工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)在選煤廠的應(yīng)用

栗培國

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 田莊選煤廠，河南 平頂山 467013)

田莊選煤廠是一座大型礦區(qū)型煉焦煤選煤廠，設(shè)計能力為10.0 Mt/a[1]，入選原煤來源于平煤神馬集團(tuán)下屬的10余對礦井，主要煤種為煉焦煤。選煤廠原煤以全粒級(小于300 mm)入選，采用塊煤重介斜輪分選+末煤三產(chǎn)品重介旋流器分選+TBS粗煤泥分選+煤泥浮選等4級分選工藝[2]；主導(dǎo)產(chǎn)品為1/3焦精煤和焦精煤，具有低灰、低硫、高粘結(jié)性等特點(diǎn)[3]。

選煤廠是流水線、連續(xù)生產(chǎn)型工廠，洗選加工過程中的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都將可能導(dǎo)致系統(tǒng)停止運(yùn)行。生產(chǎn)線被動停止對企業(yè)損失較大，不但減少洗選產(chǎn)能，而且對介質(zhì)系統(tǒng)、洗水循環(huán)系統(tǒng)、能源消耗系統(tǒng)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)的影響尤其大[1]。洗選過程中關(guān)鍵設(shè)備的維護(hù)保障是企業(yè)生產(chǎn)的重要一環(huán)。以前選煤廠采取人力巡檢，由專業(yè)班組通過眼看、耳聽、鼻聞的方式實(shí)地勘察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障情況，收集到的信息報送機(jī)電維護(hù)部門，由其進(jìn)行故障排查、設(shè)備檢修；后來為了方便職工巡檢，配備了一些手持巡檢設(shè)備，由專業(yè)人員實(shí)地勘察設(shè)備情況，并報送信息，具備了一定的先進(jìn)性，也提高了巡檢效率。但不論哪種方式，始終沒有脫離人力巡檢的工作模式。在生產(chǎn)負(fù)荷小，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時間短的情況下，這種方式可以滿足生產(chǎn)需求。而隨著生產(chǎn)負(fù)荷加大，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時間大幅度增加，人力巡檢方式的弊端逐漸暴露出來，巡檢實(shí)時性差，故障判別的準(zhǔn)確性低，直接導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行效率大幅度下降。

1 工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)需求分析

工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)可針對生產(chǎn)廠房設(shè)備布局，在最大范圍內(nèi)巡檢生產(chǎn)現(xiàn)場重點(diǎn)關(guān)鍵設(shè)備，實(shí)時監(jiān)測生產(chǎn)環(huán)境狀況和設(shè)備運(yùn)行狀況，如監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行溫度、環(huán)境起火或煙霧、篩板翹頭或破裂漏料、溜槽擁堵、膠帶跑偏、膠帶撕裂、托輥卡死等生產(chǎn)事故。在生產(chǎn)調(diào)度指揮中心及關(guān)鍵控制崗位呈現(xiàn)圖像及數(shù)據(jù)，可實(shí)時預(yù)警。利用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、視頻監(jiān)測分析、可見光視頻監(jiān)控、在線紅外熱成像，設(shè)計實(shí)現(xiàn)能夠24 h不間斷對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)物料狀態(tài)進(jìn)行圖像、溫度的實(shí)時監(jiān)測及故障報警，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并向生產(chǎn)自控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。

工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)要求真正實(shí)現(xiàn)利用視頻技術(shù)、紅外熱成像技術(shù)、煙霧監(jiān)測技術(shù)相互整合，實(shí)現(xiàn)一體式監(jiān)測報警功能。主要研究內(nèi)容包括軌道行走控制、視頻監(jiān)測、熱紅外成像區(qū)域測溫預(yù)警、煙霧感知預(yù)警，把多種不同的信號整合在一起，設(shè)計制作統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，統(tǒng)一的后臺控制系統(tǒng)。同時考慮研究環(huán)境防塵、防水、防震、升降控制技術(shù)，編寫后臺控制程序，控制機(jī)構(gòu)精確定位行走，限位控制，通訊網(wǎng)絡(luò)接入方式，接入控制技術(shù)等。

