隨著人工智能技術(shù)及機(jī)器人技術(shù)的日益發(fā)展，巡檢機(jī)器人在各種領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。智能軌道巡檢機(jī)器人是智能化、立體化、移動化的最佳載體，可在電力、倉儲、化工、地下管廊等工作環(huán)境替代人類完成基礎(chǔ)性、重復(fù)性、危險性的巡檢工作。

火力發(fā)電行業(yè)具有高溫、高壓、高噪音、高粉塵等特質(zhì)，巡檢人員長期處于風(fēng)險系數(shù)較高的環(huán)境中，加之近幾年勞動成本逐年遞增、用工難等客觀因素，使得電廠巡檢隊伍越來越薄弱，越來越多的企業(yè)開始借助智能化巡檢設(shè)備來進(jìn)行輔助巡檢，釋放人工成本，減少安全事故的發(fā)生，同時響應(yīng)國家號召，逐步完成“機(jī)器人換人”。

火力發(fā)電廠的巡檢區(qū)域主要包括輸煤棧橋、變電站、化水車間、冷卻塔等，各個區(qū)域普遍存在空間狹小、動線混亂、設(shè)備老化等問題。傳統(tǒng)方式采用人工巡檢或固定攝像頭定點監(jiān)視辦法對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，但效率低、全面性差且維護(hù)困難。軌道巡檢機(jī)器人的投入使用，能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測方式的不足，提升火電企業(yè)安全生產(chǎn)智能化管理水平。

智能軌道巡檢機(jī)器人相比于人工巡檢的優(yōu)勢：（1）智能軌道巡檢機(jī)器人的巡檢質(zhì)量不受主觀因素影響，在工作量大或惡劣環(huán)境下，均能保證巡檢質(zhì)量，程序化設(shè)計不會出現(xiàn)漏巡、錯巡；（2）巡檢機(jī)器人能夠替代人類進(jìn)行危險或事故區(qū)域的巡檢工作，提升生產(chǎn)現(xiàn)場的安全水平；（3）用機(jī)器人替代人工，可為電廠節(jié)約人員支出，降低運(yùn)維成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；（4）巡檢機(jī)器人具備視頻圖像識別、紅外測溫、聲光報警等功能，豐富了巡檢手段，且后臺系統(tǒng)可儲存信息并進(jìn)行設(shè)備劣化趨勢分析，能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常狀態(tài)，保障設(shè)備長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一、軌道巡檢機(jī)器人組成及系統(tǒng)設(shè)計

我公司設(shè)計研發(fā)的軌道巡檢機(jī)器人系統(tǒng)主要由機(jī)器人本體、軌道平臺系統(tǒng)、無線充電裝置、數(shù)據(jù)分析服務(wù)器、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等組成。

軌道機(jī)器人本體包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)、360°雙視云臺、高清相機(jī)、紅外熱像儀、氣體探測器、粉塵監(jiān)測儀、溫濕度傳感器、超聲避障系統(tǒng)、供電模塊等，可實現(xiàn)多方位多功能有效監(jiān)控。

軌道平臺系統(tǒng)采用高強(qiáng)度鋁合金型材，防銹防腐蝕，單點承載重量30kg。軌道平臺支持水平、爬坡、豎直、轉(zhuǎn)彎行走，可實現(xiàn)U型越障、水平直角轉(zhuǎn)彎、垂直直角轉(zhuǎn)彎等。行走定位精度在5mm之內(nèi)，行走速度為5m/min可調(diào)。吊裝云臺支持水平360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直0-90°運(yùn)動。

系統(tǒng)采用無線通信，整個系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備可以實現(xiàn)互相訪問，控制信號、視頻信號、音頻信號、現(xiàn)場傳感器采集數(shù)據(jù)及報警信息均通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。在各無線AP之間漫游，切換時間小于100ms，通信帶寬不小于100Mbps，視頻、音頻等各類數(shù)據(jù)可實時傳輸。

