输煤皮带巡检机器人技术方案

2020.10 EPEM189专业论文Professional papers 基于轨道式机器人的输煤皮带智能巡检监测系统的研发与应用国电南宁发电有限责任公司 张 晖 杨晓衡 臧彦廷摘要：提出一种轨道式机器人协助人工对长距离皮带状态进行自智能巡检的软硬件解决方案，介绍某公司输煤皮带运行智能巡检监测系统的主要构成和应用情况等。

关键词：轨道式机器人；自动巡检；设备集成火力发电厂的输煤系统由于生产区域大、设备运行环节恶劣、设备类型单一、故障扩散速度快等特点，目前基于人工方式排查缺陷难度大、需要投入人力多、工作环境差、信息交换不及时等问题，制约了设备异常、缺陷、故障的早期识别及预警，降低了设备的可靠性。

输煤系统相关设备本身具有易磨损、系统存在易燃易爆粉尘的特点，设备故障率较高且属于易燃易爆场所，因此给电厂的安全生产及环保带来了隐患，是燃煤火电厂生产管理的难题。

输煤系统巡检目前存在的问题有：现场高效率、准确巡检难度大；现场设备巡视工作过分依赖人工、不能及时有效发现问题；现有监测手段有限、已有监测设备未充分发挥作用；原有的电厂信息管理系统无法满足智能化需求。

针对恶劣环境下长距离输煤系统现场监测方式仍停留在平面化、单一化的现场情况，本文提出采用智能轨道机器人及融合多组辅助监测模块的形式协助人工在恶劣环境下完成长距离皮带状态自动巡检监测任务，因而研发基于轨道式智能机器人的皮带运行状态巡检监测系统[1]。

1 智能巡检监测系统的主要构成1.1 系统框架输煤皮带智能巡检机器人系统包括轨道智能巡检机器人系统、现场实时图像数据采集系统、控制系统及数据处理分析平台、人工智能辅助决策平台四大部分，能完成智能巡检，数据采集传输、设备运行状态判断，预警提醒、历史数据查询、报表生成等多种功能[2]。

智能巡检机器人系统可搭载高清摄像镜头和红外成像仪，云台可水平360度转动、上下倾斜适当角度，实现对输煤皮带整线对巡检设备和人员的多方位监测，以及准确捕捉减速电机、犁煤器电机、皮带煤堆表面、动力电缆槽等异常温度；搭载噪声检测元件，实现对整线运转设备、托辊等的音频采集和分析；机器人视觉判别技术结合多组皮带跑偏开关，实现对皮带跑偏发生位置和位移量的准确检测；在皮带落煤处下方装设纵向皮带撕裂监测装置，实现对皮带纵向撕裂及纵向裂纹等异常的监测；机器人视觉识别技术结合线速度传感器，实现对皮带打滑监测；机器人采集犁煤器运行参数结合视觉判别，识别犁煤器运行状态是否正常[3]。

1 无人巡检智能机器人总体方案设计1.1 巡检智能机器人工作流程设计的巡检智能机器人主要沿着带式输送机的走向进行运动，行走速度可以根据实际需要进行设置。

机器人在巡检过程中对带式输送机的运行状态信息进行采集，采集信息包括图像信息、声音信息、温度信息以及位置信息等，采集得到的数据信息传输至控制中心进行处理。

上述的四种状态信息分别通过工业相机、拾音器、红外热成像仪、无源电子标签进行捕捉，将捕捉得到的状态信息进行融合能够快速定位故障问题。

基于无线网络实现数据信号的传输，捕捉得到的状态数据信号经过处理器分析后，如果没有异常则机器人继续进行巡检，如果存在异常机器人会马上停止运行并通过系统发出警报，以提升工作人员。