智能巡檢系統(tǒng)完成被巡檢設(shè)備狀態(tài)采集、存儲可見光和紅外視頻的功能，并支持視頻的播放、停止、抓圖、錄像、全屏顯示等功能。系統(tǒng)不僅提供巡檢點(diǎn)上采集、存儲的紅外熱圖功能，并能夠從紅外熱圖中提取溫度信息[4]。系統(tǒng)提供手動控制和自動控制2種對工業(yè)機(jī)器人的控制方式，并能在2種控制模式間任意切換。手動控制功能可實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人底盤、伸縮模塊、可見光攝像機(jī)和紅外熱像儀的控制操作；自動控制時，系統(tǒng)能夠在全自主的模式下，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的任務(wù)或者由用戶臨時指定的任務(wù)，通過工業(yè)機(jī)器人各功能單元的配合實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的檢測功能[5]。

2 智能巡檢系統(tǒng)組成及功能

智能巡檢系統(tǒng)由工業(yè)機(jī)器人本體、軌道平臺、供電平臺、通信平臺、管控平臺組成。采用軌道式機(jī)器人，能夠精確控制運(yùn)動路線，運(yùn)動速度快，工作效率高。該系統(tǒng)具有操作簡單、監(jiān)測精準(zhǔn)、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 工業(yè)機(jī)器人本體

工業(yè)機(jī)器人本體的集成圖像溫度采集系統(tǒng)、云臺控制模塊、智能自動巡航、緊急避障功能、緊急運(yùn)行暫?；謴?fù)功能、光電限位行程系統(tǒng)等功能，是完成巡檢任務(wù)的核心部件。

(1)圖像溫度采集系統(tǒng)。圖像溫度采集系統(tǒng)主要是熱成像雙光譜網(wǎng)絡(luò)智能球形攝像機(jī)，采用1/1.8”高性能傳感器，可見光最大分辨率可達(dá)1 920 ×1 080@30 fps，圖像清晰，不僅能夠看到實(shí)時熱圖像，而且還能通過紅外視頻及相關(guān)溫度測量數(shù)據(jù)來進(jìn)行過程控制及事前報警、最高溫十字定位，具有1條線測溫、10個框測溫和10個點(diǎn)測溫，關(guān)聯(lián)測溫預(yù)留位置100個，具有溫度異常報警功能和雨刷功能[6]。

(2)云臺模塊。云臺模塊在水平方向0°～360°自由旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度鍵控操作每秒100°，手動操作每秒0.5°～100°。

2.2 軌道平臺

工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)的軌道平臺由高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)軌拼接構(gòu)成，是工業(yè)機(jī)器人的主體支撐軌道。軌道平臺要求承載質(zhì)量80 kg以上，每隔3 m安裝1只軌道固定支架。軌道設(shè)計選用拖鏈?zhǔn)街本€40 m軌道，采用鋁合金特質(zhì)型材，防銹氧化處理，既能提高抗腐蝕能力，又可以提高表面的硬度，增加抗磨損性能。

軌道平臺在生產(chǎn)設(shè)備上方區(qū)域采用吊裝方式，使系統(tǒng)可覆蓋5臺末精煤脫介篩、5臺原煤分級篩、2臺刮板運(yùn)輸機(jī)、2臺重介斜輪分選機(jī)、2臺塊煤脫介篩、2臺膠帶運(yùn)輸機(jī)以及一些溜槽等相關(guān)設(shè)備。

2.3 供電平臺

工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)的供電平臺主要為工業(yè)機(jī)器人本體正常工作提供能源動力供給，要求有可靠的電源供應(yīng)。系統(tǒng)采用充電電池和市電系統(tǒng)相結(jié)合的供電方式，24 h在線供電，即使在市電供電短暫停止時，工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)仍可正常工作，同時具有過流保護(hù)裝置。

2.4 通信平臺

工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)采用有線通信方式。通過拖鏈?zhǔn)絻?nèi)置網(wǎng)線保證工業(yè)機(jī)器人實(shí)時傳輸，用現(xiàn)場光纖通信傳輸網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)的光纜及10/100 M光纖收發(fā)器作為本系統(tǒng)的主干傳輸設(shè)備，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)光纖接入解決方案，所有的控制信號、視頻數(shù)據(jù)、現(xiàn)場傳感器采集的數(shù)據(jù)及報警信息均通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸，工業(yè)機(jī)器人和遠(yuǎn)程生產(chǎn)調(diào)度中心通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，與選煤廠生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通。

