史瑛迪 張春才

摘?要：本文敘述了焦?fàn)t巡檢機(jī)器人組成及特點(diǎn)，總結(jié)了焦?fàn)t地下室及煙道走廊采用智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)維的主要優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)結(jié)合工程案例，闡述焦?fàn)t巡檢機(jī)器人主要設(shè)計(jì)內(nèi)容，并對(duì)巡檢機(jī)器人在焦化廠運(yùn)維方面的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：巡檢機(jī)器人;焦?fàn)t地下室;煙道走廊;運(yùn)行監(jiān)測(cè);環(huán)境監(jiān)測(cè)

Application?of?Inspection?Robot?in?Coke?Oven

Shi?Yingdi?Zhang?Chuncai*

ACRE?Coking?&?Refractory?Engineering?Consulting?Corporation，MCC?LiaoningDalian?116085

Abstract：This?paper?introduces?the?composition?and?characteristic?of?inspection?robot?in?coke?oven，and?summarizes?the?main?advantages?of?using?intelligent?inspection?robot?for?O&M?of?coke?oven.Combined?with?engineering?cases，this?paper?expounds?the?main?contents?of?the?inspection?robot?in?coke?oven，and?looks?forward?to?the?development?of?the?inspection?robot?in?O&M?of?coke?oven.

Keywords：Inspection?Robot;Coke?Oven?Basement;Flue?Corridor;Function?Monitor;Environment?Monitor

隨著信息技術(shù)和人工智能技術(shù)不斷向各行各業(yè)融合滲透，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在形成。目前，巡檢機(jī)器人已經(jīng)在綜合管廊和石油開(kāi)采上得到了成功的應(yīng)用[12]。煉焦工業(yè)作為將煤炭轉(zhuǎn)化為冶金燃料和化工原料的流程工業(yè)，目前也在通過(guò)建設(shè)智慧工廠與智能化平臺(tái)，提升我國(guó)煉焦工業(yè)的智能化水平。

焦?fàn)t是煉焦工業(yè)的核心單元，現(xiàn)代水平室式煉焦?fàn)t的加熱煤氣管道布置于焦?fàn)t底部的地下室，焦?fàn)t加熱的交換系統(tǒng)及廢氣開(kāi)閉器布置在焦?fàn)t地下室和煙道走廊。長(zhǎng)期以來(lái)，焦?fàn)t加熱交換系統(tǒng)一直采用的是人工巡檢，不僅巡檢強(qiáng)度大，還要頻繁進(jìn)入一級(jí)防爆區(qū)，巡檢人員存在嚴(yán)重的作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，焦?fàn)t引入智能巡檢機(jī)器人運(yùn)維管理系統(tǒng)，對(duì)焦?fàn)t地下室及煙道走廊的加熱煤氣管道、交換傳動(dòng)裝置及廢氣開(kāi)閉器的運(yùn)行情況、有害氣體環(huán)境濃度等，進(jìn)行智能化、集約化的統(tǒng)一巡檢，對(duì)巡檢機(jī)器人整個(gè)軌跡內(nèi)的聲音、圖像、氣體等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、回傳、存儲(chǔ)及分析，這些操作對(duì)于提升焦?fàn)t現(xiàn)場(chǎng)管理安全維護(hù)能力，確保焦化廠的安全、有效運(yùn)行有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1?焦?fàn)t巡檢機(jī)器人簡(jiǎn)介及功能

焦?fàn)t巡檢機(jī)器人搭載紅外熱成像傳感器、氣體傳感器、音頻傳感器、360度視頻儀等多種智能傳感器。焦?fàn)t巡檢機(jī)器人可通過(guò)操作人員設(shè)定的巡查任務(wù)，沿軌道自動(dòng)或手動(dòng)控制運(yùn)行，到達(dá)指定檢測(cè)位置，能夠?qū)崟r(shí)采集、存儲(chǔ)、傳輸現(xiàn)場(chǎng)的圖像、聲音、溫度、CO（一氧化碳）、H2（氫氣）濃度等數(shù)據(jù)，還可沿線播放安全教育音頻和遠(yuǎn)程指揮喊話;焦?fàn)t巡檢機(jī)器人還能進(jìn)一步通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，判斷是否存在設(shè)備故障以及故障位置，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問(wèn)題，避免事故擴(kuò)大化，大大降低生產(chǎn)過(guò)程中的非正常停機(jī)時(shí)間。