1.2 巡检智能机器人总体结构在充分结合煤矿实际情况的基础上，设计的防爆无人巡检智能机器人总体上包含三部分，分别为驱动系统、控制系统、用户界面。

（1）驱动系统。

考虑煤矿工作环境，巡检机器人运行时具有距离长、线路固定单一、往复复检等特征。

所以选用轨道式驱动方案对机器人进行驱动。

（2）控制系统。

当前阶段，工业领域使用比较广泛的控制器主要包括三种形式，分别为可编程度控制器、单片机和工控机。

工控机实质就是微型计算机，由于计算机技术已经发展非常成熟，因此工控机与另外两种控制器相比较，其性能更加优越，比如稳定性、可拓展性、环境适应性等更好。

所以，本系统中选用工控机作为主控制器。

（3）用户界面。

作用是将各类传感器收集得到的状态数据信息进行实时显示，并基于用户界面实现对巡检智能机器人的远程控制。

当控制器对状态数据信号进行分析后发现带式输送机存在故障问题时，用户界面会弹出警告信息。

2 无人巡检智能机器人驱动系统设计对比分析不同驱动方案后，最终选择的是自驱动式齿轮齿条传动驱动方案，驱动装置主要由齿轮齿条、直流电机、支撑轮组等部分构成。

轨道通过工字钢焊接制作，齿条安装在工字钢轨道的底部位置，电机驱动齿轮转动，进而带动整个巡检智能机器人的往前推进。

轨道巡检机器人系统方案说明书二零一玖年伍月目录1 总则 (3)2 标准及规范 (3)3 基本要求 (4)4 正常工作条件 (4)5 结构及外观要求 (4)6 环境及工程条件 (5)6.1正常工作条件.......................... 错误!未定义书签。

6.2特殊工作条件 (5)6.3工程条件 (5)7 性能要求 (5)7.1电源适应性（根据现场自主选择） (5)7.2运动性能要求 (5)7.3云台性能要求 (5)7.4自动导航定位要求 (6)7.5通讯性能要求 (6)7.6轨道要求 (6)7.7可靠性要求 (7)8 基本功能要求 (7)8.2机器人导航方式与自检 (8)8.3控制功能 (8)8.4巡检和检测功能 (8)8.5其他 (9)9 安装具备基本条件 (9)10 智能化巡视建设方案 (9)11 产品参数 (11)1 总则1)本技术条件书适用于输煤带轨道巡检机器人，它提出了输煤带轨道巡检机器人的整体设计、结构、功能、软件协议等方面的技术要求。

2)本技术条件书提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节做出规定，亦未充分引述有关标准和规范的条文，供方应提供符合本技术条件及交货时有关现行行业标准的优质产品。

3)本技术条件书为针对输煤带轨道巡检机器人巡检建设方案。

4)除非得到需方的认可，供方提供的产品、零部件、材料等均不应包含对人体有害的物质。

2 标准及规范本设备技术条件书提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节做出规定，设备须严格执行现行国家标准和煤炭行业标准，有矛盾时，按要求较高的标准执行。

引用标准如下：➢《中华人民共和国煤炭行业标准目录》➢GB3836.1-2010 爆炸性环境第1部分：设备通用要求➢GB3836.2-2010 爆炸性环境第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备➢GB3836.3-2010 爆炸性环境第3部分：由增安型“e”保护的设备➢GB3836.4-2010 爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备➢GB3836.4-2010 爆炸性环境第13部分:爆炸性气体环境用电气设备的检修➢GB/T 31091-2014煤炭管理通用技术要求➢MT/T 1007-2006 矿用信息传输接口➢MT/T 1006-2006 矿用信号转换器➢MT/T 1008-2006 煤矿安全生产监控系统软件通用技术条件➢GB 50532-2009 煤炭工业矿区机电设备修理设施设计规范➢GB/T 50658-2011 煤炭工业矿区机电设备修理厂工程建设项目设计文件编制标准3 基本要求1)输煤带轨道巡检机器人应至少配置一套智能巡检机器人，一套巡检轨道，一套高速驱动系统、一套皮带感知识别系统、一套通讯网络、一套智能集中管控系统等硬件和软件的建设，以及配套施工、机械、电气、控制等相关设备和材料。

