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“S”型轨道智能煤场盘点机器人实现煤场管理数字化

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国电宁夏方家庄发电有限公司作为国电系统智慧电厂标杆单位,其在设计与建设之初就充分考虑了智慧电厂的各个要素,在2020年1月投产后便成为全国首座数字化智能管控系统与机组同时投产的绿色智慧型百万千瓦间接空冷机组电厂,也是世界首批百万千瓦级间接空冷电站之一。


在国电燃料智能化的大背景下,该项目实现投产即同步建成智能火电管控中心,搭建了智能发电和智慧管理两个平台。同时将“互联网+”的概念引入建设中,通过现场总线、3D可视化管理、智能设备及SIS+MIS信息系统一体化平台等应用,提高办公效率。这其中的一个亮点便是国电宁夏方家庄发电有限公司与中科航宇(北京)自动化工程技术有限公司合作研发的“S”型轨道智能盘点机器人系统。该系统利用先进的智能盘点机器人采集煤场煤堆三维数据,使灰暗单调的煤场管理工作色彩化、动感化,实现了可视化,精致化管理,于2020年11月成功投运。


“S”型轨道智能盘点机器人的投运,标志着国内钢结构封闭煤场智能盘点技术的一个飞越。他的投入大幅度的减少了煤场智能管理的成本投入,但又不缺乏智能控制、大数据分析、无线通信、无线充电、5G融合、三维激光建模等高新技术的集成。


封闭煤场内传统的料场盘点方式是煤棚顶部固定点安装和直线轨道盘点机器人进行煤场扫描。煤棚顶部固定点安装是通过在封闭煤棚顶部固定安装带有云台的激光扫描仪,借助云台运动,实现下方料场的轮廓扫描。对于方家庄电厂而言采用这种方式至少需要安装12台激光扫描设备,成本预估在三百万左右,费用较高。方家庄电厂封闭煤场单跨229米,长度254米,内部封闭有3个条形煤场和2台平行布置的斗轮机。采用直线轨道机器人的方式至少需要投入3套,其总成本在三百多万以上,对于实现煤场智能化来说,性价比差别太多,造价过高。而“S”型轨道盘点机器人的安装应用,投入成本一百五十万,节约投入50%以上。


“S”型轨道盘点机器人与煤棚顶部定点安装方式相比,突出的技术优势是:


1、 盘点无盲区,盘点精度高,盘点不受现场其他设备影响,固定点安装方式在煤场的背阴面存在少量盲区。


2、  检修维护更加便捷。“S”型轨道机器人具有强大的在线性能检测和指导及事故分析能力,而定点安装的方式由于设备数量多,发生故障的次数和检修次数也随之增多。


“S”型轨道与传统直线轨道相比,克服了以下几项工艺难点:


1、“S”型轨道需要考虑转弯部分的转弯半径,该部分将考验智能盘点机器人的通过能力,转弯半径过小将会导致机器人无法正常通过,转弯半径过大,将导致大部分下方煤场脱离扫描区域,造成煤场盘点误差。


2、本项目封闭煤场有3座条形煤场,采用3条直线轨道时,各个煤场是一个单独的扫描坐标系统,不用考虑3条轨道之间的水平问题,安装过程可以根据煤棚顶部安装马道就近安装,而单条轨道,需要将3个煤场作为一个坐标系,需要将所有轨道安装在同一个坐标平面上,对于中间煤场来说,其安装位置与两边煤场存在15米的高度落差,中间没有任何可借助的第三方支撑结构,安装过程既要保证与两边轨道水平误差不超过1cm,又要保证机器人在运行过程中的运动动能不对轨道产生晃动。

3、直线轨道运行过程中,三维扫描不用考虑坐标转换,而“S”型轨道运行过程中,需要考虑轨道转弯的起始点、折返过程中的坐标转换等问题,需要从空间坐标转换中,保证扫描后煤场煤堆的正常拼接。


中科航宇经过十余年激光测量技术的积累,定制开发的“S”型轨道式料场盘点系统,可以很好地适应封闭条形煤场光线昏暗、粉尘严重、巡检行程长等环境特点,代替人工完成巡护盘点任务。该系统具有的显著优势是:


1、“S”型轨道设计方式节省投资造价。系统克服煤场安装环境困难,大跨度,高悬挂,高精度要求采用S型轨道,该种形式不仅节约投资成本,提高设备的使用率,而且保证了激光盘点,煤场巡检和堆取料机无人值守系统的投运效果,比传统在煤场上方分别安装轨道挂载盘煤系统的方式更具实用性。


2、该类盘煤系统测量精度高、盘点速度快。通过运用无线通信技术,无线充电技术,实现煤场盘点机器人智能运行,随时,按需盘点要求,盘点数据通过多级过滤,建模,共享,实现煤场三维系统对多个系统开放。


3、智能盘点机器人系统实现整个煤场全断面扫描,无死角测量的功能。利用后台大数据存储及计算功能,将煤场采集的数亿点云数据分类管理,进行全方位切片式管理,结合入厂,采制化系统数据,实现了煤场多角度,多维数字化呈现功能。


4、系统开放、先进、适应管控一体化的综合设计。该系统全过程采用自动控制、智能分析,数据全程计算机处理,系统的投运打通了电厂燃料智能化管控系统中最后一个依赖人工工作的环节,实现了燃料全流程的智能化,自动化,信息化管理。


5、智能化,智能盘点机器人可以根据煤场工作情况,结合数字化煤场中煤场堆取煤作业情况随时开展工作,当有堆取煤结束任务后,系统联动盘点机器人可以快速达到煤场变化区域开展煤场三维数据的补充扫描,扫描数据可以快速融入整个煤场三维坐标系统中,为煤场下次堆取煤任务提供数据保障。


6、大数据处理,传统直线轨道盘点机人每次只需要处理单个煤场数据,“S”型轨道需要处理3个煤场数据,点云数据采集量超过亿级,通过合理的利用网格算法、堆栈压缩技术等,在处理速度上并没有下降。


7、Unity3D技术的实时应用,常规的三维展示技术都是正对固定模型行三展示,而煤场盘点系统需要对煤场随时变化的煤堆进行不同角度的三维展示,在进行三维建模和展示过程中都需要消耗大量计算机性能,本系统中通过优化模型网格结构,多个不同拼接技术的使用,实现了大范围三维场景的快速发布。


8、无线充电技术的应用,煤场作为煤粉大量堆积的场所,对防火防爆安全要求很高,常规的接触式供电系统存在放电打火现象极易造成煤场安全事故,通过非接触式充电系统的应用,可以减少接触式充电过程中的放电打火情况的发生,同时,在充放电两端都安装有电源管理模块,电源管理模块互相通信,可以保证充供电设备在工作过程中的发热、过载、断路的保护功能的正常工作。


9、智能机器人内部集成无线通信模块,同时预留5G接入模块,在煤场大范围空间内的使用减少了大量布线的要求,同时为未来接入全场5G网络提供的预留条件。


国电方家庄电厂成功实施的“S”型轨道式料场盘点系统,系统成果具有首创性、先进性,实用性强。紧密结合了方家庄电厂自身煤棚高跨度的特点,设计卓殊、功能全面,系统运行稳定可靠,盘煤精度达到国家标准并处于行业领先地位,具有广泛的推广应用价值,对于加快燃料管理智能化、智慧化发展具有重要意义。基于该系统项目优异的功能、突出的先进性和良好的经济性,获得了业主单位和国电电力系统的一致好评,目前已进入资质申报、论文发表和标杆项目评审阶段。(秦宁)


(编辑:王星


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