巡檢機(jī)器人自帶電池電量檢測電路，采用分布式充電站+鋰電池供電方式， 檢測到電池電量低于設(shè)定閾值時自動停止當(dāng)前巡檢任務(wù)并發(fā)出低電量警報，同時自主運(yùn)行到充電點進(jìn)行充電。分布式充電站采用非接觸式無線安全充電技術(shù)。

數(shù)據(jù)分析服務(wù)器與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示、分析、儲存、報警。系統(tǒng)平臺可第一時間對設(shè)備異常情況報警，異常數(shù)據(jù)結(jié)果自動推送給相應(yīng)的負(fù)責(zé)人客戶端。在大量數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，可進(jìn)行模型搭建，綜合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測分析，提前提示設(shè)備管理人員進(jìn)行維修，有效提高設(shè)備的運(yùn)行時間及效率。

二、智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)功能

（一）熱成像測溫及高溫故障診斷功能

巡檢機(jī)器人具備溫度采集功能，采用非接觸式紅外熱像測溫儀，通過捕捉設(shè)備輻射的熱紅外線，對設(shè)備表面各個溫度數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，并以熱視圖像的形式直觀展示設(shè)備表面溫度分布情況，可對高溫故障點進(jìn)行快速定位。當(dāng)被檢測對象超過設(shè)定溫度值或發(fā)現(xiàn)火源時，機(jī)器人可立即發(fā)出聲光報警，并將現(xiàn)場溫度畫面第一時間展示在控制室。

巡檢機(jī)器人不僅能夠檢測巡檢工用手觸摸檢查的電機(jī)、泵、閥等設(shè)備外殼溫度，還能夠檢測因安全問題而無法觸摸的轉(zhuǎn)軸部位，如滾筒、電機(jī)、膠帶機(jī)托輥的轉(zhuǎn)軸溫度等。

（二）視頻圖像智能識別功能

巡檢機(jī)器人搭載了雙視云臺攝像儀，可實現(xiàn)各個角度不同重點設(shè)備運(yùn)行的圖像信息采集，同時能夠?qū)Σ杉膱D像信息進(jìn)行深入的圖像特征提取處理，采用量化數(shù)據(jù)信息智能識別判斷出設(shè)備狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)及時報警，包括儀表數(shù)據(jù)識別（如壓力表、溫度表、數(shù)顯表、液位計等）、管道外觀對比判別、膠帶跑偏識別、閥桿位置識別、旋鈕狀態(tài)識別等。自動記錄并生成報表，經(jīng)計算、判斷后發(fā)出報警，同時實時拍照和錄像至后臺儲存，滿足運(yùn)行人員隨時調(diào)用查看的需求。

（三）有害氣體和粉塵檢測功能

巡檢機(jī)器人搭載多參數(shù)氣體探測器以及粉塵監(jiān)測儀，可隨時對空氣環(huán)境進(jìn)行分析，檢測空氣含氧（O₂）量、有毒與可燃?xì)怏w（CO，H₂S，CH₄）濃度以及煤粉濃度，同時將結(jié)果反饋給主控室工作人員，超過閾值自動報警，防止由于工作人員對環(huán)境的誤判，造成生命危險。這一功能解決了人工巡檢中無法發(fā)現(xiàn)無色無味的氣體泄漏，或者便攜手持檢測儀數(shù)據(jù)無法實時共享的問題。

（四）自主巡檢功能

智能機(jī)器人支持全自主巡檢模式。全自主模式包括常規(guī)和特殊巡檢兩種方式。常規(guī)模式即系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的巡檢任務(wù)內(nèi)容、時間、路徑等參數(shù)信息，自主啟動并完成巡視任務(wù)；特殊模式即由操作人員設(shè)定巡視點，機(jī)器人對巡視點自主完成巡檢任務(wù)�？蓪崿F(xiàn)對重點設(shè)備監(jiān)察巡檢，并對設(shè)備狀態(tài)連續(xù)、動態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲。