输煤皮带巡检机器人系统上位机软件设计与实现输煤皮带巡检机器人系统上位机软件设计与实现随着煤炭行业的不断发展壮大，输煤皮带在矿山中起到了举足轻重的作用。

然而，输煤皮带巡检的效率和准确性对于矿山管理至关重要。

为了解决传统的人工巡检效率低下、工作强度大的问题，我们设计并实现了一款输煤皮带巡检机器人系统上位机软件，旨在提高巡检效率、减轻巡检人员的工作负担，实现智能化管理。

一、需求分析1. 巡检计划管理：可根据具体需求创建巡检计划，明确巡检的时间、区域、频率等信息。

2. 设备参数设置：录入煤矿的具体设备参数，包括输煤皮带的长度、速度、工作状态等，为后续的巡检提供准确的基础信息。

3. 运行监控：实时、全面地监控输煤皮带的运行情况，包括电机状态、温度、振动等数据的采集和监测。

4. 异常告警：对于异常运行状态，及时向操作人员发出告警，减少设备故障的损失。

5. 巡检数据记录和分析：对巡检过程中的数据进行记录和保存，并提供数据分析功能，为设备维护和改进提供参考。

二、系统设计1. 软件架构：采用分层架构设计，包括用户界面层、应用层和数据存储层。

用户界面层负责与用户的交互，应用层负责业务逻辑的处理，数据存储层负责数据的存储和管理。

2. 界面设计：根据用户的使用习惯，设计简洁明了、操作便捷的用户界面。

主要包括巡检计划管理、设备参数设置、运行监控、异常告警和巡检数据记录分析等模块。

3. 数据处理：通过传感器采集到的数据，通过算法进行分析和处理，实现运行状态监测和异常告警功能。

4. 数据存储和管理：对巡检数据进行存储和管理，包括数据的增删改查、导出和备份等功能。

三、软件实现1. 开发环境：使用Python语言开发，并借助Django框架进行系统的快速开发。

2. 数据库设计：采用MySQL数据库进行数据的持久化存储，设计相应的表结构用于存储用户信息、巡检计划、设备参数、巡检数据等。

3. 功能开发：根据需求分析中的功能要求，依次开发巡检计划管理、设备参数设置、运行监控、异常告警和巡检数据记录与分析等模块。

巡检机器人施工方案巡检机器人施工方案一、施工实施安装在开始施工前，需要准备好必要的工具和设备。

以下是工具设备清单和安装材料清单。

施工过程中，需要按照安装流程进行操作，确保安装质量。

1.1 工具设备清单扳手螺丝刀钳子电钻测量工具接线工具1.2 安装材料清单巡检机器人充电设备铝合金轨道定位传感器电缆1.3 铝合金轨道安装铝合金轨道是巡检机器人的轨道基础，需要按照以下安装流程进行操作：1.3.1 安装流程在需要安装轨道的位置测量并标记好位置。