2.5 管控平臺

系統(tǒng)與原有的機(jī)電設(shè)備巡檢系統(tǒng)融合對接，實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)存入機(jī)電設(shè)備巡檢系統(tǒng)，可由機(jī)電設(shè)備巡檢系統(tǒng)統(tǒng)一匯總各個時段監(jiān)測設(shè)備的具體情況，交由維護(hù)人員翻閱查看，為維檢部門排布檢修計劃提供數(shù)據(jù)支持。逐步實(shí)現(xiàn)預(yù)防性檢修和周期性檢修。設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)全部集中采集到生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、高效調(diào)度，實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測預(yù)警、煙霧監(jiān)測預(yù)警、現(xiàn)場環(huán)境設(shè)備監(jiān)測。

3 應(yīng)用效果

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，在重介主廠房安裝軌道式工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)，自動巡檢5臺末精煤脫介篩、5臺原煤分級篩、2臺斜輪分選機(jī)、3臺塊煤轉(zhuǎn)載膠帶運(yùn)輸機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備。采用吊軌式安裝，拖鏈和劃線方式提供數(shù)據(jù)和電力支持，搭載紅外熱成像功能、紅外遠(yuǎn)距離測溫功能、煙霧報警功能等，對末精煤脫介篩電機(jī)、激振器進(jìn)行圖像和溫度監(jiān)測?，F(xiàn)場如圖1所示。在生產(chǎn)調(diào)度指揮中心安裝后臺控制顯示系統(tǒng)，遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測末精煤脫介篩、原煤分級篩、膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，末精煤脫介篩篩面物料脫介和末煤旋流器分選情況，膠帶運(yùn)輸機(jī)托輥運(yùn)轉(zhuǎn)情況，脫介篩電機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)溫度預(yù)警，生產(chǎn)環(huán)境煙霧預(yù)警等，由系統(tǒng)根據(jù)預(yù)警參數(shù)設(shè)置，實(shí)時監(jiān)測溫度、煙霧情況，完全代替人力巡檢。檢測中心界面如圖2所示。

圖1 工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)現(xiàn)場

圖2 工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)檢測中心界面

實(shí)踐表明，工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用解決了生產(chǎn)調(diào)度和設(shè)備維護(hù)部門不能實(shí)時把控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的問題，解決了崗位人員不足的問題，解決了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性差的問題，解決了生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行效率低的問題，解決了部分設(shè)備隱患轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)事故的問題；降低了職工勞動強(qiáng)度，減少了職工接觸粉塵及噪聲的時間，提高了設(shè)備運(yùn)行效率，提高了生產(chǎn)安全保障能力。

項(xiàng)目實(shí)施后經(jīng)濟(jì)效益顯著。機(jī)器人智能巡檢代替人力巡檢，按照目前各生產(chǎn)區(qū)域巡檢人員配置，4崗合1崗，可減少40名崗位人員，節(jié)約人工成本；設(shè)備監(jiān)測更加及時準(zhǔn)確，可及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患；把工作人員從惡劣的環(huán)境中解脫出來，提高了人身安全保障，節(jié)約安全生產(chǎn)成本；節(jié)約檢修時間，增加生產(chǎn)時間，增加經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 語

工業(yè)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)的研究和設(shè)計應(yīng)用，既提升了巡檢系統(tǒng)的智能化水平，又提高了企業(yè)的自動化水平，取得了較好的效果。對接融入生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，既能達(dá)到生產(chǎn)調(diào)試管控要求，又可滿足管理人員遠(yuǎn)程檢查生產(chǎn)情況，形成生產(chǎn)管理更加關(guān)注對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的“事前預(yù)警”，及時掌握生產(chǎn)現(xiàn)場情況，為生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供保障；同時減少了職工接觸粉塵及噪聲的時間，降低了職工勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)安全保障。