。信息技术和人工智能技术发展的产物，集自主巡检、智能监控、数据智能采集分析、状态报警等功能于一体的无人巡检智能巡检系统在电力、大型厂矿、石油化工、冶金、港口、安监等领域多有应用。
一、目前煤仓间实际现状
皮带机作为运输的主力设备，因其自动化、专业化程度较高和连续化、大运量的作业方式，在运输过程中发挥了极其重要的作用煤仓间皮带机上方设备众多，运行情况复杂，从人员安全角度及巡检发现问题及时性考虑，在设备运行时，工作人员尽量少进入皮带机运行区域进行巡检。目前日常巡视检测工作主要由人工巡检完成，人工巡检方式存在一客观问题：巡检的环境较差，基本都是高温、噪音、煤尘下工作，且工作通道狭窄、地形复杂，导致人工巡检作业劳动强度高、积极性差、安全性低。巡检人员技术水平有限，依赖于工人的主观判断，可靠性差，并存在经验判断处理偏差。廊道内现有工业电视监控范围有限，廊道内现场状态监测要素少，难以实现廊道全线路的状态实时、量化监测与管理，存在环境起火难预测、设备运行故障难监测、恶劣环境下的人员安全难保障的问题
二、智能巡检机器人的概述
智能巡检机器人系统结合人工智能、大数据、物联网等技术为带式输送机巡检和值守提供一套智能、高效、安全的解决方案。
智能巡检机器人系统主要有五个方面的功能：环境监测功能、设备管理检测功能、输送机生产监测功能、人员安全管理监测功能和智能化辅助功能。由前端各种数据采集传感器和设备进行全方位数据采集，通过无线通讯与基站数据传输，再经过光纤将数据传输到上位机工作站。工作站配套研发的软件系统对数据进行储存和计算分析，对计算分析出现的异常信息进行立即报警和提示，让问题得到及时处理和解决。通过运行数据的不断积累，经过大数据处理智能巡检机器人系统可以自主学习，针对高风险问题自主进行特别关注，而且大数据分析可以建立设备运行状态趋势图，实现对设备故障的提前预警，提升设备使用效率和生产效率。
三、智能巡检机器人在煤仓间智能化中的实际应用
1智能巡检机器人系统安装方式和组成
1.1智能巡检机器人系统的组成
无人值守智能巡检系统由智能巡检机器人、无线测温测振模块、视觉检测模块、无线通讯模块、充电维护平台、专用轨道、上位机工作站、系统软件及其他相关设备组成。其中智能巡检机器人、无线测温测振模块、视觉检测模块负责前段各种数据的采集；无线通讯模块、充电维护平台、专用轨道保证系统的硬件运转和数据的传输；上位机工作站负责数据的存储和人机交互；系统软件负责数据的计算分析和反馈。
1.2智能巡检机器人系统的安装方式
电厂煤仓间现场情况复杂，整个空间共有三条皮带机，皮带机上方安装有很多犁煤器，两头有驱动设备和落料管，只能采用轨道式智能巡检机器人系统来应对复杂的现场环境。在每条皮带机正上方搭载门架铺设一条轨道，三条轨道用弯轨连接成一条轨道。智能巡检机器人在轨道上进行来回行走，对整个煤仓间区域进行覆盖式巡检。无线测温测振模块安装在传动设备相应位置，进行实时监测设备温度和振动情况。视觉采集系统安装在皮带机相应位置，对皮带机运行数据进行实时采集。充电维护平台安装在轨道的一端，对智能巡检机器人进行充电、保护和清洗。上位机工作站安装在输煤程控室，方便管理人员进行查看数据和报警信息。
2智能巡检机器人系统的功能
2.1环境监测功能
智能巡检机器人自身携带的环境监测模块，集成搭载的环境监测传感器，具备监测环境中的CO、H2S、O2、可燃气体、温度、湿度、粉尘等环境信息。智能巡检机器人实时采集的环境信息及时传输到控制中心，为操控人员提供现场环境信息，当监测到有害气体超标时，系统将进行报警，以提示运维人员及时处理。
2.2设备管理监测功能
2.2.1温度检测
智能巡检机器人自身搭载的红外热像仪对滚筒及托辊轴承进行温度检测判别，当被检测设备超过设定温度值时，机器人能够自动报警。建立数据库，通过大数据分析温度时间段内的变化曲线，对故障进行预判。
2.2.2重点部位振动检测
无线测温测振模块可实现对设备重点部位的温升及振动实时监测功能。皮带机、管带机重要滚筒及托辊轴承温度、振动检测。判断滚筒、托辊是否需要进行更换。建立数据库，通过大数据分析温度时间段内的变化曲线，对故障进行预判。
2.3输送机生产监测
2.3.1物料温度检测
智能巡检机器人通过设置，对皮带物料区域进行划线标注和卡位保存，当机器人运行到卡位后，热像仪会自动对该区域所标注的物料进行温度的检测。
2.3.2胶带跑偏实时检测
首先，对采集的视频图像提取有效区域图像，通过使用灰度处理、Canny边缘检测、霍夫直线检测等图像处理技术，实现胶带边缘的检测，将胶带边缘检测的位置和设定好的阈值进行比对，当胶带边缘的位置超出阈值时，则判断胶带跑偏。
2.3.3撒料检测
