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清投智能周兴江:智能巡检机器人在智慧火电厂中的应用

麦邦咨询火力发电网讯:“智能巡检机器人在电厂发挥的作用,能创造以下价值:第一是通过智能巡检机器人全天后实时巡检和环境检测,能变原来被动的靠问题驱动巡检,变为主动发现问题,提升设备管理效能及缺陷管理的及时性。第二,利用人工智能算法对设备状态进行实时识别与分析,对发现的隐患提前预警,有效提高设备的检修及时率,降低设备的受损率,提高设备可靠性,减少恶性事故的发生。第三,利用机器替代人员在复杂、恶劣环境下的长期性工作,使巡检人员有更多精力投入到设备分析。最后,规避了巡检人员在现场每天所面临的风险安全因素,避免了人身伤害的可能。”

――清投智能(北京)科技有限公司行业总周兴江

4月27日,华北电力大学技术转移转化中心与中关村华电能源电力产业联盟联合主办的2021年智慧电厂论坛(第一期)在广东深圳成功举办。在4月28日举办的《大数据+5G赋能智慧电厂》分论坛上,清投智能(北京)科技有限公司行业总周兴江发表了以《智能巡检机器人在智慧火电厂中的应用》为主题的演讲。

直播专题:2021年智慧电厂论坛(第一期)

文字实录如下:

周兴江:各位领导同仁大家上午好!我是来自清投智能北京有限公司的周兴江,很高兴能在这里和大家就智能巡检机器人进行交流。我今天的题目是智能巡检机器人在智慧火电厂中的应用。

智能巡检机器人作为智慧电场建设的重要部分,目前在电力领域已经得到了广泛应用,并且得到了升级和提高优化,相信在机器人不断完善的过程当中,也切实能为电力生产做好它的服务工作。

我今天演讲主要是三大部分,第一部分是简单介绍电厂的主要特点和巡检特征,第二是目前在日常巡检当中几个主要场景及需求分析,第三是提出全面的机器人巡检解决方案。

因为在座很多都是电力方面的专家,所以发电特点都是非常熟悉,我就简单说一下,火力发电厂一般属于资产密集型企业,投资也比较大,设备布局结构复杂,生产工艺特殊,生产环境恶劣。针对这样的环境,它的巡检也有它自己的特点,目前火电厂巡检都是以人工巡检为主,巡检工人每天不得不面对高压,特别是一些带电设备,还有有毒有害,所以巡检工作强度非常大,人工巡检有弊端和不足。我总结出来总共有四个方面,第一是人工巡检可靠性这一块,因为目前光靠人工巡检,主要是依靠工作经验、技能水平,包括他比较周期性的巡检工作,可能对个人的心理或者精神状态有一定的影响,另外人工巡检还有可能漏报漏巡的情况。第二是及时性,因为火力发电都实行减能增效,人员配置不像以前那么多,对重点部位的巡检无法实现24小时的全面关注,再就是问题的可追溯性,主要精力都放在巡检上,真正对出现故障和问题,缺乏系统分析。最后是从安全角度,因为电厂这种特殊的高温高压和粉尘,人员存在着一定的安全隐患。

下面我对一些工作场景进行总结,主要涉及到的就是八大区域,由于时间关系我简单说。第一是输煤区域、锅炉、汽机、升压站等等。

输煤区域可以说是最恶劣的区域了,能见度低,设备也比较复杂,锅炉环境比较恶劣,这里是一些场景,需要检测的东西也比较多,包括皮带撕裂,脱轨异常,落煤等等一系列问题。

第二,锅炉系统主要是一些煤粉,一些指针仪表,还有漏油等等。

第三,汽机平台就涉及到汽水系统,主要是监督设备发热,还有油系统泄露和高温泄露。

第四,升压站是位于室外的场景,主要检测变压器外观和渗油,还有电网火花超温等等。

第五,配电室主要监控柜体外观、设备温度、机房的烟感问题等等。

第六,化水车间主要是酸碱泄露,还有罐体变形、泄露。

第七是电缆隧道,这在电厂里也比较特殊,因为受空间限制,所以空气流通不是特别好,涉及到一些气体检测还有电缆超温和内部积水等等问题。

再就是孔冷岛和间冷塔,主要是冬季间冷塔的冻度。

发现了问题,结合场景我们提供了全套的智能机器人解决方案,我们这里主要说三款机器人,一个是多节式,一个是轮式,一个是升降轨道式机器人。

这里是我针对八大场景,把整体设计的理念呈现在一张图上,第一个图片就是多节式机器人,第二个是升降式的,第三个是室外的轨道的,第四个是用于室内的可升降式机器人。

因为我们的机器人都是针对实际场景进行了功能模块化的配置,根据不同的场景,包括不同的机器人形式,我们搭载了测试功能,第一个是图象识别,它用于识别设备的状态、开关状态,然后是激光成像,对于判断输煤系统的落煤撒煤可以测算出落煤体积,通知人员进行处理。再就是红外热成像,主要是检测温度,然后是激光测振,是新搭载的模块,用于系统的大型系统的振动检测,也是自主检测的。再就是声音识别,主要是我们应用于输煤系统和转机设备多一点,主要是通过设备异常,特别是像输煤系统,不转的时候皮带之间会有摩擦,频谱和平常不是特别一样,因为我们24小时检测,频谱明显异常的情况下,我们结合可见光做一个报警。下面就是关于环境的温湿度、有毒气体,我们也搭载了传感器进行检测。最后是视频分析,包括皮带色列,跑冒滴漏,通过自动算法分析,最终实现故障报警。

