核电厂应用智能巡检技术的可行性分析

2021-12-30胡聪旺周项超

科技创新与应用 2021年28期

关键词：核电厂智能化机器人

胡聪旺，周项超

（海南核电有限公司，海南昌江 572700）

随着高科技程度的不断提升，核电厂对于巡视工作的规范性和高精度性要求越来越高。为了能够使核电厂巡视工作实现标准化，做到准确定位缺陷位置并及时对其进行调整，同时做到更好的信息交互，利用智能化巡检技术开发相应设备十分有必要。

1 智能巡检技术简介

1.1 智能巡检技术概况

传统巡检技术是以人工巡回检查的方式进行，智能化巡检则是将科学技术作为支撑，对发现的缺陷和安全隐患及时做出警报，提醒相关部门及时处理，防患于未然。智能巡检技术在巡检方法上有了较大的进步，通过对巡检对象、工作方法的预设工作的巡检，自动完成对检测数据的运输并实时监控，以使问题能够得到及时的处理。

1.2 智能巡检技术的优势

可以对巡检对象、巡检时间和巡检方法进行提前设置，根据情况提供较为完善的工作计划和工作规划，确保按时进行巡检工作，提升工作的效率，确保工作完成质量。

其次，能对巡检数据的记录和观察工作，实现保存和备份原始数据、提供历史工作轨迹和工作具体情况的视频音频回放等工作，有利于工作人员随时了解工作情况，以便及时完成对数据信息的智能化统计。

最后，可以综合利用各种智能化手段来检查巡检对象的设备运行状态，将该设备信息进行有效的整合，以便能够在智能巡检管理平台上完成综合有效的反应。

1.3 智能巡检技术的应用现状

随着网络技术和大数据技术的发展，巡检领域也开始运用各种智能化设备来代替人工，实现了过程的智能化和自动化，对于一些高危险度、较远距离的巡检任务来说，智能化技术相比于人工来说有着极大的优势。随着时代的发展，智能巡检技术的智能化应用方法和设备也出现了多样化的情况，包括定点摄像头、智能巡检机器人、滑轨摄像头等等，在无线温控装置、无线监测装置等各种设备的配合之下，可以利用终端手机软件或者电脑客户端随时随地对大型设备的工作状态实现监测，避免了各类安全事故的发生，未雨绸缪。

智能巡检机器人分为有轨和无轨两种。有轨机器人的结构更加简洁，相当于滑轨机器人，能够利用四驱底盘实现在冰雪环境中完成巡视作业，降低了恶劣天气因素对巡视工作的影响，使得智能巡检技术的长处得到了充分的展现。无轨机器人装有相应的摄像头和运动机制，能够完成在超大规模环境中的巡视作业，降低了恶劣电磁环境对于巡视工作的影响，充分展现了智能化技术的优势所在。

1.4 智能巡检技术存在的问题及解决方法

（1）红外测温不准确。因为巡检环境设备布置的高度复杂性，巡检技术会受到巡检路径、实际场地的各种限制，未达到人工巡视的灵活程度，因此在实际巡检工作中存在着校准差错问题，导致实际的温度和测量得到的温度有较大的偏差，甚至会与实际情况完全不符。为此，应该添加相应的距离巡视单元，从而可以对巡检设备实现较为精准的测温工作。

（2）数据读取不够精准。智能巡检设备通常来说都会配备极高清的摄像头，其精确度会远高于人类的视觉清晰度，并且该摄像头还拥有变焦功能，能够实现对远距离数据的准确读取，再将收集到的数据利用图片的形式进行保存，有利于后面数据分析工作的进行。但巡检环境的高度污浊性，使摄像头或者数据表变得很脏，工作人员未能及时发现处理，导致获取的图片不清晰、读取的数据不够准确。为此，应增加自动检测并清洁的装置，一旦检测到污垢就能根据程序指令自动完成清洗工作。

（3）对巡视路径判别不够准确。一般来说，智能巡检设备将以近距离碰撞停障感应装置和远距离超声停障感应装置为基础，保护设备的安全性，不会因与障碍物碰撞而发生损坏。然而在实践中，智能巡检设备将核电厂的杂物或工作人员当作是障碍物而停止前进。如果未能够及时观察到该问题，机器人可能会一直停留在原始位置上，直至电量被耗尽；机器人不具备上下移动的能力，因此很难巡检到一些基础面较低的系统设备，如泵坑底部等，应采取安装摄像头或定向采集数据信息的方式加以解决。

