输煤廊道智能巡检机器人的开发应用

李旭　黄晓明　司朝辉

摘 要：讨论输煤廊道中智能巡检机器人的研发与应用，介绍智能巡检机器人结构，分析组成机器人的各个部分与功能，阐述智能巡检机器人功能设计要点，以满足输煤廊道巡检要求。最后，从巡检机器人无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）定位、输煤廊道巡检故障的检测与识别及其他方面介绍智能巡检机器人的应用方法，实现输煤廊道智能化巡检，提高巡检效率，为今后输煤廊道巡检工作技术的提升奠定基础。

关键词：输煤廊道;智能巡检机器人;轨道系统;防火门

中图分类号：TD67;TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）32-0023-03

Development and Application of Intelligent Inspection Robot for Coal Conveying Corridor

LI Xu HUANG Xiaoming SI Zhaohui

（Guoneng Jiujiang Power Generation Limited， Jiujiang Jiangxi 332000）

Abstract： This paper discusses the development and application of intelligent inspection robot in coal transportation corridor. The structure of intelligent inspection robot is introduced， and the various parts and functions of the robot are analyzed. It introduces the key points of intelligent inspection robot function design to meet the inspection requirements of coal transport corridor. Finally， the application method of intelligent inspection robot is introduced from the aspects of RFID positioning of inspection robot， fault detection and identification of coal transportation corridor inspection， and other aspects， so as to realize intelligent inspection of coal transportation corridor， which is beneficial to improve inspection efficiency and lay a solid foundation for the improvement of coal transportation corridor inspection technology in the future.

Keywords： coal transport corridor;intelligent inspection robot;track system;fire door

输煤廊道的线路整体较长，且周围工作环境较差，很容易引发火灾。常规输煤廊道巡检为人工巡检，定期检查廊道设备，通过目测方式判定设备运行工况，导致巡检效果难免存在遗漏之处，且反复巡检频率低，还可能存在盲区。伴随行业信息化和智能化建设的逐步深入，信息技术和人工智能技术在输煤廊道巡检中得到了广泛应用。设计、生产的智能巡检机器人，可以负责廊道设备及其他部分的智能化巡检。下面将围绕九江公司输煤系统的智能巡检机器人的开发、应用展开讨论。

1 智能巡检机器人的组成

输煤廊道智能巡检机器人由轨道系统、巡检机器人本体系统、充电系统、通信系统、监控后台系统及在线式图像识别系统等组成，如图1所示。其中，轨道系统结合输煤廊道环境、内部架构及设备布置等，可以进行巡检机器人轨道系统的设计，设定巡检路线，绘制轨道安装图纸。选择轨道型材时，优先使用强度高的铝合金。该材质具有拼接功能，按照隧道地形决定弯曲度、坡度等参数。输煤廊道设置若干无线基站搭建无线局域网，尤其要将监控后台接入其中，达到移动监控系统中所有设备相互访问的效果，从而加强网络带宽负载的平衡性[1]。

2 智能巡检机器人功能设计

九江公司输煤系统的智能巡检机器人以定位系统为依据。当它在轨道上行走时，可以在廊道展开全方位的快速巡检，同時可以上传视频。机器人全场行走一次的时间控制在5～8 min。根据廊道智能巡检机器人的定位分析，可以确定其在巡检中的精准度[2]。总结智能巡检机器人功能，包括在恶劣工作环境下的机器人系统可靠性巡检、图像/热像采集与智能分析、机器学习、危险预测告警、故障诊断与控制及多传感器信息融合等。运行原理如图2所示。

输煤廊道智能巡检机器人内部管控系统，在巡检过程中若发现设备存在缺陷，将立即智能预警，同时检测出周围环境的有害气体和当时的设备状态，针对图像/热像展开智能识别、大数据分析，采集数据进行远传通信、集中远程管理。系统可以自动无线充电，规避安全障碍，声音检测与声谱分析等。智能巡检机器人极大地减小了人工巡检劳动强度，可缓解超过85%的人工巡检频率，使得输煤栈桥运行更加安全，提升运行与运维工作效率[3]。

针对智能巡检机器人常规功能的设计，如设备状态智能巡检，要求智能机器人具备全自主巡检功能。该功能有常规和特殊巡检两种方式。出现异常可以马上发出预警，将采集到的故障类型信息上传到监控后台。设计数据远传通信功能时，应用通信设备有利于加强数据传输过程的稳定性。巡检后台和巡检机器人可以相互通信。智能巡检机器人在设计阶段运行，需要提前布置好运行轨道。考虑到输煤廊道环境特点与作业需求，在设计时运用吊装铝合金覆膜防蚀轨道，可以保证轨道运行坚固度与防腐蚀效果。在轨道内部设置一体式屏蔽履带供电、通信线缆总成专用编码式记步式伺服水平驱动系统。设计参数时，在现场设置200余个预置位巡检，最大载荷为25 kg。按照上述智能巡检机器人性能与参数，它可应用于煤矿井上配电室巡检、运煤皮带检测以及输煤栈道巡检等场景。根据智能巡检过程发现，该机器人在输煤廊道的巡检工作中运用，具有红外热成像、定位巡检、温湿度监测、仪表识别、气体检测、安防检测、安防报警、局放检测以及辅助消防等功能。基于当前输煤廊道巡检情况，智能机器人在导航单元、通信单元和主控单元中运用，且运行时间较长，具有智能化和可调配等优势。若机器人在运行过程中遇到比较复杂的路况，它还具有无死角检测的功能，适应性极强。可见光摄像仪采集巡检范围内的红外热像仪，可为工作人员及时发现异常提供依据，通过拍摄图像与视频作为参考。另外，智能机器人通过超声波传感器识别附近的障碍物，以及时做出处理，避免机器人巡检时受损。当机器人获取数据后，联合气象站共同处理、分析数据，得到周围环境的温湿度、风速等信息，从而为后续智能巡检机器人在输煤廊道的运行奠定基础。

