工业机器人智能巡检系统在选煤厂的应用

栗培国

(平顶山天安煤业股份有限公司 田庄选煤厂，河南 平顶山 467013)

田庄选煤厂是一座大型矿区型炼焦煤选煤厂，设计能力为10.0 Mt/a[1]，入选原煤来源于平煤神马集团下属的10余对矿井，主要煤种为炼焦煤。选煤厂原煤以全粒级(小于300 mm)入选，采用块煤重介斜轮分选+末煤三产品重介旋流器分选+TBS粗煤泥分选+煤泥浮选等4级分选工艺[2]；主导产品为1/3焦精煤和焦精煤，具有低灰、低硫、高粘结性等特点[3]。

选煤厂是流水线、连续生产型工厂，洗选加工过程中的任一环节出现故障，都将可能导致系统停止运行。生产线被动停止对企业损失较大，不但减少洗选产能，而且对介质系统、洗水循环系统、能源消耗系统、生产控制系统的影响尤其大[1]。洗选过程中关键设备的维护保障是企业生产的重要一环。以前选煤厂采取人力巡检，由专业班组通过眼看、耳听、鼻闻的方式实地勘察设备运行状态及故障情况，收集到的信息报送机电维护部门，由其进行故障排查、设备检修；后来为了方便职工巡检，配备了一些手持巡检设备，由专业人员实地勘察设备情况，并报送信息，具备了一定的先进性，也提高了巡检效率。但不论哪种方式，始终没有脱离人力巡检的工作模式。在生产负荷小，设备运转时间短的情况下，这种方式可以满足生产需求。而随着生产负荷加大，设备运转时间大幅度增加，人力巡检方式的弊端逐渐暴露出来，巡检实时性差，故障判别的准确性低，直接导致设备运行效率大幅度下降。

1 工业机器人智能巡检系统需求分析

工业机器人智能巡检系统可针对生产厂房设备布局，在最大范围内巡检生产现场重点关键设备，实时监测生产环境状况和设备运行状况，如监测设备运行温度、环境起火或烟雾、筛板翘头或破裂漏料、溜槽拥堵、胶带跑偏、胶带撕裂、托辊卡死等生产事故。在生产调度指挥中心及关键控制岗位呈现图像及数据，可实时预警。利用工业机器人技术、视频监测分析、可见光视频监控、在线红外热成像，设计实现能够24 h不间断对设备运行状态和生产物料状态进行图像、温度的实时监测及故障报警，对监测数据进行分析，并向生产自控系统提供数据支持。

工业机器人智能巡检系统要求真正实现利用视频技术、红外热成像技术、烟雾监测技术相互整合，实现一体式监测报警功能。主要研究内容包括轨道行走控制、视频监测、热红外成像区域测温预警、烟雾感知预警，把多种不同的信号整合在一起，设计制作统一的控制系统，统一的数据通讯系统，统一的后台控制系统。同时考虑研究环境防尘、防水、防震、升降控制技术，编写后台控制程序，控制机构精确定位行走，限位控制，通讯网络接入方式，接入控制技术等。

智能巡检系统完成被巡检设备状态采集、存储可见光和红外视频的功能，并支持视频的播放、停止、抓图、录像、全屏显示等功能。系统不仅提供巡检点上采集、存储的红外热图功能，并能够从红外热图中提取温度信息[4]。系统提供手动控制和自动控制2种对工业机器人的控制方式，并能在2种控制模式间任意切换。手动控制功能可实现对工业机器人底盘、伸缩模块、可见光摄像机和红外热像仪的控制操作；自动控制时，系统能够在全自主的模式下，根据预先设定的任务或者由用户临时指定的任务，通过工业机器人各功能单元的配合实现对设备的检测功能[5]。

2 智能巡检系统组成及功能

智能巡检系统由工业机器人本体、轨道平台、供电平台、通信平台、管控平台组成。采用轨道式机器人，能够精确控制运动路线，运动速度快，工作效率高。该系统具有操作简单、监测精准、运行稳定、维护方便等优点。

2.1 工业机器人本体

工业机器人本体的集成图像温度采集系统、云台控制模块、智能自动巡航、紧急避障功能、紧急运行暂停恢复功能、光电限位行程系统等功能，是完成巡检任务的核心部件。

(1)图像温度采集系统。图像温度采集系统主要是热成像双光谱网络智能球形摄像机，采用1/1.8”高性能传感器，可见光最大分辨率可达1 920 ×1 080@30 fps，图像清晰，不仅能够看到实时热图像，而且还能通过红外视频及相关温度测量数据来进行过程控制及事前报警、最高温十字定位，具有1条线测温、10个框测温和10个点测温，关联测温预留位置100个，具有温度异常报警功能和雨刷功能[6]。