焦?fàn)t巡檢機(jī)器人采用先進(jìn)的無(wú)線充電、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)，可完全代替巡檢工，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)可靠巡檢、無(wú)線充電，也是無(wú)人值守系統(tǒng)的首選，能夠代替人工從事一些強(qiáng)度高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的單調(diào)重復(fù)性工作，使工作人員從繁重的工作環(huán)境中解脫出來(lái)，既能提高工作效率，又可以保證人員的安全，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)工作區(qū)域的無(wú)人化、少人化作業(yè)。此外巡檢機(jī)器人還可以進(jìn)入空間狹小、平常難以到達(dá)的區(qū)域，擴(kuò)展作業(yè)的工作范圍。

針對(duì)焦?fàn)t地下室及煙道走廊，巡檢機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)采集、存儲(chǔ)、傳輸現(xiàn)場(chǎng)的圖像、聲音、溫度等數(shù)據(jù)，還能夠通過(guò)數(shù)據(jù)處理分析，精準(zhǔn)判斷交換旋塞、廢氣盤(pán)是否開(kāi)閉到位，鏈條及其他設(shè)備是否潤(rùn)滑到位，設(shè)備是否有跑冒滴漏，溫度、壓力、流量是否在合理區(qū)間，設(shè)備螺栓有無(wú)松動(dòng)、有無(wú)異響，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，精準(zhǔn)找到故障位置，完全替代人工巡檢，降低勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，提升智能化管理水平。

2?焦?fàn)t巡檢機(jī)器人主要產(chǎn)品組成及特點(diǎn)

2.1?巡檢機(jī)器人的產(chǎn)品組成

JNX12防爆型智能巡檢機(jī)器人主要由移動(dòng)巡檢平臺(tái)、無(wú)線通信系統(tǒng)、充電裝置、各種信號(hào)采集設(shè)備和軌道系統(tǒng)組成，如圖1所示。適用于大型焦化廠焦?fàn)t本體、化工產(chǎn)品回收、甲醇生產(chǎn)、煤焦油加氫、苯加氫、變電所、水泵房及帶式輸送機(jī)管廊等區(qū)域的移動(dòng)巡檢。具備先進(jìn)的無(wú)線充電、無(wú)線數(shù)傳等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在軌道自動(dòng)或手動(dòng)控制運(yùn)行，對(duì)整個(gè)軌跡內(nèi)的聲音、圖像、氣體等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、回傳、存儲(chǔ)及分析。

2.1.1?多參數(shù)移動(dòng)巡檢本體

多參數(shù)移動(dòng)巡檢本體是本系統(tǒng)的核心，從功能構(gòu)成上分為行走模塊、充電控制模塊、中央控制模塊、多參數(shù)采集模塊、通信模塊等;通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的擴(kuò)展應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)視頻、煙霧、氣體、溫度、音頻、熱成像、揚(yáng)聲播放、超聲避障等多參數(shù)的采集、判斷或監(jiān)測(cè)的擴(kuò)展，示意圖如圖2所示。

2.1.2?本安型移動(dòng)巡檢子站

通信傳輸采用5G信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，以達(dá)到遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸集中管理控制中心。

2.1.3?隔爆兼本安型電源箱

12V本質(zhì)安全型電路，直流觸點(diǎn)保證現(xiàn)場(chǎng)使用安全;多參數(shù)移動(dòng)巡檢裝置通過(guò)本體5Ah鋰電池供電，保證足夠的續(xù)航能力。采用分布式充電點(diǎn)結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行軌道科學(xué)配置充電裝置，通過(guò)巡檢裝置自帶電量監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主充電。

