汇力科技杨新杭：基于人工智能技术的火电厂卸煤设备无人值守系统

“抓斗卸船机无人值守系统的关键技术有五点：第一，三维数据获取与对象剥离技术；第二，雷达的数据处理算法；第三，煤堆形状智能感知技术；第四，抓斗姿态感知技术；第五，智能连续取料算法，它能够在保证船体平衡的基础上，自动寻找卸煤效率最高的位置。”

——北京汇力智能科技有限公司市场总监杨新杭

4月27日，华北电力大学技术转移转化中心与中关村华电能源电力产业联盟联合主办的2021年智慧电厂论坛（第一期）在广东深圳成功举办。 北京汇力智能科技有限公司市场总监杨新杭发言。

直播专题:2021年智慧电厂论坛（第一期）

文字实录如下：

杨新杭：尊敬的各位领导、各位专家，大家下午好！我是北京汇力智能科技有限公司的杨新杭，由我代表汇力科技团队向大家介绍一下公司成立至今在电力行业特种机器人领域的研发和应用成果。

首先简单介绍汇力智能科技，北京汇力智能科技有限公司是一家从事电力行业特种机器人业务的国家高新技术企业，总部位于北京市中关村科技园丰台园，在上海松江设有研发中心和组装基地。核心业务是电厂机器人及相关智能控制系统的研发、销售、装配和服务。经营宗旨是实现机器代人，将电厂的员工和委外的员工从高危、恶劣的环境中解放出来，确保运行和检修的安全。目前研发的几款产品基本上都属于国内率先研发出来的，公司成立以来获得了发电集团、各个省市的一些奖励，同时获得了各种专利授权40多项，还有软件著作权20多项。

公司目前在做的核心产品有：第一款是翻车机无人值守系统，第二款是卸船机无人值守，第三款是水冷壁的爬壁机器人，第四款是风电爬壁机器人，第五款是输煤智能巡检系统，这里面大部分我们都是在国内首创，也投入了运行。我重点介绍翻车机和卸船机的无人值守系统。

卸煤，目前电厂的来煤一般是水运和铁路，还有部分公路运输，卸煤的现场环境比较恶劣，安全事故时有发生，所以研究无人值守的卸煤装备具有很大的意义，可以减员增效，减轻员工劳动强度，实现安全。

讲到卸船机的无人值守，可能很多人会想到斗轮机无人值守，现在斗轮机无人值守如火如荼，很多电厂已经建成或者正在建设。是不是把斗轮机的无人值守方案简单平移过来就能实现抓斗卸船机的无人值守？现在在很多集装箱码头已经实现了无人值守自动化，为什么散货码头很难实现？后面给大家详细介绍。

首先介绍抓斗卸船机的操作模式，现在的卸船机主要是手动方式，所谓手动就是由司机操作完成，还有半自动的，半自动的是有20%的工作量是系统替司机完成，剩下80%的工作量是由司机来完成。

人工卸船的弊端，主要有三个：第一，劳动强度高，对司机熟练程度依赖性比较高。这个司机在司机室里，他弯腰低头，从上往下俯视船舱进行卸船，他是处于一个上帝视角，但是从工作环境和待遇来说，他们离上帝差得远。长时间的卸船作业对司机的体力和耐力也是重大的考验，司机培训时间很长，一个熟练司机培训时间一到两年，把司机培训熟练了之后，很多人又会跳槽，这也是现在困扰电厂码头的一个痛点；第二是人工安全性不佳，一个抓斗抓了满满的一斗煤，最重的可达到50吨，一个50吨重的物体在天上飞来飞去，不管碰到什么，破坏力惊人，所以司机抓煤的时候注意力必须高度集中；第三是环保的压力大，抓斗卸船机现在最大的痛点就是煤粉飞扬，今年4月中央环保督查组在长江沿岸省份进行暗访，督查组的同志拿着摄像机挨个码头去拍照，其中有一项内容就看谁家在撒煤，这就给生产单位带来很大的心理压力，影响正常卸煤。

汇力科技在2019年和华电联合研发了抓斗卸船机无人值守系统，现已经投运了一年多，在去年5月中国疫情缓和，中国电力联合会也给我们做了一个科学技术认定，该项成果在国内具有领先的技术地位，去年也获得了华电集团的科技进步三等奖。

（见PPT）这个系统简单的网络示意图。

卸船机的工作流程。第一步值班员根据来船的弦号，调取数据库中的型号尺寸信息，载入当前任务。第二步是进行雷达扫描，建立船舱和料堆的三维数学模型，同时检验船体的尺寸，形成最优的方案。当大车自动运行到待卸船舱的最佳抓取位置的时候，抓斗就会向目标位置取料，根据系统告诉它的最优曲线，返回到卸料斗中进行卸料。这个抓斗每抓一斗离开船舱之后，雷达会自动转扫，更新料堆模型，当它检测到大车所在位置的料堆深度低于设定的高度之后，大车就会移位，挪到下一个位置，这样就完成了整个船的卸料。

这是我们的操作界面，最上面是菜单区，可以进行一些子任务的设定，还有当前任务区，有任务参数的设定，下面是流程状态显示区，我们的流程进度、状态参数都可以显示出来，最右边是操作区，我们的手动、自动驾驶，或者是启停、暂停都在这里面完成。需要说明的是，这个系统对操作员来说非常简单，开始只需要几个参数：起点、终点、卸料深度，就可以进行自动卸船。

