工业机器人在火电厂复杂工况环境下的应用

张诗远，兰志明

（国能神福（石狮）有限公司，福建泉州 036700）

工业机器人、智能技术等的不断发展，在工业领域中得到了广泛应用。在火电厂当中所应用的工业机器人可以分为智能巡检机器人、除锈喷漆机器人以及多功能机器人等。它们可以实现全自动、标准化的工作，因此本文针对火电厂，从智能机器人技术的功能需求和原理方面，对工业机器人在火电厂复杂的作业环境中的应用前景展开了相应的探讨，旨在能够促进火电厂向智慧电厂的方向逐步发展[1]。

1 现阶段火电厂概括分析

1.1 目标

但现阶段国内火电厂针对智慧电厂和工业机器人的应用还处于初期阶段。因此，为了使得工业机器人在火电厂复杂工况环境中得到充分应用，本文以工业机器人为主，对其展开了相应的研究。

1.2 智能巡检机器人

智能巡检机器人一般情况分为自主控制和遥控控制等两种方式。在应用过程中，由计算机端系统实现对机器人的巡检计划进行配置，并生成定期的巡检任务。不过处于自主控制或者遥控的方式下，智能巡检机器人的巡检任务对时间和路线设备等多个方面具有严格的要求。而处于无人监管的情况下，该机器人通过模块化设计搭载红外温度检测、仪表读数、人工智能算法以及图像识别等功能，可以实现替代巡检工作人员，完成可能存在相对危险、困难且复杂的工作，以此保证了巡检人员的安全，还进一步促进其工作效率得到提升[2]。

2 工业机器人的软硬件与工作原理

工业机器人具有多种不同类型，如智能巡检机器人、特种机器人以及锅炉模块化多功能机器人和爬壁机器人等。锅炉模块化多功能机器人主要是面向锅炉钢结构的自动攀爬载体，具备搭载各种功能模块能力，以拓展锅炉模块化多功能机器人在除锈、喷涂、检测、巡视等方面的应用，在提高安全管理水平、提升工作效率、减轻工人劳动强度方面具有显著意义。而智能巡检机器人作为以智能硬件为载体的机器人，在设计过程当中融合了多种检测技术、传感器技术以及定位和识别技术等，从而赋予该工业机器人能够应对火电厂不同作业场景方面的功能需求。如智能巡检机器人的工作原理及算法。

2.1 导航定位技术

该技术的设计，主要是通过利用三维激光雷达实现了对火电厂锅炉厂房中设备的间距小等问题，通过配备扫描激光雷达技术，在三维建模下利用实物的边界轮廓线和棱线以及位置，实现了对其位置的明确。同时，结合相应的算法完成了点云匹配，从而确保该机器人定位的准确性[3]。

2.2 模拟识别算法

该算法技术一般是基于视频图像数据和识别算法、仪表盘读数等方式。在识别检测算法的作用下，对局部利用图像配准技术的方式，使得智能巡检机器人能够从读数的表盘或者液位标记等方面对数据进行读取，并结合实际情况实现自动记录和判断，提出报警，但需要注意读数的误差相对要低于5%。

2.3 深度学习算法

该部分主要利用神经网络深度学习算法，对火电厂发生的漏水、煤粉以及烟气等常见的现象进行快速精准的识别。同时，通过在工业机器人上配备视频使用AI 识别预警系统，可以实现对机器人工作和火电厂运行的情况进行实时记录。

2.4 无人盘煤技术

该技术的应用主要是在火电厂的煤场上安置相应的轨道和缆绳，从而将三维动态激光扫描机器人挂载到相应的缆绳上进行运动，实现对目标料对的实时扫描测量作业。接着利用三角部分算法等建模，实现对所扫描的数据进行三维图像建模，从而计算出该煤堆的三维立体图形和存煤量。因此，无人机盘煤技术在煤场中的应用，能够有效促进其工作效率的提高。