2 核电厂应用智能巡检技术的必要性

人工巡检技术在核电厂巡检中存在着录入效率不高、监管人员匮乏、抄表数据错误率偏高、查询数据难度大等不足之处，导致人工巡检很难满足现阶段核电厂的巡检需求，应用智能巡检技术已迫在眉睫。据调查显示，电子编码的标签随着核电厂变电设备的变化而变化，对电子标签实行规范化管理，再借用小型采集器可以实现大量数据的储存，并且程序的编程也十分简单易行。由此可知，采用智能化设备对核电厂进行智能巡检工作优势明显。

3 核电厂智能巡检系统的设计模式与基本结构

3.1 核电厂智能巡检系统的设计模式

需要在完成巡检项目的综合考虑之后，确定出最适合的巡检路线。在进行巡检过程中，利用微型扫描器完成对标签编码的扫描，并及时完成数据的自动存取工作，生成相应的数据采集时间，而非认为是进行时间输入，在一定程度上规避了巡检人员出差错和作弊的可能。设备在完成了当前项目的数据采集工作之后才能够进行下一步工作，保证程序有序的开展，减少了程序错乱、出差错的可能。

3.2 核电厂智能巡检系统的基本结构

后台数据运用同步技术是根据其实际需要对数据信息申请获取，通过服务器完成数据获取。本过程并不是根据服务器的相关规定要求定时定量产生数据包，而是根据实际情况进行具体判断分析。巡检系统还可以实现对多种类型的数据库完成交互，达到同时运行多种类型的中心数据库的目标。

4 核电厂智能巡检技术的基本原理

核电厂的智能巡检设备的管理模式可以实现管理目标，在对不同环境下核电厂重要设备设施完成数据进行收集，以获得实现管理目标所必须的数据信息，并为数据分析工作奠定了基础。设备出现故障后，应立即开启缺陷管理流程，根据设定流程完成传递工作，判断出缺陷类别，实现综合性的目标。在运行过程中，值班职工会运用智能巡视系统的终端进行巡视检查。在检查的过程中，既可以系统完整的检查所有设备，或者对任意一个设备完成精细检查。应按照设定好的路线进行设备检查，在对准设备电子标签和智能巡检终端之后，利用无线电射频技术对该标签编码进行扫描，其对应的设备号便显示出来。巡检人员可以选择观看该设备的信息，并且及时完成对设备以及巡检情况的详细记录。在遇到设备故障时，应该完善缺陷类型，及时记录缺陷信息，并且适当进行自行表述。

5 智能巡检技术的设计特点

5.1 人脸识别

由于核电厂区域是特殊环境，为防止无关人员随意出入，利用新技术设计人脸识别系统非常必要。首先，合法的人脸数据都会被保存在智能巡检设备的后台数据库当中，当在识别区域出现人脸信息时，设备就会对该信息进行及时收集，并立即完成与后台数据库信息的比对，最终判断是否允许该人进入核电厂区域。如未完成相应匹配情况，智能巡检设备会发出警报，确保工作人员的人身安全。同时，为了防止恶意闯入，智能巡检设备还能够自动完成报警操作，对异常人员进行定位、监控工作，从而可以避免危险情况的发生。

5.2 操作核对

传统上来讲，人工操作很容易出现疏忽大意而导致出错的情况，利用智能化设备监控可以保证操作的准确性、可靠性和安全性，降低了危险发生的频率。智能化设备可准确判断设备的运行频率，有利于准确把握作业效率、确保工程质量。同时，还可以增加“最后确认”的步骤，确保相关人员已到位、开关分合状态完全正确、操作后设备状态完全符合等，降低了安全事故发生概率。

5.3 危险区域识别

核电厂作业区域分为危险区域和高度危险区域，即禁区。为了防止安全事故的发生，在两种区域中都不允许无关人员随意进出，因此在对核电厂的各台设备进行施工时，应严格控制指定区域的人员流动情况，如有非备案人员进入危险区或者禁区，智能巡检设备应在发出警报的同时实时监控其行为，避免因为无关人员的错误操作而对核电厂造成威胁。