（五）防碰撞及機(jī)器人自檢功能

機(jī)器人四方位安裝防碰撞超聲波雷達(dá)，運(yùn)行中對障礙物和工作人員進(jìn)行安全距離探測，遇到障礙自動停止并聲光警示。同時加裝觸式防護(hù)，與雷達(dá)避障系統(tǒng)構(gòu)成雙重安全保障，避免在雷達(dá)失效的情況下與障礙物激烈碰撞，造成人員或設(shè)備損傷。

機(jī)器人具備自檢功能，對電源、驅(qū)動、通信及各設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行自檢，異常時立刻發(fā)出警告，并上傳故障類型信息至后臺管控中心。

（六）大數(shù)據(jù)智能故障預(yù)警功能

隨著巡檢時間推移，巡檢機(jī)器人獲取的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)越來越多，基于大量歷史數(shù)據(jù)，智能故障預(yù)警技術(shù)可對設(shè)備的運(yùn)行工況與運(yùn)行參數(shù)關(guān)聯(lián)分析，并建立設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測模塊，能夠更快速、更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行期間的異常情況，對潛在故障進(jìn)行預(yù)知性報警，將設(shè)備的缺陷隱患消除在萌芽狀態(tài)，延長設(shè)備的使用壽命，減少停機(jī)時間和損失。

同時，巡檢機(jī)器人也解決了傳統(tǒng)巡檢數(shù)據(jù)錄入不及時的問題，實現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)電子化，為現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備巡檢管理提供高效、獨特的信息采集與統(tǒng)計工具。將巡檢工作中的人員、時間、設(shè)備狀況、檢查區(qū)域等信息規(guī)范地結(jié)合在一起，使得巡檢管理直接面向設(shè)備，隨時掌握設(shè)備“健康”及生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行控制狀況，輔助設(shè)備管理人員科學(xué)決策、實效管理。

三、智能軌道巡檢機(jī)器人在輸煤廊道中的應(yīng)用

火電廠輸煤系統(tǒng)，作為電廠的重要組成部分，其安全可靠運(yùn)行是保證電廠安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺少的環(huán)節(jié)。輸煤系統(tǒng)包括皮帶機(jī)、碎煤機(jī)、除塵器等眾多設(shè)備，輸煤線路長，粉塵、噪聲等污染嚴(yán)重，目前存在的巡檢問題有：現(xiàn)場高效率、準(zhǔn)確巡檢難度大；現(xiàn)場設(shè)備巡視工作過分依賴人工、不能及時有效發(fā)現(xiàn)問題；現(xiàn)有監(jiān)測手段有限、已有監(jiān)測設(shè)備未充分發(fā)揮作用；原有的電廠信息管理系統(tǒng)無法滿足智能化需求。

針對惡劣環(huán)境下長距離輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)測方式仍停留在平面化、單一化的情況，采用軌道巡檢機(jī)器人及融合多組輔助監(jiān)測模塊的形式協(xié)助人工在惡劣環(huán)境下完成長距離皮帶狀態(tài)自動巡檢監(jiān)測任務(wù)，建立基于軌道機(jī)器人的皮帶運(yùn)行狀態(tài)巡檢監(jiān)測系統(tǒng)，是建設(shè)智慧電廠的重要一步。

（一）皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)全方位監(jiān)控

巡檢機(jī)器人搭載高清視頻攝像機(jī)，通過自動巡檢預(yù)置位或手動控制云臺轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)近距離觀察拍攝設(shè)備運(yùn)行狀況�？蓪崟r視頻監(jiān)測皮帶機(jī)的滾筒、托輥等部件及皮帶跑偏、撕裂、落煤管堵塞、積煤積粉等運(yùn)行狀況。系統(tǒng)采集圖像信息后進(jìn)行自動識別比對，發(fā)現(xiàn)異常時機(jī)器人自動發(fā)出聲光報警信號，并將現(xiàn)場畫面第一時間展示在控制室。

紅外熱像儀對電纜、電機(jī)、減速箱等進(jìn)行溫度檢測，可及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)等隱患，實現(xiàn)全天無間斷對輸煤皮帶機(jī)及周邊的巡檢，全面提高輸煤系統(tǒng)的安全性和及時性。采用無線充電技術(shù)，能預(yù)防電源火花導(dǎo)致的爆炸、火災(zāi)，從而避免巡檢系統(tǒng)自身給輸煤皮帶帶來的風(fēng)險�？筛鶕�(jù)需求增加濕度傳感器、粉塵傳感器、聲音傳感器、聲光報警器、人員識別模塊等。