使用电钻钻孔并安装轨道支架。

将铝合金轨道安装在支架上并固定。

1.4 定位传感器安装定位传感器是巡检机器人的定位系统，需要按照以下步骤进行安装：在机器人上安装定位传感器。

在轨道上安装定位标记。

通过定位传感器和定位标记进行机器人的定位。

1.5 充电设备安装巡检机器人需要定期充电，因此需要在指定位置安装充电控制箱。

1.5.1 安装步骤在指定位置安装充电控制箱。

连接电缆并与机器人连接。

确保充电设备正常工作。

1.5.2 充电桩安装在皮带机器人现场施工中，充电桩的安装是必不可少的。

充电桩的安装需要考虑到其位置、高度和安装方式等因素，以确保充电桩的正常使用。

1.6 网络设备布置1.6.1 通信控制箱安装通信控制箱的安装是皮带机器人现场施工的重要环节之一。

在安装过程中，需要考虑到通信控制箱的位置、固定方式和电缆的布置等因素，以确保通信控制箱的正常运行。

1.6.2 光纤布置光纤的布置也是皮带机器人现场施工中不可忽视的一部分。

在布置过程中，需要注意光纤的长度、弯曲度和固定方式等因素，以确保光纤的传输质量。

1.7 布线规范在皮带机器人现场施工中，布线规范是非常重要的。

布线规范需要考虑到电缆的种类、规格和安装方式等因素，以确保电缆的安全可靠。

二施工规范皮带机器人现场施工需要遵循一定的规范。

在施工过程中，需要注意施工质量、施工速度和施工安全等因素，以确保施工的顺利进行。

三施工安全施工安全是皮带机器人现场施工中非常重要的一环。

内蒙古智能煤炭有限责任公司主斜井带式输送机智能巡检机器人施工方案及安全技术措施工程名称：主斜井带式输送机智能巡检机器人轨道安装工程编制单位：29处安装队持有单位：措施编号：ZN-JY-190530编制日期: 2019年05月26日会审记录施工现场调查记录主斜井带式输送机智能巡检机器人轨道施工安全技术措施一、工程概况：为降低设备故障率，并在胶带输送机运行过程中替代巡检人员进行巡检工作，及时发现设备运行存在隐患。

故为主斜井中采用带宽1.6米、长度约270米、倾角15°、带速4.5m/s的落地支架型钢丝绳芯胶带原煤运输机设计并安装智能井下巡检机器人。

为保证施工安全及质量，特编写本施工安全技术措施。

二、施工准备：1、将轨道、底座及支护用锚杆、固定零件等材料准备到位并不影响其他作业.2、提前预制加工吊鼻及销子。

3、参照给定的施工图纸，将施工所需红外测距仪、水平仪等辅助仪器提前准备到施工现场。

4、因施工涉及登高，提前根据施工高度准备登高用具以及登高保护用具。

5、提前准备好2个2T手拉葫芦。

6、提前备好电缆标识牌。

三、施工方法及要求1、施工工序：运送轨道、施工工具、相应配件→确定轨道各个吊点、准备施工工具→打吊挂锚杆→安设托盘、螺帽及吊鼻、螺栓→安装轨道并固定→紧固各部位扣件→安装机器人本体→应急拖动钢丝皮带→铺设电缆光缆→安装通讯基站、无线充电基站→确认无误，清理施工垃圾并撤除工具。

2、施工前准备工具及物料：锚杆机、H型钢、托盘、优质M10吊环、高强度“U”型吊鼻、高强度螺栓及配套的弹平垫、圆柱销及发夹销、Ф22×2500mm螺纹金属锚杆、锚杆涨拉器、手拉葫芦、标识牌等。

3、安装轨道吊梁方案及施工方法：（1）施工时间为每天0：00至7：00。

（2）施工时,严格按照“由外向里”（井口处空间狭小以它为基准点向井内延伸施工，井外段最后施工）的顺序施工，如条件变化可根据现场情况调整施工方向。

（3）施工所用工具、物料由人工运至施工地点，由施工负责人安排专人管理。

输煤皮带机器人技术及实施方案合肥市信同信息科技有限公司版本修订记录：目录1 概述 (4)1.1编写目的和背景 (4)1.2 参考资料 (4)2 需求概述 (4)2.1 目标 (4)2.2 巡检环境 (5)2.3 功能需求概述 (5)3技术指标 (5)3.1 电源适应性 (5)3.1.1运动性能要求 (5)3.1.2云台性能要求 (5)3.1.3自动导航定位要求 (5)3.2 通讯性能要求 (5)3. 3 巡检作业设备性能要求 (6)3.4 轨道要求 (6)3.5 可靠性要求 (6)4系统概要设计 (6)4.1 系统架构设计 (6)4.2 终端层设计 (7)4.2.1 机器人本体设计 (7)4.2.2 轨道系统设计 (7)4.2.3 通信系统设计 (7)4.3 基站层系统设计 (8)3.3 智能终端监控软件设计 (9)5设备布置及安装 (9)6智能控制与数据分析软件 (11)7售后服务 (14)附件1：产品参数 (16)1 概述1.1编写目的和背景为实现减人增效，对运输皮带实施智能自动巡检系统，本系统主要由矿用皮带机沿线巡检装置、光纤测温系统、皮带数据传输系统三部分组成，系统形成后可实现皮带机设备全线范围内的移动巡检，能够连续采集、传输、存储现场的图像、声音、温度、烟雾等数据；对沿线皮带托辊进行全线温度检测；将现有皮带保护系统数据上传；最终通过巡检机器人+光纤测温+皮带保护组成综合型皮带智能自动巡检系统，实现运行数据、保护、视频由本系统地面服务器统一汇总对设备运行条件综合对比和分析制定完善的控制方案。