5.4 应急处理

在施工现场出现紧急情况之后，智能巡检设备会将危险情况的视频或者声音快速发送给值班的运行维护人员，通知其立即检测现场情况。例如，智能巡检设备与火灾报警系统连锁，当火灾出现之后，智能巡检设备及时到达报警区域，用红外线测试仪确定火灾是否真实存在，圈画出发生故障的空间范围，及时检测范围内所有设备的情况，通过排除正常设备不断缩小空间范围，直至找到出故障点，以告知运维人员采取下一步行动。此时，运维人员无须在场，可以根据视频文件利用其专业知识分析，提升对相关意外事故处理的专业性、科学性和高效性，在确保人员安全的同时也能及时解决核电厂的危险情况。

6 核电站智能巡检技术可以实现的功能设计

6.1 移动站控制系统层

移动站控制系统层主要是由采集程序层、电源开关系统、运动调节系统、导航定位调节系统、计算机控制系统等五个方面组成，该系统层可以利用嵌入式系统实现对智能巡视设备的多功能、多方面的操作。其中，导航定位调节系统主要是由定位传感器组成，可以监测和控制智能巡视设备所在的位置；采集程序层的功能是实现数据的传输和收集，主要通过红外线测试仪和摄像机两种设备来完成；运动调节系统中包括对电能的控制功能，能够调节智能巡视设备的驱动状况，同时还能够调节设备的运动控制器，以满足其运动需求。

6.2 基站控制系统层

通常来讲，可以通过无线遥控器来实现对智能巡视设备的远程控制，也可以设置该设备的自动巡检模式和方法，通过设备上的摄像头等装置，甚至可以实现对图像的实时监控功能。后台显示器显示巡视设备的内部工作状态，实现对该设备位置的有效监控和运动控制，有着极为重要的实际意义。另外，数据库中还存储着大量有关于该设备的任务管理系统、工作时间等，以便实时查阅使用。

7 核电厂中智能巡检技术的实际应用

7.1 智能巡检无人机

智能巡检无人机利用物联网的各类装置，如雷达、摄像头、红外线测温仪等等，实现对厂房外部设备及内部无法飞行区域的检查。及时对缺陷错误类别进行判断分析，有效提升核电厂的安全水平。一般来讲，智能巡检无人机的工作效率高达人工巡检效率的2.5 倍，减少人力资金投资和分配不均的问题，将来或许会成为核电厂维护的主要手段。

7.2 应用智能巡检技术实现集群控制网络设计

智能巡视设备终端需要专用网络连接到运行维护人员的控制后台。核电厂的运维人员可以同时检测多台智能巡检设备的数据，因此可以利用5G技术，采用星型网络的连接方式实现对不同站点智能巡视设备的统一管理。

7.3 利用智能巡检技术构建三维地图

此项技术可以实现构建核电厂虚拟仿真模型。三维电子地图在一定程度上克服了二维电子地图的局限性，能够较为准确地对巡逻地点进行定位，并进行实时的数据监测分析。另外，设备运行时间过长会逐渐老化，能根据温度曲线进行准确的推断。应用虚拟现实技术构建的三维电子地图可以提升智能巡视技术的功能，使其在实践中拥有更广泛的应用。

7.4 智能巡视机器人

智能巡视机器人是由充电系统、机器人本体、数据监控后台以及无线传输网络结构几个部分构成。机器人采用无轨导航方式，为实现迅速有效部署、核电厂站间调配等功能奠定基础，同时该设备还采用四轮独立驱动的方式，能够适应各种复杂的环境，十分适合核电厂的巡视环境。另外，巡视机器人还可以通过综合导航系统实现对巡视路径的分析判别功能，利用红外热像智能检测技术实现对核电厂温度的监测，利用声音检测技术实现对设备缺陷类别的判别分析等。最后，该机器人拥有耐高温、耐高压、防水的功能，在自身跌倒后会启动自动报警功能，引起运维人员注意。智能巡视机器人可以在降低巡视成本的同时大幅提高缺陷判别精度和持续导航时间。