摘要：目前电厂设备巡检主要是人工巡检，这种方式耗时长、巡检工作繁琐，到位率、及时性无法保证。本文主要研究利用巡检机器人来代替人工进行热电厂的综合巡检。围绕移动行走、磁轨导航、北斗差分导航定位、无线局域网视频监控、仪表读取、设备噪声检测等关键技术展开，根据需要设计研制一款热电厂综合巡检机器人，用于巡检尿素水解区、磨煤机和燃油泵房以及巡检升压变电站、冷却系统。对于减少人工劳动量，提高热电厂智能水平具有重要意义。
关键词：巡检机器人；仪表读取；数据分析
1.研究背景与意义
在电厂的设备检查和巡视过程中，巡检方式依靠人工进行，需要值班人员定期使用手持仪器对电厂的电气设备逐一检查，采集大量的运行状态数据。随着电厂设备的数量和规模不断增大，人工巡检工作变得越来越繁琐复杂，人工巡检的到位率、及时性都无法保证，电厂设备数量剧增与值班员数量不足之间的矛盾日益突出。同时，人工巡检的作业质量有着很大的随机性，人工巡检方式存在劳动强度大，工作效率低，检测质量分散，管理成本高等明显不足。而且在高寒地区或恶劣气候条件下，人工巡检存在较大安全风险，且缺乏其他有效的巡检手段。鉴于目前人工巡检存在的缺陷，本文提出的基于智能识别技术的热电厂综合巡检机器人的研究很有必要。
2.方案设计
整体方案基于以下设计原则：结构简单实用，保证稳定性和可靠性，严格控制质量，灵敏性，准确性。我们将研发两种巡检机器人：轮式可移动巡检机器人及轨道式巡检机器人。巡检机器人通过搭载的高清摄像头和红外成像仪获取热电厂设备的外观图像和温度状态图像，然后通过互联网传输到电厂主控室的监控端，以供值班人员进行观察分析。监控端一方面能实时控制巡检机器人的运动，另一方面可以实时显示和分析热电厂设备的可见光图像和红外图像，并能提供外观异常和温度异常报警。该巡检机器人完全通过监控端软件操作，使得值班人员不必亲临现场即可完成例行巡检。
2.1轮式巡检机器人
巡检机器人分为本体、充电室和监控端三大部分。巡检机器人本体通过站内无线接入点（AP）连接到互联网。通过路由器、交换机等设备连接到公网互联网的电脑。监控端和巡检机器人的互联网通讯采用客户端/服务器体系结构。其中巡检机器人为服务器，监控端作为客户端，通过该固定IP地址实现对巡检机器人的访问。二者的通讯采用WCF协议框架。
巡检机器人本体以工控机为主控制器，以单片机为辅助控制器，两者通过RS485接口相连。单片机的功能是执行工控机的命令并实时向其上传传感器信号。图1为巡检机器人系统硬件组成示意图。
图1 系统硬件组成
2.2轨道式巡检机器人
巡检机器人系统总体结构如图2所示，采用无线的通信设备连接巡检机器人的基站系统和移动站系统，实现巡检数据的远传和基站命令的遥控。在此基础上，能够方便地接入电力系统生产专用的光纤通信网络，实现与调度中心的数据交换。巡检机器人系统的工作流程如图2所示。在巡检机器人监控主站由运行人员下发巡视任务或者由基站系统自动下发巡视任务，来启动巡检机器人进行工作；巡检机器人通过局部规划移动到巡视任务中的停靠点，并且在停靠点停车；向基站系统发送到达停靠点的信息，根据配置文件中停靠点的信息下发预先设置的巡视命令，巡检机器人通过移动云台对巡视设备进行精确定位，从而进行设备的可见光和红外成像检测；巡检机器人及时保存并上传所巡视设备的可见光图像和红外图像，如果发现检测设备温度超过预定的最高温度则向运行人员发出警报；机器人检测完毕后，基站向巡检机器人下发此停靠点巡视完毕的指令。
图2 轨道式巡检机器人总体结构框图
3.电厂设备历史数据分析与故障识别
现场巡检的主要工作就是确定设备的运行稳定性，并能及时发现设备存在的缺陷，从而避免事故的发生。而现场运行设备的缺陷除观察设备外观直接变化如设备出现漏油、设备测温片变色以及设备结构变形等，设备运行参数变化包括负荷变化、设备压力值等出现异常，以及对设备进行各类定期试验发觉异常外，绝大多数的设备缺陷是通过测试设备的运行温度来定性的，在本研究分析中，考虑到设备故障与发热的密切关系，同时为便于深入研究，引出温度特征点的概念。温度特征点就是可以作为早期确定设备发热故障，并以此来为后期分析做准备的温度点，所以确定能够定性设备缺陷的温度特征点成为了现场运行工作中的重点工作，如今现场通过温度监测来确定设备缺陷都是凭借运行经验来实现的，比如设备较平时运行温度有了很大提高，就确定其为设备缺陷，可是如此来定性设备缺陷显得有些过于草率，准确性较低，给变电站现场检修工作带来很多的不变。为此，本研究通过对机器人巡检过程中的红外测温数据的详细分析并结合变电站现场设备运行实践，确定了设备缺陷温度特征点的选择。
故障发热设备的分类可以从发热原理上将其分为两大类，即电流致热设备和电压致热设备。电流致热设备就是指由于电流作用而引起发热的设备，包括有：导线、电缆本体、金属部件与金属部件的连接接头、电气设备与金属部件的电气连接接头等。电压致热设备就是指由于电压作用引起发热的设备，主要有：电压互感器、电流互感器、绝缘子、氧化锌避雷器、电缆中间接头、电缆终端头等。在实际运行过程中，通过深层分析设备在正常运行状态下的发热规律以及设备表面温度场的分布和温度变化状况，以此为根据并结合设备内部结构及传导热能的途径，从而来进一步分析各种设备缺陷以及故障状态下的热场及温升，就能相对较准确的对设备有无内部或外部故障进行诊断。
4.结语
热电厂综合巡检机器人采用分层设计的思想，通过RS485通讯网络将所有的设备连接到主控的工控机中，便于维修和进一步拓展应用。具有自动搜索模式、准确定位模式、对探测目标的识别模式，灵敏度高，可实现远程控制，并实时回传视频图像。实践证明，机器人能够代替人工完成基本的巡检任务，具有较高的自动化和智能化水平。
参考文献：
[1]龚勤慧.变电站智能巡检机器人研究综述[J].泸州职业技术学院学报，2015.
[2]苏晖，刘鲁京.电厂智能巡检机器人导航技术研究及应用[J].电子测试，2016
论文作者:徐艳冰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/17
标签：设备论文; 机器人论文; 热电厂论文; 温度论文; 电厂论文; 缺陷论文; 基站论文; 《电力设备》2018年第18期论文;