2.1.4?軌道系統(tǒng)

使用10#工字鋼做巡檢裝置軌道，表面經(jīng)過(guò)特殊防銹處理，結(jié)實(shí)、耐用、不易侵蝕。軌道每只為6米長(zhǎng)，覆蓋全部巡檢區(qū)域，是巡檢裝置運(yùn)行的主要載體。

2.1.5?后臺(tái)軟件系統(tǒng)

采用C/S、B/S、移動(dòng)客戶端APP結(jié)合的形式，模塊化架構(gòu)清晰，外部接口齊備，具備對(duì)整個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)各類輔助設(shè)備進(jìn)行綜合管理、聯(lián)動(dòng)、協(xié)調(diào)的能力。巡檢裝置采集數(shù)據(jù)通過(guò)WEB服務(wù)器對(duì)外接口向外共享，專用客戶端軟件可對(duì)移動(dòng)巡檢裝置進(jìn)行遙控、任務(wù)配置、視頻訪問(wèn)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)等。

2.2?巡檢機(jī)器人的特點(diǎn)

（1）人工智能AI學(xué)習(xí)：利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類大腦思維的信息過(guò)程，借助大數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行認(rèn)知建模、機(jī)器感知、機(jī)器思維，構(gòu)建計(jì)算機(jī)自己的知識(shí)體系，在使用過(guò)程中不斷進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

（2）本安設(shè)計(jì)：機(jī)器人本體采用本安型設(shè)計(jì)，具有更高的電氣可靠性和穩(wěn)定性，重量輕、體積小，可實(shí)施超長(zhǎng)時(shí)間巡檢，運(yùn)行更節(jié)能、更穩(wěn)定。

（3）40度坡度行走：多輪緊箍設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)巷道大傾角多彎度復(fù)雜行走環(huán)境。

（4）掛軌式行進(jìn)：掛軌式巡檢機(jī)器人按照設(shè)計(jì)施工時(shí)指定的路線運(yùn)動(dòng)，路徑相對(duì)固定，不影響工作人員的通行和其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

3?在焦?fàn)t中的實(shí)施方案

3.1?項(xiàng)目情況描述

該項(xiàng)目擬對(duì)某焦化廠2×60孔7米焦?fàn)t地下室及煙道走廊，配置固定軌道實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)巡檢。

主要實(shí)現(xiàn)對(duì)焦?fàn)t地下室及煙道走廊內(nèi)圖像、聲音、溫度、CO（一氧化碳）、H2（氫氣）濃度，管道氣體泄漏、設(shè)備是否有跑冒滴漏，溫度、壓力、流量是否在合理區(qū)間，設(shè)備螺栓有無(wú)松動(dòng)、有無(wú)異響，進(jìn)行巡檢。焦?fàn)t地下室巡檢機(jī)器人用軌道布置在交換旋塞搬把的側(cè)面，采用吊軌的形式;焦?fàn)t煙道走廊巡檢機(jī)器人采用吊軌布置在操作臺(tái)下方，布置示意圖見(jiàn)圖3所示。

3.2?實(shí)施方案描述

方案一：

巡檢機(jī)器人行走軌道從焦?fàn)t地下室連續(xù)鋪設(shè)至煙道走廊，1臺(tái)機(jī)器人沿軌道對(duì)閥門(mén)閉合、氣體濃度、異常聲音、設(shè)備表面溫度巡檢、儀器儀表數(shù)據(jù)讀取等，與其他工作人員工作空間無(wú)沖突。鋪設(shè)示意圖如圖4所示，充電樁放置在軌道的首部和尾部，通信基站均勻分布在軌道處，保證整個(gè)空間的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，智能化巡檢管理系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)控制機(jī)器人運(yùn)行。