3 工业机器人的性能及功能设计

智能巡检机器人在火电厂的复杂工程环境当中，该工业机器人的设计主要包括含了多个功能模块，如防护模块、通信模块、续航模块、数据采集模块、校准模块、交互模块和巡检模块等。这些不同的功能模块之间需要相互协调配合运行，可以有效地保证巡检机器人，完成相应的巡检作业任务。通过，从其基本结构方面来分析，该机器人还具备导航系统和信息处理模块，具体功能机构设计见图1。该机器人的设计，不仅可以有效保障巡检工作人员的人身安全，还能够促进火电厂向智慧电厂的方向发展。

图1 机器人的功能结构设计

3.1 防护模块设计

该模块的设计可以划分为报警、综合管理以及防跌落等。其中报警设计实现了对火电厂设备检测的数据长传工作、分析和报警等功能。如果火电厂发生问题，报警系统就会及时发出警报，并利用声光向工作人员进行提醒。而该过程当中只有工作人员利用手动恢复的方式才能够解除报警以及利用手动的方式将报警信号实时上传到工业机器人的系统当中。而防跌落设计，主要为机器人在作业时的安全提供了保障，以此避免了机器人发生跌落的问题。此外，综合管理功能的设计，能够使得机器人在应用过程当中将火电厂检测的各项数据进行自动处理并生成相应的巡检报告和巡检数据。

3.2 校准模块设计

该模块的设计主要分为自检、对时以及备份等方面。①自检功能设计实现了对工业机器人的检测、通信以及驱动和电源设备的运行状态检测。如果机器人在作业时存在异常，就会给出相应的提示，并及时地将故障信息上传并处理。②对时功能是通过借助北斗和GPS 等技术精准地实现了对时，从而使得工业机器人的对时精度能够有效满足火电厂的需求。在应用过程当中，工业机器人可以结合关键的参数报警时，提供更为精准的定位，使得工作人员可以及时、准确有效地实现对故障位置的判断，并对所发的情况进行最优的处理。

3.3 交互模块设计

该模块的设计能够实现人机的就地交互。可以利用机器人的界面显示和语音交互实现信息的交互。并且，机器人中内嵌的屏幕可以直观地将智能巡检机器人的巡检任务进度、报警信息以及测点实时信息等方面的内容进行显示。

3.4 巡检功能设计

该模块主要有巡检场景和巡检模式两个方面。在巡检场景设计过程当中，可以使得智能机器人具备多场景的巡检功能。当工作人员结合火电厂的生产情况对智能巡检机器人进行设计时，能够通过将其系统设置为后台操作模式或者临时巡检、特别巡检以及定时巡检等多种模式，也是让工作人员结合实际工作情况和需求，进行不同的操作场景切换。具体巡检数据采集见图2。

图2 智能巡检数据采集流程

3.5 续航模块设计

该模块的设计主要划分为指令接收、自主充电以及特殊场景设计等部分。①从指令接收设计方面来说，在火电厂应用过程当中通过监控后台所发出的指令信息，实现对设备的检测和云台转动及车体运动，并将所对应的信息及时反馈给系统。同时，巡检机器人还可以将自身具备的警告信息和预警信息做出正确的检测和上报。②从自主充电设计方面来说，该功能设计让机器人拥有了自动充电的功能，使得机器人在运行过程中，完成自动充电操作。从其特殊场景设计方面来，又可以将其分为防雨设计和夜间设计两个部分。简单来说就是在智能巡检机器人上装备雨刷器以及夜间照明设备，使得其能够在夜间或雨季实现火电厂的巡检工作。

3.6 测量模块设计

测量模块的设计，作为智能巡检机器人设计过程当中最重要的功能之一。它可以使得机器人通过测量功能实现替代人工的方式，完成对火电厂的测量和巡检作业。并且，通过利用诊断分析系统和智能算法与传感器，在火电厂中应用可以实现对其系统展开全面的逻辑判断和数据分析，从而提高了工作的效率，并减少了作业人员接触高危作业环境的情况。