(2)云台模块。云台模块在水平方向0°～360°自由旋转，旋转速度键控操作每秒100°，手动操作每秒0.5°～100°。

2.2 轨道平台

工业机器人智能巡检系统的轨道平台由高强度铝合金导轨拼接构成，是工业机器人的主体支撑轨道。轨道平台要求承载质量80 kg以上，每隔3 m安装1只轨道固定支架。轨道设计选用拖链式直线40 m轨道，采用铝合金特质型材，防锈氧化处理，既能提高抗腐蚀能力，又可以提高表面的硬度，增加抗磨损性能。

轨道平台在生产设备上方区域采用吊装方式，使系统可覆盖5台末精煤脱介筛、5台原煤分级筛、2台刮板运输机、2台重介斜轮分选机、2台块煤脱介筛、2台胶带运输机以及一些溜槽等相关设备。

2.3 供电平台

工业机器人智能巡检系统的供电平台主要为工业机器人本体正常工作提供能源动力供给，要求有可靠的电源供应。系统采用充电电池和市电系统相结合的供电方式，24 h在线供电，即使在市电供电短暂停止时，工业机器人系统仍可正常工作，同时具有过流保护装置。

2.4 通信平台

工业机器人智能巡检系统采用有线通信方式。通过拖链式内置网线保证工业机器人实时传输，用现场光纤通信传输网络敷设的光缆及10/100 M光纤收发器作为本系统的主干传输设备，以太网无源光网络光纤接入解决方案，所有的控制信号、视频数据、现场传感器采集的数据及报警信息均通过有线网络传输，工业机器人和远程生产调度中心通过以太网进行通讯，与选煤厂生产监控系统互联互通。

2.5 管控平台

系统与原有的机电设备巡检系统融合对接，实时监测数据通过数据网络存入机电设备巡检系统，可由机电设备巡检系统统一汇总各个时段监测设备的具体情况，交由维护人员翻阅查看，为维检部门排布检修计划提供数据支持。逐步实现预防性检修和周期性检修。设备监测数据全部集中采集到生产调度指挥中心，实现科学、高效调度，实现温度监测预警、烟雾监测预警、现场环境设备监测。

3 应用效果

根据生产实际情况，在重介主厂房安装轨道式工业机器人智能巡检系统，自动巡检5台末精煤脱介筛、5台原煤分级筛、2台斜轮分选机、3台块煤转载胶带运输机等关键设备。采用吊轨式安装，拖链和划线方式提供数据和电力支持，搭载红外热成像功能、红外远距离测温功能、烟雾报警功能等，对末精煤脱介筛电机、激振器进行图像和温度监测。现场如图1所示。在生产调度指挥中心安装后台控制显示系统，远程实时监测末精煤脱介筛、原煤分级筛、胶带运输机运转情况，末精煤脱介筛筛面物料脱介和末煤旋流器分选情况，胶带运输机托辊运转情况，脱介筛电机、胶带运输机电机温度预警，生产环境烟雾预警等，由系统根据预警参数设置，实时监测温度、烟雾情况，完全代替人力巡检。检测中心界面如图2所示。

图1 工业机器人智能巡检系统现场

图2 工业机器人智能巡检系统检测中心界面

实践表明，工业机器人智能巡检系统的应用解决了生产调度和设备维护部门不能实时把控设备运行状态的问题，解决了岗位人员不足的问题，解决了设备运行稳定性差的问题，解决了生产设备运行效率低的问题，解决了部分设备隐患转变成生产事故的问题；降低了职工劳动强度，减少了职工接触粉尘及噪声的时间，提高了设备运行效率，提高了生产安全保障能力。

项目实施后经济效益显著。机器人智能巡检代替人力巡检，按照目前各生产区域巡检人员配置，4岗合1岗，可减少40名岗位人员，节约人工成本；设备监测更加及时准确，可及时发现设备隐患；把工作人员从恶劣的环境中解脱出来，提高了人身安全保障，节约安全生产成本；节约检修时间，增加生产时间，增加经济效益。

4 结 语

工业机器人智能巡检系统的研究和设计应用，既提升了巡检系统的智能化水平，又提高了企业的自动化水平，取得了较好的效果。对接融入生产监控系统，既能达到生产调试管控要求，又可满足管理人员远程检查生产情况，形成生产管理更加关注对生产现场设备的“事前预警”，及时掌握生产现场情况，为生产设备稳定运行提供保障；同时减少了职工接触粉尘及噪声的时间，降低了职工劳动强度，提高了生产安全保障。