针对智能巡检机器人特殊功能的设计，有害气体与粉尘检测功能必须要及时测定恶劣工作环境下的瓦斯、O2、CO2等气体，并支持煤粉浓度检测，营造健康、安全的巡检环境。红外测温功能设计时，巡检机器人通常会有红外热成像仪，可以实现整体扫描式测温。提前设定好若干监测点，再组织机器人定期监测重点设施运行状态与温度，设定每日测温巡检时间，自动采集并储存测温信息，生成测温报表。一旦发现超出预警温度值，系统自动通知维护人员。设备异常声音检测功能设计即按照机器人移动平台相关设备运行状态下的声音参数，在巡检机器人系统软件中展开频谱分析，检查设备是否存在异常响动。安防联动告警的设计利用机器人搭载可见光摄像头，具有远程检查输煤廊道的功能。

在远程操作平台中，获得机器人实时传回的环境温湿度、机器人运行速度等信息，在发现预警信号后，平台会自动播放现场影像。测振功能设计为电机运行工况判断提供了参考。了解输煤系统大电机振动，巡检人员应用手持测振仪，智能巡检机器人上搭载激光测振仪，实现电机振动情况检测的智能化。设计过程中，设备本体需要有无线振动传感器，且机器人移动平台需设置通信基站。如果机器人移动至设备周围，会自动接收传感器测量采集的振动数据[4]。

3 智能巡检机器人应用

3.1 巡检机器人无线射频识别（RFID）定位

智能巡检机器人内部安装了定位系统，可以自动获取位置数据。导航系统可支持巡检机器人基础构建，此环节应用循迹磁引导的方法。但是，该方法比较复杂，工作量大，不建议在野外巡检时使用。此次设计的智能巡检机器人系统应用无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）无源电子标签定位方法，降低了规模化构建难度，可以保证定位精度。带式输送机巡检时可以灵活应用。

3.2 输煤廊道巡检故障的检测与识别

在输煤廊道巡检中，应用智能巡检机器人，利用搭载传感器、摄像仪器，可以采集巡检过程中的各项数据，再利用传感器获取实时数据，待数据处理后获取故障信息。智能巡检机器人采集图像信息，主要利用摄像机、红外摄像装置，可以在各个工况下获得高清视频与图像。其中，摄像机具有放大器功能，增益调节范围较宽，按照光亮调整图像输出信号，得到优质图像与信息。摄像机拍摄影像时，在背光条件下能够实现自动补偿，加强图像信号清晰度。通过防抖技术可以避免巡检时严重晃动出现的图像模糊、跳动等问题。

为了获取故障音频，带式输送机在常规运行状态下发出噪声和异常运行状态下发出噪声存在明显区别[5]。此时，可利用拾音传感器采集带式输送机托辊运行产生的噪声，再转换噪声信息为频谱信息，并对比储存的常规频谱样本信息得到故障信息后自动发出预警。为了达到输煤廊道现场巡检要求，拾音传感器的采样频率在100～20 000 Hz，最高甚至达到了48 kHz，运行温度范围是-40～80 ℃。工作人员设置温度阈值和温度报警限值，保证超温报警功能的正常运行。

3.3 其他方面的应用

第一，智能巡检机器人结构设计为多模块分体式，采用链条形构型，具有良好的通过性。应用模块化系统提高了配置灵活性和重量分布的平衡性，也为机器人结构检修提供了方便。第二，图像识别技术可以及时发现输煤廊道的故障，如內皮带跑偏和漏煤等。第三，针对设备运行状态发出的声音，系统可以及时进行频谱分析。第四，编码器和RFID技术相结合，可以提高机器人的定位精度。第五，根据输煤廊道所处的环境特征研发吹扫系统，对机器人运行轨道进行自动吹扫，以免巡检轨道有杂物和尘土。第六，应用轨道结构、机器人双驱动模式可以提高爬升性能，穿越楼层。第七，利用无线测振传感器测量关键设备的振动数据，且相关数据可利用无线网关上传到监控系统。

4 结语

综上所述，输煤廊道巡检工作在人工智能的影响下需要朝着智能化方向转型。应用智能巡检机器人不仅是行业发展的必然趋势，也是满足现场巡检要求的有效举措。研发、应用智能巡检机器人对技术人员要求较高，需要参考输煤廊道现场环境、巡检要求等完善机器人功能，提高巡检数据精准度，判断现场安全性，为输煤廊道其他环节的运行奠定基础。

参考文献：

[1]高越.输煤控制系统PLC改造工程[J].中国科技信息，2021（22）：47-49.

[2]郭欢.我国管道输煤技术在工程中的应用介绍与展望[J].山东化工，2021（15）：67-68.

[3]卢艳林，李辰.某工程输煤电动三通控制问题及解决方案分析[J].电力勘测设计，2021（6）：37-41.

[4]吴碧野，戴君武，赵曦辉.某火力发电厂输煤栈桥结构可靠性鉴定[J].低温建筑技术，2021（5）：80-85.

[5]张琨，王旭航，周立群，等.超宽带定位技术在火电厂输煤系统应用的试验研究[J].电力科技与环保，2020（5）：54-58.