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★中控技術股份有限公司

2023年，中控技術積極參與實施中東某大型石油公司“基于機器人技術的廠區(qū)智能巡檢項目”建設工作，將輪式巡檢機器人、四足機器狗等多種機器人產(chǎn)品與技術進行融合，并結合現(xiàn)場特殊的應用場景，構建了一套完整的機器人智能巡檢解決方案。

圖1 系統(tǒng)架構

1　項目背景

由于該天然氣處理廠生產(chǎn)工藝復雜、大型精密高危設備眾多，傳統(tǒng)的人力巡檢方式效率低、危險程度高。巡檢工作質量容易受到如漏檢、誤檢或遇到惡劣氣候環(huán)境時的消極怠工、出人不出力等人為因素影響，導致巡檢效率低、誤報率高等問題，更為嚴重地則會引起重大安全事故，造成不可彌補的巨大損失。

基于上述問題，該天然氣處理廠希望借助智能機器人巡檢系統(tǒng)，憑借光譜視頻成像、紅外氣云成像、大數(shù)據(jù)分析、AI深度學習等技術，實現(xiàn)氣體泄漏定性、定量檢測、危險源檢測、表計識別與跑冒滴漏檢測等巡檢作業(yè)。同時，通過數(shù)字孿生技術實現(xiàn)泄漏點三維定位與報警功能，以及在事故和特殊情況下執(zhí)行定制化巡檢任務。

2　案例實施與應用

本項目結合現(xiàn)場不同的場景需求，采用多種機器人系統(tǒng)完成各類巡檢工作。

對于防爆需求場景，該項目采用中控自主研發(fā)的輪式防爆巡檢機器人，該機器人可以按照預先設定的線路、巡檢內容、報警規(guī)則、巡檢日程自動執(zhí)行巡檢工作。巡檢過程中，機器人利用自身搭載的熱成像、可見光、聲音等傳感器對儲罐、管道等檢測對象進行掃描，獲取各類巡檢數(shù)據(jù)，并利用自身攜帶的相關AI算法對這些數(shù)據(jù)進行分析，得出分析結果。如果分析結果超出預先設定的報警閾值，則觸發(fā)報警。同時，機器人利用自身數(shù)據(jù)同步程序將巡檢數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)存入云端遠程監(jiān)控系統(tǒng)。對于一些機器人不方便到達的地方，該項目部署了如無線氣體檢測儀等固定式智能傳感器，機器人巡檢時可獲取這些傳感器采集的數(shù)據(jù)，進行綜合數(shù)據(jù)分析。

圖2 輪式防爆巡檢機器人

對于非防爆需求場景，如配電間、生活區(qū)，該項目采用室內輪式機器人、四足機器人來實現(xiàn)巡檢任務。針對化工廠配電間巡檢，采用室內輪式巡檢機器人，綜合運用激光無軌導航、圖像智能識別與分析、多傳感器融合等技術，可代替人工完成室內特定環(huán)境下的設備檢測及環(huán)境監(jiān)測工作。對于室外非防爆環(huán)境，采用四足機器人展開指定區(qū)域巡檢工作，協(xié)助物業(yè)、安保人員完成火災預警、人員識別、入侵預警等工作。

圖3 室內輪式機器人

圖4 四足機器人

本項目機器人系統(tǒng)首次采用“OGI+TDLAS+AI視覺”多維度融合檢測技術，不僅能夠對氣體泄漏故障進行快速識別，還能對泄漏點進行精確定位與定量分析。

圖5 氣體泄漏故障識別、定位與分析

本項目還通過激光3D建模技術，搭建廠區(qū)數(shù)字孿生平臺，并實時顯示巡檢、報警信息，通過數(shù)字孿生平臺，構建了定位、量化和可視化的數(shù)字孿生檢測系統(tǒng)，用戶能夠在第一時間確定氣體泄漏與異常排放發(fā)生的具體位置，及時采取處置措施。

圖6 廠區(qū)數(shù)字孿生平臺

本項目還建立了智能化的數(shù)據(jù)分析與檢測平臺，能夠實現(xiàn)對機器人的遠程控制與自定義巡檢等功能，并具備報表生成、遠程維護、遠程診斷、數(shù)據(jù)分析等智能化巡檢功能。同時，系統(tǒng)還支持多種操作系統(tǒng)，并可與廠區(qū)的DCS/SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)。