1.2 参考资料本项目依据的国家标准、技术导则和技术规程主要有：●IEC：国际电工协会●GB 4798.4-90 电工电子产品应用环境条件无气候防护场所使用●GB 2423.10-89 电工电子产品基本环境试验规程●GB/T17626.2 静电放电抗扰度试验●GB/T17626.3 射频电磁场辐射抗扰度试验●GB/T17626.8 工频磁场的抗扰度试验●DL/T 664-2008 带电设备红外诊断应用规范●GB/T 2423.4.8-2008 电工电子产品环境试验第2 部分：试验方法试验Db交变湿热●GB 4208-2008 外壳防护等级（IP 代码）●《国家电网公司“十二五”及中长期科技发展规划战略研究》●《国家电网公司关于印发推进变电站无人值守工作方案的通知》（国家电网运检〔2013〕178 号）●《巡检机器人需求规格说明书》2 需求概述2.1 目标实现巡检机器人的基本功能。

输煤系统智能巡检机器人技术应用研究摘要:目前国外以美国和日本等国家的自动化公司发展为代表，机器人技术水平、实用化程度以及稳定性程度较高，国内由于智能化机器人研究起步晚，目前还有较大差距。

目前国内巡检机器人在采矿、化工、电力行业等行业应用较为广泛，但在火力发电厂输煤系统应用项目较少，国内相关巡检机器人研发高校与企业对常规巡检功能技术开发较为成熟，人工智能巡检机器人尚在研发和应用中。

智能巡检技术的应用将会大幅改善以上人工巡检带来的弊端，更大效率提高巡检质量，为设备安全稳定运行和故障预警带来更大的便捷，大大降低了恶劣环境人工巡检的不安全性。

关键词:输煤系统；机器人；智能巡检前言目前国内电厂输煤系统胶带机巡检机器人能够实现视频、音频、热成像、烟雾、粉尘、气体、温度等现场环境及设备参数的采集和上传功能，基于人工智能巡检机器人能够实现皮带跑偏量化实时监测与故障预判、皮带撕边实时监测及故障预判、皮带上异物监测及告警、皮带机侧方撒煤监测及方位告警等相关智能功能，巡检质量更好、巡检效率更高；电厂长距离管带机巡检机器人技术应用于研究可以填补目前国内技术应用空白；钢丝带在线监测技术平台与巡检机器人技术平台融合技术，可以实现钢丝皮带在线监测，对管带机皮带故障预警提供了技术支持，最大程度避免事故发生，延长使用寿命，避免皮带故障停机带来的经济损失。

一、输煤系统智能巡检技术应用的必要性目前电厂、煤矿、钢厂等场所带式输送机的巡视和检修工作大部分都依靠人工进行定时检查、驻点值守，人工巡检容易受到个人经验和情绪、主观意识的影响，受到监测手段、数据记录、数据分析方面的制约，通常花费大量人力却不能得到有效的数据结果，且得到的数据难以形成系统性，参考意义不高；当设备有问题不能及时的发现有可能导致问题扩大化；另一方面在复杂的设备运行环境下多人多频次巡检也会增加人员人身安全的不确定性。

带式输送机自动巡检装置，具有效率高、费用低、实时性好、安全性高等特点，具有非常重要的实际使用意义。

煤矿变电站巡检机器人关键技术的研究与应用煤矿变电站巡检机器人是一种应用现代机器人技术、传感器技术、通信技术等技术手段，代替人工进行煤矿变电站巡检任务的智能设备。

该机器人具有自主导航、安全监测、故障诊断等功能，能够实现对煤矿变电站设备的实时监测与检测，提高巡检效率，降低巡检风险。

关键技术是研发煤矿变电站巡检机器人的核心，需要解决以下几个关键问题：一、自主导航技术煤矿变电站环境复杂，机器人需要具备自主识别、定位与路径规划的能力，才能准确到达巡检位置。