 

廊道智能安全管控

先進(jìn)的視覺AI智能識別算法，對危險區(qū)域進(jìn)行電子圍欄虛擬標(biāo)注，通過肢體識別和目標(biāo)識別等技術(shù)、可對現(xiàn)場工作人員進(jìn)行行為及安全區(qū)域識別，對于不按照規(guī)定戴安全帽、違規(guī)跨越安全防護(hù)欄的行為進(jìn)行警告并記錄，防止人員違規(guī)操作導(dǎo)致的安全事故的發(fā)生。

當(dāng)前已有智能設(shè)備技術(shù)發(fā)展情況下，采用智能軌道巡檢機(jī)器人協(xié)助人工在惡劣環(huán)境下執(zhí)行自動巡檢監(jiān)測作業(yè)是可行的，有效彌補(bǔ)人工巡檢過程中頻率低、覆蓋范圍少、安全性差、準(zhǔn)確度差、盲點多等缺點。在運(yùn)用人工智能（AI）、邊緣計算技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合提供實時、高效、安全的數(shù)據(jù)，可為實現(xiàn)智能機(jī)器人巡檢監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步成長、自主學(xué)習(xí)及未來的大數(shù)據(jù)應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。

四、智能軌道巡檢機(jī)器人在電廠變電站的應(yīng)用

近兩年隨著電力自動化的高度發(fā)展，電力企業(yè)已經(jīng)基本實現(xiàn)全面自動的控制水平。但是高壓配電室、高壓變電站等重要且比較危險的場所仍然采用比較傳統(tǒng)的定點視頻監(jiān)控來實現(xiàn)日常的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，同時現(xiàn)場仍然靠大量的人力巡檢去判斷現(xiàn)場的安全運(yùn)行狀態(tài)。

傳統(tǒng)的人力巡檢與固定視頻監(jiān)控主要存在以下幾個問題：（1）巡檢點的數(shù)量多，人工巡檢由于工作量大、受人員技能影響，巡檢時容易發(fā)生錯檢、漏檢等現(xiàn)象；（2）人員巡檢時處在高壓高危環(huán)境中，對巡檢人員的人身安全保障不完善；（3）發(fā)生故障時，控制室得到報警信息，再通知負(fù)責(zé)人員進(jìn)入危險區(qū)域查詢，這一過程的時效性不能滿足緊急故障處理的最佳時間要求；（4）人員巡檢記錄數(shù)據(jù)查詢的方便性以及信息的互通性比較差。

針對目前重點區(qū)域安全生產(chǎn)的實際需求，基于軌道巡檢機(jī)器人的智能檢查方案，在能夠最大限度的實現(xiàn)無死角、無盲點的巡視檢查的同時，不影響現(xiàn)場設(shè)備的正常運(yùn)行，且不對既有的人員巡視檢查、檢修等工作造成影響。

檢測功能：通過紅外熱像儀器檢測運(yùn)行設(shè)備有無過熱情況，通過高清攝像機(jī)檢測變電站設(shè)備的外觀狀態(tài)、發(fā)熱狀況、儀表讀數(shù)、指示燈狀態(tài)、開關(guān)柜刀閘分合狀態(tài)、設(shè)備發(fā)熱情況、濕度及臭氧情況等，通過音頻模塊在線分析設(shè)備運(yùn)行是否有異常聲音。

導(dǎo)航功能：按照軌道的既定路線，自動啟動巡視工作，設(shè)定檢測目標(biāo)。可實現(xiàn)程序巡檢、定點巡檢或手動巡檢。

分析與報警：具備設(shè)備故障或缺陷的智能分析和報警功能，能自動生成紅外測溫、設(shè)備巡視等報表，以便工作人員對故障原因進(jìn)行分析處理。系統(tǒng)能夠?qū)ψ儔浩�、互感器等設(shè)備本體以及各開關(guān)觸頭、母線連接頭等的溫度進(jìn)行檢測分析，實現(xiàn)對設(shè)備熱缺陷的判別和報警。