3　項目效益

（1）巡檢效率顯著提高：考慮對數(shù)據(jù)的查看、記錄、歸檔時間，人工巡檢平均一個檢測點時間約為1～2分鐘；機器人單點巡檢時間在10-30秒，同步完成數(shù)據(jù)記錄、分析、告警；

（2）巡檢流程規(guī)范性明顯提高：全覆蓋智能巡檢系統(tǒng)識別精度保持在98%以上，準確可靠，無人為、環(huán)境等主客觀因素干擾，實現(xiàn)戶內站的可視化、智能化管理與展示；

（3）巡檢覆蓋率大幅提升：人工巡檢主要對各電力柜的電流、電壓表進行查看；智能巡檢系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對所有設備表計、開關狀態(tài)、指示燈等的全面覆蓋與智能識別，設備覆蓋率至少提升100%以上；

（4）數(shù)據(jù)處理能力顯著增強：全覆蓋智能巡檢系統(tǒng)能夠匯總廠區(qū)多維檢測數(shù)據(jù)進行分析、管理、告警和故障預測，摒棄了傳統(tǒng)人工巡檢數(shù)據(jù)分散、處理效率低的缺陷，實現(xiàn)高效全面智能的全新運檢模式；

（5）生產(chǎn)安全性明顯提高：全覆蓋智能巡檢系統(tǒng)能夠取代人工，將巡檢人員與高壓環(huán)境隔離開來，消除巡檢的安全隱患，實現(xiàn)無人化安全運檢。

4　項目創(chuàng)新

在企業(yè)整體運維方面，本項目基于機器人的智能巡檢系統(tǒng)，打破了傳統(tǒng)體系模式下生產(chǎn)時間和空間的限制，實現(xiàn)了以設備狀態(tài)自動感知及預測、風險實時預警、智能輔助決策、遠程生產(chǎn)指揮、精益過程管控為代表的實時化、跨空間運檢模式體系，并對現(xiàn)場設備運行狀態(tài)進行多角度、多維度的分析，優(yōu)化巡檢策略、故障缺陷分析，全面推動生產(chǎn)管理模式方式由“事后應對”向“事前防范”轉變，“分散現(xiàn)場管控”向“集約遠程指揮”轉變，“傳統(tǒng)人工生產(chǎn)”向“數(shù)據(jù)智能驅動”轉變，顯著提升了管理效率。

（1）設備信息數(shù)字化

利用機器人自主運行的特點，強化現(xiàn)場數(shù)據(jù)的智能采集、實時傳輸和自動分析，實現(xiàn)人機信息自動交互、設備狀態(tài)實時掌握、狀態(tài)異常提前預警、研判評估、輔助診斷等，全面提升設備狀態(tài)管控力；強化在線監(jiān)測技術應用水平，拓展在線監(jiān)測范圍，提升在線監(jiān)測的可靠性、穩(wěn)定性和實用性；全面實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的實時感知、監(jiān)視預警。

（2）診斷評估智能化

立足于實際應用，從質量、安全、效率、經(jīng)濟性等方面構造效益評價指標，針對不同環(huán)境特點，構建機器人和人工巡檢相結合的立體化巡檢模式體系；基于機器人獲取的高度一致性檢測數(shù)據(jù)，從時間趨勢上對設備故障進行預判，實現(xiàn)故障的提前預警和主動運維。

（3）設備巡視高效化

以設備狀態(tài)自動采集、實時診斷、可視化和遠程監(jiān)護為基礎，將運維現(xiàn)場動態(tài)實時置前，推進巡檢業(yè)務監(jiān)控管理與巡檢現(xiàn)場作業(yè)同步，提高巡檢作業(yè)效率和質量，輔助運維策略制定和計劃執(zhí)行跟蹤，顯著提升設備狀態(tài)管控能力和巡檢管理穿透力。

近年來，智能巡檢機器人得到迅猛發(fā)展，但由于石油化工行業(yè)的特殊性，其在該行業(yè)的應用仍處于起步階段，在海外的應用也還處于空白期。通過該項目的實施與應用，驗證了采用多種機器人的聯(lián)合巡檢，并結合數(shù)字孿生、AI智能算法構成的整體解決方案，能夠很好地滿足石油化工企業(yè)的智能化、無人化巡檢的需求，將大幅提升運營安全與巡檢效率。可以預見，這將成為我國高端裝備進軍海外的有利契機。

摘自《自動化博覽》2023年11月刊