自主导航技术包括环境感知、定位与地图构建等方面，需要用到传感器、机器视觉等技术手段。

二、安全监测技术煤矿变电站存在高温、高压、有害气体等危险环境，机器人需要具备实时监测和判断危险情况的能力，保证巡检过程的安全性。

安全监测技术包括温度、压力、气体浓度等参数的实时监测，同时还需要识别火源、烟雾等危险源。

三、故障诊断技术煤矿变电站设备较多，机器人需要能够对设备进行故障诊断，及时发现设备故障，减少停机时间。

故障诊断技术包括数据采集、故障诊断算法等方面，可以通过传感器获取设备的运行数据，通过数据分析判断设备是否存在故障。

四、通信技术煤矿变电站巡检机器人需要与上位监控中心进行实时通信，将巡检结果传输给监控中心，同时接收监控中心的指令进行操作。

通信技术包括无线传输、网络传输等方式，需要具备良好的可靠性和实时性。

以上关键技术在煤矿变电站巡检机器人的研究与应用中起着至关重要的作用。

它们的研究和应用可以大幅度提高煤矿变电站巡检的效率和安全性，减少人工巡检的风险和工作量。

未来随着技术的发展，煤矿变电站巡检机器人将会越来越智能化、自动化，为煤矿工作人员创造更好的工作环境，促进煤矿行业的发展。

带式输送机矿用移动巡检装置机器人一、概述矿用移动巡检装置机器人应以工业高速摄像头为视频采集工具，工业计算机运行的高速视频分析软件为处理工具，高速光纤以太网为传输介质，云数据平台为系统数据支持，能够完成对皮带机上的大块矸石、锚杆、道木、铁管等威胁皮带安全的物料进行识别，报警和停车，还可完成对皮带机硫化接头进行重点取样分析，大大减少皮带机纵撕、断带事故的发生，主要实现对皮带机的监控、分析和故障报警，对视频数据进行自动识别分析、故障诊断，自动报警，数据存储、数据上传；矿用移动巡检装置机器人能够完全代替巡检工，可靠巡检、无线充电或专门地面（硐室）充电，实时采集、存储、传输现场的图像、声音、温度、烟雾、甲烷等数据，通过对数据的分析，判断是否存在设备故障以及进行故障定位，减轻工作人员的劳动强度、降低劳动风险，及时发现出现的问题，避免事故扩大化，大大降低生产过程中的非正常停机时间。

二、系统研究内容和组成矿用带式输送机智能巡检预警系统研究内容主要分为三大部分：（1）带式输送机自动巡检：煤矿安全巡检工作对保障煤矿安全生产至关重要，传统巡检方式效率低，但由于在生产中具有重要作用，必须进行有效巡检。

带式输送机承担着运输的重要任务，但随着带式输送系统相关设汉为机械科技备逐渐老化，故障明显增多，漏检现象时有发生，甚至在巡检周期内出现故障。

除人工巡检以外，目前这些设备通常采用数量有限的固定传感器及固定监控摄像头进行监测，很难全面的、准确的、实时的检测并获得设备的运行状态。

本项目立足煤矿环境、带式输送机的结构特点以及巡检作业要求，在充分调研国内外研究成果的基础上，设计、集成一种具有高通过性与高适应性的吊挂移动式煤矿设备智能巡检机器人：首先设计适合沿矿山巷道自由移动并准确定位的移动机构；其次设计、集成一套具有采集环境信息、视频监控、实时定位等功能的集成式巡检控制系统，该装置能够完全代替巡检工，可靠巡检、无线充电，实时采集、存储、传输现场的图像、声音、温度、烟雾、甲烷等数据，通过对数据的分析，判断是否存在设备故障以及进行故障定位，减轻工作人员的劳动强度、降低劳动风险，及时发现出现的问题，避免事故扩大化，大大降低生产过程中的非正常停机时间。