方案二：

分別在焦?fàn)t地下室和煙道走廊鋪設(shè)工字鋼軌道，軌道不連續(xù)。兩臺(tái)機(jī)器人分別沿軌道對(duì)閥門(mén)閉合、氣體濃度、異常聲音、設(shè)備表面溫度巡檢、儀器儀表數(shù)據(jù)讀取等，與其他工作人員工作空間無(wú)沖突。鋪設(shè)示意圖如圖5所示，充電樁放置在軌道的首部，通信基站均勻分布在軌道處，保證整個(gè)空間的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，智能化巡檢管理系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)控制機(jī)器人運(yùn)行。

3.3?控制中心安裝方案

遠(yuǎn)程服務(wù)器安裝于地面調(diào)度室指定位置，選用框架式服務(wù)器，外形美觀。巡檢機(jī)器人共同使用一臺(tái)服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人本體的控制及數(shù)據(jù)傳輸。

3.4?技術(shù)參數(shù)

4?結(jié)論

綜上所述，焦?fàn)t智能巡檢機(jī)器人在焦?fàn)t中的應(yīng)用結(jié)論如下：

（1）焦?fàn)t巡檢機(jī)器人能夠以全自動(dòng)運(yùn)行方式，進(jìn)行焦?fàn)t地下室及煙道走廊的自動(dòng)巡檢，可完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工巡檢;

（2）巡檢機(jī)器人的作業(yè)內(nèi)容包括：設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)（溫度、壓力、流量）、語(yǔ)音播報(bào)與通話、環(huán)境監(jiān)測(cè)等;

（3）焦?fàn)t巡檢機(jī)器人可對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，形成的數(shù)據(jù)報(bào)表客觀準(zhǔn)確，便于操作人員實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工廠巡檢路線上設(shè)備狀態(tài)的掌握;

（4）焦?fàn)t巡檢機(jī)器人的應(yīng)用不僅有效降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)，而且大大提高了焦?fàn)t管理的智能化水平和生產(chǎn)組織效率。

5?展望

目前，焦化廠內(nèi)焦?fàn)t本體、化工產(chǎn)品回收區(qū)、變電所、水泵房及帶式輸送機(jī)管廊等場(chǎng)所的巡視和檢修工作，大部分都由人工完成，這些場(chǎng)所的主要特點(diǎn)是：

（1）環(huán)境復(fù)雜、空間狹小、積水情況常見(jiàn)，對(duì)人工巡視造成非常大的阻礙;

（2）人工巡檢頻率低，間隔長(zhǎng)，還存在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中由于安全原因不能巡檢的情況;

（3）人工巡檢容易受到個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和情緒、主觀意識(shí)的影響，人工獲取的數(shù)據(jù)也難以形成系統(tǒng)性，參考意義不高。

隨著焦化廠對(duì)安全高效生產(chǎn)的更高要求，以及行業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化水平的不斷發(fā)展，焦化工業(yè)在安全生產(chǎn)方面已取得顯著性進(jìn)步，在逐漸實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化替人、自動(dòng)化減人”階段性成果之后，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，促使焦化行業(yè)急需運(yùn)用機(jī)器人技術(shù)，進(jìn)一步提升焦化廠智能化管理水平，未來(lái)焦?fàn)t巡檢機(jī)器人是焦化廠智能化升級(jí)的必要措施。焦?fàn)t巡檢機(jī)器人是數(shù)字化、無(wú)人化、智能化生產(chǎn)的重要組成部分，應(yīng)用該系統(tǒng)能夠最終實(shí)現(xiàn)“高產(chǎn)高效、少人無(wú)人”的企業(yè)建設(shè)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]涂學(xué)萬(wàn)，吳飛，胡放軍，等.巡檢機(jī)器人在華慶油田的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2021（20）：9698.

作者簡(jiǎn)介：史瑛迪（1983—?），男，漢族，遼寧北鎮(zhèn)人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：煉焦工藝及設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)。

*通訊作者：張春才（1978—?），男，漢族，遼寧臺(tái)安人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：煉焦工藝及設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)。