4 工业机器人在火电厂复杂工况环境下的应用

4.1 实现原理

智能巡检机器人是机器人技术在火电厂运行中应用的体现，代表了电厂运行具备了一定的智能化水平。智能巡检机器人在实际应用中，根据机器人的实现原理的不同，对电厂的运行数据信息的采集方式也有所不同。故在对智能巡检机器人的运维和管理中，应掌握智能巡检机器人的实现原理，从而更好地维护巡检机器人。在巡检机器人中，可以采用可见光的巡检原理，对电厂中的各类一次设备的外观和运行温度等数据信息进行实时准确采集，当发现一次设备存在异常的运行数据信息时，机器人应能够准确发现，供运维人员参考。可以在电厂智能巡检机器人中采用热成像技术，热成像装置在布置时应对准红外传感器所感应的区域，智能控制模块则对红外传感器和热成像装置所采集到的信息进行综合分析。通过在智慧电厂中采用智能巡检机器人，能够实现多种智能化功能，其中运行参数智能报警系统采用人工智能、专家系统等技术，建立工艺子系统稳定工况模型，监测智慧电厂相关设备的运行数据，并对这些数据进行分析，提取出相关的特征数据，并通过对生产数据的速率、偏差、劣化、关联等计算，获取早期故障征兆。此外巡检机器人应具备自主导航的功能，这样当巡检机器人在对电厂进行巡检的过程中，碰到障碍物时也可以继续巡检，保证巡检的持续性。

4.2 优势分析

智能巡检机器人目前在多个不同的行业中都得到了广泛应用，如可以将智能巡检机器人应用在智慧电厂的巡检中。随着智慧电厂中电气设备和智能化设备的增多，采用智能巡检机器人越来越有必要。通过智能化巡检技术，可以实现巡检数据的查询、上传等功能。巡检机器人监测系统可以获取现场设备的振动和温度测点，结合点检人员现场观察数据信息，形成完整点检报告。通过在电厂中采用机器人进行巡检，可以明显降低电厂运行的人工成本，并提高电厂中各类电气设备的运行可靠性。当机器人在巡检过程中，发现某些设备存在运行异常或运行告警信息时，可以提醒电厂运维人员及时采取相应的措施，从而提高了电厂的智能化运行水平，更好地保障电厂的安全可靠运行，助力智慧电厂的建设。

4.3 多功能模块机器人在火电厂的应用前景及优势

在火电厂应用过程当中，锅炉模块化多功能机器人作为传统机械结构学与现代智能控制理论相结合的产物，作为典型的特种作业机器人，通过移动机构和吸附结构的优化组合，将地面移动技术拓展到垂直空间。随着机器人技术和人工智能技术的蓬勃发展，用机器代替人工作已经成为一种社会发展的趋势和必然。较之传统的人工作业方式，采用锅炉模块化多功能机器人搭载多种设备进行高危作业，能够适应多种复杂工况，操作简单，作业效率高，降低工人劳动强度和安全隐患。

本项目研究锅炉模块化多功能机器人主要是面向锅炉钢结构的自动攀爬载体，具备搭载各种功能模块能力，以拓展锅炉模块化多功能机器人在除锈、喷涂、检测、巡视等方面的应用，在提高安全管理水平、提升工作效率、减轻工人劳动强度方面具有显著意义。

（1）提高工作效率。通过智能化、可视化、信息化管理的方式取代人工作业模式，执行高强度自动作业，提高工作效率。

（2）提升公司职业安全健康管理水平，由设备代替人工作业，减少作业人员接触高危作业环境。

5 结书语

对工业机器人的功能设计研究，对其在火电厂复杂工况环境下的应用具有重要的意义。因此，需要相关人员在对工业机器人研究过程当中，充分地了解火电厂的工业机器人的功能设计，使得该类型机器人技术得到充分地应用，从而促进火电厂的经济效益得到进一步提高。