我针对机器人情况进行简单介绍。

第一个就是多节轨道式智能巡检机器人,绝大多数应用场景是在电厂的输煤栈桥,电缆隧道。最开始我们做的第一版是单节式的,后来根据现场的实际应用情况进行了升级,多节式相对于单节有麟哥明显优势,第一个是模块分散化,维护起来比较方便,一旦机器人本体发生故障的时候,就没有必要像单节式一样的要整体进行维护,多节式只需根据故障点所在位置,分块进行解体维护就可以了。再就是应用场景里面,由于空间原因,对上下高度要求严格,多节式在垂直方向的体积相对缩小一些,所以应用场景更广泛一些。

这个是多节机器人的外观,后面搭载了一块电池。多节机器人有几个部件构成,它是利用电厂内现有的固定基础,通过加装高强度铝合金作为机器人运行轨道,在轨道两端设置了自动充电桩,机器人在巡检过程中一旦低电量报警的时候,会自主回到充电桩进行自主充电。再就是移动平台,它所搭载的传感系统,已经介绍过,再就是控制系统,右下角是控制界面,通讯方式目前用的是无线AP,公司研发的方向也是逐步向5G应用当中。

这种多节式机器人巡检有几个特点,第一个是转弯半径能达到0.5米,爬坡坡度30度左右,所以可以最大程度覆盖到整个现场;另外轨道式的优点,轨道可以实行坡度弯曲的预置,根据设计,可以实现场外设置,场内组装,节省时间。再就是采用48V大容量电池供电,充电时间一般是在4小时以内,连续巡检时间可以达到8小时以上,这样算下来,每天最少能保证16小时的正常巡检时间。另外防护等级我们考虑到应用场景,所以做到了IP66,防爆等级BT4。模块化设计方面刚才已经说过,不再过多强调。

这是在输煤系统的几个应用场景,上面红色区域就是我们通过红外测温,对于温度异常区域,颜色加重,会把温度及时报出来之后,对监控人员进行实时现场反馈。还有一个是电缆隧道的场景,中间是在间冷塔应用的机器人,现在播放的视频是在电池厂里用的,机器人的轨道和固定方式就跟我陈述的完全一致,在轨道左侧进行自主充电,根据事先预定的巡检任务,进行自主巡检,巡检方式也分成两种,一种是自动巡检,一种是手动巡检,手动巡检主要是现场发现问题之后,可以手动把机器人直接调到出现问题的位置,对现场场景进行实时监控。另外可以看到现场的场景也是比较恶劣的,这个机器人应用完之后可以替代日常的人工在现场的巡检任务。

说完轨道式,再介绍轮式智能巡检机器人,它的应用场景也比较多,目前主要是在升压站、汽机、锅炉平台、化水车间进行应用,分为室内和室外型两种。

经过我们不断升级之后,有几个突出特点,第一是传感器上部增加了激光测振集成,这样可以应对转机设备的测振,目前在业内激光测振这一块做得比较少,我们进行了升级。另外是我们做了一个自带升降机机构,可以应对不同高度的巡检点的实时检测和分析。再就是本题上增加了触摸大屏,主要是用于现场人机交互,正常现场看到机器人巡检,但是你不知道巡检什么,也不知道发现了什么问题,通过这个大屏,可以实时与机器人进行就地的交互。再就是机器人下面也增加了可见光,因为我们结合生产场景,因为有一些设备布置得比较低,上面的可见光无法实现,所以可以进行辅助检测。左边的是室外的巡检机器人,是升压站这一块,防护等级要比室内的高一些。

这是机器人在电厂的应用场景,正在做一个仪表的识别和分析,它的整体结构和刚才的多节式有很多相似的地方,唯一不同的是驱动方式,我们是采取四轮驱动,再就是室外的话我们会有充电小车间,升压站巡检之后,电量低的时候可以自己跑到充电小车间,自己把充电小车间的门打开,自动充电。包括数据传输方式目前也是无线AP,可以实现5G传输。