视觉检测系统在皮带边缘安置固定摄像头并在皮带运行垂直方向打一束激光，通过边缘检测获取皮带边缘，并在皮带一侧获取固定像素视频图像，通过图像处理得到图像内激光线的骨架图，当皮带边缘没有物体遮挡时，骨架线将呈直线；若皮带边缘出现煤矿遮挡，则骨架线会变曲折或折断。通过分析骨架线是否落在一条直线上，判定是否出现撒料现象。
2.4人员安全管理监测功能
2.4.1人员行为识别
人员动态监测采用25倍星光级光学变焦镜头，360度无死角转动。智能巡检机器人采集的现场视频图像，进行深度学习人员检测。通过检测人员目标及坐标，并结合图像所标记皮带位置，判断人员是否靠近皮带，避免造成人身伤害事故。可对巡检区域出现摔倒、被困、昏迷、打闹、快速移动、聚集等非常规行为进行分析、判断、提醒和报警。对现场人员违规操作、违规接触设备进行分析、判断、提醒和报警。
2.4.2人员工装识别
对进入现场人员是否佩戴安全帽进行识别；对巡检区域的人员是否佩戴口罩、手套、护目镜等其他规定的工装进行识别；对现场操作、维护人员是否放置安全标志物进行识别。
2.5.智能辅助巡检功能
2.5.1故障自检功能
输煤栈桥内巡检机器人在巡检工作任务执行前进行自检，自检通信、动力、电源等功能，确保机器人各项功能特征正常，并向后台反馈各项监测数据。
2.5.2自动巡检与自主学习功能
中控系统是搭载智能巡检机器人监控软件系统，可自主定制巡检策略：主要包括实现智能巡检机器人自主启动停止、机器人自主控制运行长度、轨迹、速度、时间，通过智能学习，对容易出现环境超标的重点区域及常见的设备故障点（如温度升高、设备异响等）进行重点巡视及驻点观察，并自主生成巡检报告，为安全生产提供数据支持和设备诊断科学依据。
2.5.3双向语音&人机交互
智能巡检机器人的双向语音功能指的是对讲和广播功能。对讲是指站内工作人员能够在巡检机器人管理后台和机器人之间进行对讲，本功能的实现是通过开启巡检机器人管理后台的语音对讲，同时前方工作人员需打开机器人的语音按钮。广播则可用于管理后台对现场工作远程指挥或紧急情况下要求快速撤离等。
2.5.4自动充电功能
巡检机器人在电量低于设定阈值后实现自主回巢充电，避免在巡检过程中突然断电，避免现场巡检盲区的出现。
2.5.5精确定位
巡检机器人利用编码器与RFID配合实现精准定位功能，定位精度可达2cm。为机器人巡检提供精确位置标识，及快速定位问题点位置，方便维修人员快速到达问题位置并解决问题。
2.5.6轨道清扫
由于输煤廊道内粉尘浓度高，且存在落料煤块滞留于轨道上，可能影响巡检机器人的正常通行；机器人配备了超高分子聚乙烯毛刷头，具有耐磨，使用周期长的特点，并且对轨道表面无二次伤害。
2.5.8自动和手动双模式
机器人可以在自动和手动两种工作模式自由切换，手动模式级别高于自动模式，手动控制功能可实现对机器人车体移动、驻车观测等动作。
四、智能巡检机器人在实施过程中的注意要点
智能巡检机器人系统在安装实施过程中信息采集端和良好的信息通讯非常关键，信息采集端是测温测振传感器、越界摄像头和跑偏摄像头的安装难度最大。测温测振传感器需要安装在振动最强烈的地方，电机振动主要原因是因为电机底座不平导致电机出轴与耦合器不对中，在设备静止状态很难判断最强烈的振动点，因此我们要经过多次摆放振动传感器位置最终确定安装位置，在电机的出轴及减速机非驱动轴的对面，保障采集数据真实反应设备状态。安装还需要进行焊接，焊接过程要对皮带的电机、减速机进行停电，避免焊接过程损坏电机、减速机。
越界摄像头及跑偏摄像头安装：摄像头采用POE供电，从带速跑偏控制箱到摄像头走1路网线，网线在进出设备及控制箱时要做好软管防护，在跨越皮带机时要做好镀锌管防护。安装位置的选择是基于皮带上有多个犁煤器装置，考虑犁煤器在反复挤压皮带过程中是否出现变形等情况。我们选择在皮带机中间部位，左右侧各安装一个跑偏摄像头，能够更加精准的捕捉皮带机的跑偏状态。
由于信息采集端很多，智能巡检机器人又不方便进行有限传输，在整个系统中采用无线基站也智能巡检机器人进行数据传统，所以基站安装必须没有信号死角，要根据现场空间和设备位置，避开强磁干扰，合理安排安装点，预设点选好后要用智能巡检机器人反复测试，确保无线信号均匀分布，保障智能巡检机器人在储煤间内巡检过程通讯流畅。
结束语：通过在廊道搭建智能巡检管理系统，对廊道进行全线路、全方位、全自主的智能化巡检管理，实现无人化巡检、可视化管理，提高输送机系统运行的安全性，避免因人工巡检不全面、不量化、人员素质依赖性强引起的各种安全事故与损失。
巡检机器人作业自主化。未来借助于云技术、物联网技术、通讯技术的深度融合，机器人巡检可做到一站式智能作业。在观测作业、数据收集上传、图像识别、缺陷标记、报告生成等各环节完全实现自主化。随着人工智能和控制技术的进一步成熟，可在巡检机器人上搭载机械手臂或无人机，可实现维修、现场火灾扑救、刀闸开关等“无人化”操作。