控制功能：通過監(jiān)控后臺能夠?qū)崟r對機(jī)器人進(jìn)行控制，可對車體、云臺、紅外熱像儀及視頻攝像機(jī)進(jìn)行手動和遠(yuǎn)程控制，可準(zhǔn)確定位設(shè)備區(qū)域，遇到故障自動停止，實現(xiàn)重點設(shè)備的實時監(jiān)測，確保設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

變電站軌道巡檢機(jī)器人系統(tǒng)以智能巡檢機(jī)器人為核心，整合機(jī)器人技術(shù)、非接觸檢測技術(shù)、紅外熱像智能識別技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、模式識別技術(shù)、激光導(dǎo)航定位技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，為電力巡檢提供了科學(xué)高效安全的信息化、自動化解決方案。

五、智能軌道巡檢機(jī)器人在間接空冷機(jī)組溫度場在線監(jiān)測中的應(yīng)用

間接空冷機(jī)組因為節(jié)水節(jié)能，在北方缺水地區(qū)應(yīng)用廣泛，但當(dāng)冬季氣溫降至0℃以下，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時汽輪機(jī)排汽量較少，散熱器溫度場不均勻，造成空冷管束內(nèi)結(jié)冰，空冷散熱片、散熱管易凍結(jié)，導(dǎo)致機(jī)組不能正常運(yùn)行，危及機(jī)組安全。另外間冷塔散熱器的修復(fù)難度高，會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對間冷塔進(jìn)行實時溫度場監(jiān)測至關(guān)重要。

間冷塔周長約500米，根據(jù)熱成像儀測溫角度每3-4米安裝一臺，需安裝140臺熱成像儀，耗資700萬元，加上配件、電纜、安裝費等總價達(dá)上千萬元。若沿三角散熱器外圍圓周方向搭建軌道平臺，在軌道平臺上安裝三臺搭載熱成像儀的軌道巡檢機(jī)器人，分三段不間斷往復(fù)行走，既可實現(xiàn)實時視頻監(jiān)控，又能對散熱片整體溫度采集監(jiān)測，且費用大幅降低。

沿間冷塔三角散熱器內(nèi)側(cè)布置一圈軌道，軌道與塔壁用支架支撐固定，軌道平臺系統(tǒng)分三段接入，搭載三套在線式雙光熱成像儀。每套巡檢機(jī)器人每行走10米對散熱設(shè)備做垂直掃描。分段進(jìn)行視頻監(jiān)測和散熱器溫度數(shù)據(jù)采集，并通過電力載波方式和監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器通訊。

后臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對不同工況下的散熱片表面溫度進(jìn)行分析，分析結(jié)果可以按不同時間段、不同工況進(jìn)行查詢，通過溫度異常報警及時提醒工作人員，保證機(jī)組安全。
該智能軌道機(jī)器人系統(tǒng)可根據(jù)散熱塔溫度場在線監(jiān)測，結(jié)合逆流凝汽器風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)及真空泵的運(yùn)行調(diào)整，避免散熱管束表面溫度出現(xiàn)較大偏差引起的結(jié)冰現(xiàn)象。通過對溫度場不均勻性分析及死區(qū)分布可以及時調(diào)整風(fēng)機(jī)，平衡各列之間的熱負(fù)荷，為空冷凝汽器清洗提供幫助，實現(xiàn)對散熱塔防凍預(yù)報警。實現(xiàn)散熱塔的無人值守，大幅度降低人工勞動強(qiáng)度和成本。

監(jiān)控系統(tǒng)工作界面分三部分，上半部分是軌道機(jī)器人的視頻和熱成像熱的圖像顯示信息，右側(cè)是軌道機(jī)器人的功能控制，下半部分顯示熱成像儀采集的間冷塔散熱器對應(yīng)點溫度數(shù)值。