机器人本体还有几个特点,第一个就是自动导航,巡检路径可以通过激光扫描提前预制,后续就可以按照预制的巡航路线进行自主巡检,第二就是搭载着一些云台,再就是双电池备份,增加了机器人巡检里程,再就是本体的故障报警,因为机器人都是检测现场设备,这个机器人对待自身问题,比如说电量低或者有其他异常故障,会有自己的语音报警或者是界面反馈,还有就是低电量返航,最后是有一个自动避障,前方遇到障碍物会自动识别,还有一个防跌落,因为生产现场有检修或者其他原因,现场有一些波动,防止机器人坠落,我们加入了传感设备,防止坠落。

这个机器人也是四轮驱动的,包括我们在展厅上放的这台就是这样的,理论上可以原地调转方向,调整角度,爬坡能力30度左右,越障能力完全可以应对一些草坪、碎石子,升降高度大概是两米左右,另外云台水平是360度旋转的,高度上理论上是能达到正负90度,根据实际情况是正负70度左右。

这里有一段视频,刚才在宣传片也看到了,这是在升压站的应用场景,这是室内机器人,是在新疆电厂里实施的项目。

第三种解决方案是升降轨道式巡检机器人,主要是用于配电室、通讯机房、数据机房及禁止无线通讯的室内环境,它的通讯方式是通过PS载波的,完全可以满足禁止无线电通讯的环境要求。这是在某个配电室的应用场景,它的结构特点相对于前两个还有自己特殊的一面,第一就是供电方式,24小时不间断供电,可以实现24小时不间断巡检。再就是通讯方式,是通过PLC载播放时,这也是为什么可以运用在禁止无线电通讯,还有承重系统这一块。

它有三个特点,第一是升降高度,要比轮式机器人更高,臂长一米五,加上本体是两米四的范围内进行自由巡检。另外就是滑触式供电,24小时实时在线。另外是通讯,实现在配电室无限制的应用。可以通过预制巡检点升降,调整角度。

上面三款机器人能应对90%的巡检场景,但是一些空间狭小或者对于一些巡检死角,我们进行了一些辅助应用,通过这个实现全场无盲区覆盖。首先是通过定点传感器包括摄像头,可以利用现场摄像头,包括可以根据特点新增一些,可以覆盖到机器人无法覆盖的区域,对一些重点设备进行无盲区的24小时在线检测。另外定点摄像头还可以集成图像结构化分析,包括人脸识别、车辆识别、工服识别等等,都可以通过定点摄像头进行识别分析和告警。

最后就是我们在现有的几款机器人处理上,我们集成生成自己的巡检机器人综合管理平台。就是把现场采集的数据进行整合,进行分析,最后在展示层向用户进行全景展示,包括现场的一些故障、问题,及时进行实时反馈。

我们这个平台有几个功能,第一个是实时监控功能,这个不用多说。再就是报表生成功能,这是跟电厂个性化需求,会按周按月按季度生成巡检报表,并且这些报表数据完全可以应用于对其他系统的对外接口。再就是机器人状态信息,这也是实时展示到功能平台上,剩余多少电量,还有位置。再就是对外接口,从一线采集的数据可以对其他系统进行开放。这里是后台监控平台,右上角是实时的视频,下面是对应红外检测,左边是实时各个数据的界面,上面是机器人本体信息和实时检测的温湿度等等日常信息。

最后我再提一提5G在智慧电厂的初步应用,因为后续有专题,所以我就简单说两块。

第一个是基于5G技术在超融合的应用,利用5G技术,把厂区所有的监控摄像头,包括应急指挥、业务、信息,通过5G技术上传到视觉感知平台上,最后应用于日常的生产管理和远程巡检。远程巡检比较流行的就是智能穿戴,就是智能安全帽和智能眼镜多一点,智能眼镜现场实现双向视频交互,保证现场出现问题,专家可以第一视角进行判断和分析,可以实现问题不出厂,专家不进厂。再就是教学培训,可以一定时间把现场问题进行录制,最后用于日常的培训教学。

根据以上描述,我进行几点总结,智能巡检机器人在电厂发挥的作用,能创造哪些价值:

第一是通过智能巡检机器人全天后实时巡检和环境检测,能变原来被动的靠问题驱动巡检,变为主动发现问题,提升了设备管理效能及缺陷管理的及时性。

第二,利用人工智能算法对设备状态进行实时识别与分析,对发现的隐患提前预警,有效提高设备的检修及时率,降低设备的受损率,提高设备可靠性,减少恶性事故的发生。

第三,利用机器替代人员在复杂、恶劣环境下的长期性工作,使巡检人员有更多精力投入到设备分析这一块。

最后,规避了巡检人员在现场每天所面临的风险安全因素,避免了人身伤害的可能。

最后介绍一下我们公司,因为我们清投智能北京有限公司是新元科技上市公司的全资子公司,我们位于北京,在天津有自己的机器人生产基地,并且在整个电力领域,机器人的业绩也非常丰富,我们的研发技术,与清华大学和长三角研究院进行了技术合作攻关,所以在技术方面包括在财力支持方面,有着非常雄厚的实力,也欢迎各位领导同仁到咱们公司进行参观指导。今天我的演讲就是这些,感谢大家聆听。

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