智能巡检机器人在焦化系统中的应用

李旭森

（潞安焦化公司，山西 长治 046032）

0 引言

近年来，随着焦化行业自动化水平的逐步提升，“机械化替人、自动化减人”已成为当前发展主流，最终实现“高产高效、少人无人”[1]的企业建设目标。焦炉加热交换系统作为炼焦作业的核心系统，其炼焦炉的加热煤气管道、废气开闭器布置一直是安全巡检的重中之重。目前，焦炉加热交换系统主要依靠人工巡检，不仅巡检劳动强度大，而且巡检区域属于一级防爆区，存在较大的安全风险。主要存在以下特点：现场跟踪空间狭小，环境复杂，人工巡视存在较大隐患；人工巡检存在检查频率低，间隔时间长，设备正常运行时无法有效巡检；人工巡检具有一定主观性，数据缺乏参考意义。

因此非常有必要引入智能巡检机器人及配套运维管理系统，实现对焦炉系统核心单元的智能化、集约化的统一巡检[2]，提高焦化系统安全管控水平。

1 现场概况

唐山首钢京唐西山焦化有限责任公司为山西焦煤集团下属生产企业，焦化产能60 万t。为进一步提升现场动态管控能力，该焦化厂计划在焦炉地下室、烟道走廊内配置固定轨道机器人自动巡检，实现对上述区域内图像、声音、温度的信息采集、管道气体泄漏检漏以及对管道温度、压力、流量等参数的实时监测。分别布设两部机器人设备，第一部机器人位于焦炉地下室交换旋塞搬把的侧面，该处机器人吊轨形式运动；第二部机器人位于焦炉烟道走廊操作台下方，其现场布置如图1 所示。

图1 焦炉地下室和烟道走廊断面（单位：mm）

2 主要功能设计

2.1 焦炉巡检机器人功能设计

1）本项目焦炉巡检机器人采用JNX12 防爆型智能巡检机器人[3]，可通过操作人员设定到达指定检测位置，对现场的各类图像、声音、温度和气体浓度等数据进行实时采集，经配套管理系统分析后提出智能决策方案，自动判断设备故障位置及故障原因，及时发现并自动处理故障问题，大大降低生产过程中的非正常停机时间，避免事故扩大化。

2）在续航工作方面，JNX12防爆型焦炉巡检机器人采用无线充电、无线数据传输方式，能够实现全天24 h 无休止巡检工作，可完全代替巡检工，达到无人值守的目的。

3）巡检机器人具有体积小、抗腐蚀性等特点，能够进入空间狭小及有毒有害危险区域。

2.2 焦炉巡检机器人结构组成

JNX12防爆型智能巡检机器人结构如图2 所示。防爆型智能巡检机器人系统主要依托无线充电、无线数传等技术，通过驱动轮组和行走轨道进行灵活移动，再通过远程控制端和传感器移动平台对整个轨迹内的声音、图像、气体等传感信号实时采集、判断和回传，实现智能移动巡检。其具备以下特征：

图2 JNX12防爆型智能巡检机器人结构

1）人工智能学习。巡检机器人系统能够利用计算机模拟人脑思维的信息处理方式，借助系统大数据库进行认知，不断自主学习提高现场的实用性和高效性。

2）本安防爆设计。巡检机器人本体采用本安型设计，电气可靠性和稳定性更高，能够实现现场超长时间巡检，保证运行传输效率。

3）多地形适应。巡检机器人占地范围小，路径相对固定，按照指定的路线运动，不会对其他人员及设备运行造成影响。

2.3 移动巡检本体设计

多参数移动巡检本体是本系统的核心，其主要结构如图3 所示。多参数移动巡检本体包括中央控制模块（RFID 读写头）、行走模块（驱动单元、底盘单元里程枪和安全触边）、多参数采集模块（红外热像仪器、高清相机、补光灯、雨刮器和光电传感器）、充电控制模块（自主充电装置）、通信模块（云台单元）等模块单元[4]。

图3 多参数移动巡检本体结构

2.3.1 本安型移动巡检子站

本安型移动巡检子站通信传输采用5G 信号通信系统，传输速度快，效率高，能够将移动监测数据实时传输到集控中心。

2.3.2 隔爆兼本安型电源箱

多参数移动巡检本体采用12 V 本质安全型直流电路，通过5 Ah 锂电池和分布式充电点结构装置进行供电，具备较好的续航能力。

2.3.3 轨道系统

多参数移动巡检本体采用长6 m、经过特殊防锈处理的10 号工字钢做巡检装置轨道，能够实现巡检区域的全覆盖。

2.3.4 后台软件系统

巡检本体的后台软件系统采用C/S、B/S 和手机APP 客户端三端互通模式，外部接口齐备，模块化架构清晰，采集数据通过WEB 服务器对外接口向外共享，能够对整个机房内各类辅助设备进行综合管理和实时控制。

3 现场实施

从焦炉地下室向烟道走廊连续铺设巡检机器人行走轨道，1 台机器人沿轨道运行，负责对气体浓度、阀门闭合、设备表面温度巡检、仪器仪表数据读取和异常故障等进行动态巡检。铺设示意图如图4 所示，在轨道的首部和尾部放置充电桩，在整个运行轨道处均匀分布通信基站，确保网络覆盖到整个运行区域，保证监测控制机器人运行。

图4 巡检机器人行走轨道铺设

在焦炉地下室铺设第一条工字钢轨道，在烟道走廊铺设另一条工字钢轨道，布置两台机器人分别对设备表面温度巡检、气体浓度、仪器仪表数据等进行动态巡检。铺设示意图如图5 所示，充电桩放置在轨道首部，在整个运行轨道处均匀分布通信基站，确保网络覆盖到整个运行区域。经过现场实施表明，焦炉巡检机器人能够通过驱动轮组和行走轨道进行灵活移动，整个轨迹内的声音、图像、气体等传感信号能够实时采集、判断和回传，实现智能移动巡检。

图5 巡检机器人工字钢轨道铺设图

4 结语

本项目对焦炉巡检机器人主要部件设计进行分析，并结合现场情况对多参数移动巡检本体、移动巡检子站、隔爆兼本安型电源箱、轨道系统和后台软件系统进行了配套设计，并进行了现场实施。结果表明，焦炉巡检机器人能够通过驱动轮组和行走轨道进行灵活移动，关键位置的声音、图像、气体等传感信号能够有效实时采集、判断和回传，实现智能移动巡检，满足焦炉系统“无人化、少人化”的工作要求。