这个界面展示得更清晰，以中间这个为例，它是员面对的一个主要的界面，上面有灰度图，有煤堆在宽度、长度方面的投影图，同时有三大执行机构：大车、小车和抓斗，它的现在所在位置坐标和目标坐标，在上面都一目了然。右边是我们开发的推送系统，假如说网络模块开通之后，它就可以向输煤管理人员实时推送现在的卸煤量，在办公室或者在外面就可以掌握。

总结系统的特点：第一是控制层次清晰，可靠性高；第二，安全防护措施完善；第三，基于机器视觉的安全防护措施。

这个系统的关键技术：第一，三维数据获取与对象剥离技术；第二，雷达的数据处理算法；第三，煤堆形状智能感知技术；第四，抓斗姿态感知技术；第五，智能连续取料算法，它能够在保证船体平衡的基础上，自动寻找卸煤效率最高的位置。我们开发了一种效率最优的策略，它可以步进式取料，减少大车的换位时间。

人工卸船和自动卸船有如下区别：

从流程效率来说，全自动卸船可以达到卸船机的额定效率，起码不会比人慢。从安全性上来讲，自动卸船因不受人为因素的影响，司机的心情、状态，熟练程度都会对卸船的效率受到影响。还有环保型高，因为它的作业平稳，基本消除了撒料的现象。再就是从劳动强度来看，一名值班员可以同时控制3到4台卸船机，不需要手动操作。最后，可靠性高，上了这套装置以后，设备各个系统的动作均是在一个最优的参数下运行，所以设备的故障率很低。

（见PPT）这是在芜湖电厂现场的一些图片。

这是芜湖电厂夜间现场作业的视频，司机室是开在旁边的，没有开在船的上方，这个抓斗的移动非常平稳，它是走一条曲线，不是走一个直角，先平到船的上方再落下来，它采取了最优的曲线，效率最高。

这是抓完料往卸料斗进行卸料，能看到这是一条很明显的曲线，这样就大大提高了卸煤的效率。

翻车机无人值守的方案

卸船机需要海上的船，高空的抓斗，还要陆地的皮带配合，相当于是海陆空结合，而翻车机的卸煤就只是陆军作战。

翻车机是铁路高效卸煤设备，根据电厂的装机容量不同，一般2到4台的布置。

现在翻车机、重吊、空调、迁车台已经实现了自动运行，通风和除尘这些辅助设备也可以做到连锁。剩下的重车的摘钩、空车复钩、煤篦子的观察还要人工来操作。

我们提出无人值守的原因，一是环保的需求，现在各个电厂煤场封闭已经接近尾声，但是部分地区又要进行翻车机房的封闭，翻车机封闭之后，里边的粉尘比较大，不适合人工来作业。二是从安全的角度来讲，因为这些操作空间比较狭窄，有些工人不会等到列车停下来才进行作业，这样很危险。另外作业的时间很多是在后半夜或者凌晨，这时候人员的注意力都不太集中，尤其是摘钩的人员，年龄普遍在50岁以上，他们的脑力、体力、精力、眼力都跟不上了，再加上很多人的安全意识淡泊，出了事故，电厂也好，外委单位也好，都会受到影响。第三是数字化转型的需求，我们在生产中引入智能机器人或者一些智能设备，实现机器代人，实现少人巡检、无人操作和智慧运行，有效降低运行人员的工作强度，提高他们的工作效率，节约人力成本，实现本质安全。

实现无人值守提出如下思路：

保持翻车机本体、重调、空调、迁车台的自动运行功能不变，同时还要对它进行完善，同时加装了一些重车摘钩机器人、复钩机器人，空车清车底机器人、车钩扶正装置，智能监控煤篦子系统，实现全系统的自动运行。同时我们可以在控制室内安装翻车机控制台及视频监控台，这样在程控室内就可以对翻车机进行启停操作，最终实现现场的无人巡检和少人操作。

重车的摘钩机器人，目前车型主要是C64、C70、C80，这是大系列，每一个系列下面还有3到5个子系列，同时国家能源局还有一些不同的车型，各种车型五花八门，每种车型对应一种摘钩方式，所以我们的摘钩机器人在工厂实验的时候第一台成功率可以达到百分之百，但是到了现场成功率大大降低，连一半都不到，就是因为现场的情况非常复杂，后来经过不懈的努力调试，现在成功率可以达到97%以上，完全可以满足市场的需求。

这个视频是工人在进行摘钩，他是在动态的摘钩，有时候人还要探进身体，如果摔倒了，就会造成安全事故。我们的摘钩机器人根据现场的情况有两种布置方式，一种是拖车式布置，一种是直线导轨式布置。机器人采用高精度伺服电机精确控制，可以预翻车机联锁，但是它并不是一个单纯的摆在那里的机器人，它必须与翻车机联锁，后续的操作完全是自动的过程，不需要人工干预。

这是我们在华电莱城电厂做的全国首台摘钩机器人，这也是一个夜间的作业过程，它可以精确识别出车型、停车的位置、手柄的形式、摘钩的方式，它都是自动完成，完全不需要人工。当它卸完之后，它就会绕开这个位置，准备下节的摘钩。

这是我们的摘复钩机器人，这个工作人员正在进行的就是摘钩作业，它有两个动作，一个是摘钩，一个是复钩，同样要跟翻车机进行联锁。这是它的组成，有摘钩臂、复钩臂，还有一个直线导轨。

这是车钩扶正装置，如果不扶正的话，两个空车撞在一起，严重的会造成脱轨，非常危险。我们在空调或者重调上加上了扶正装置。

还有清车底作业，翻车机作业完了之后，车里肯定留有一些煤，必须要有工人把剩下的煤铲出来，少则几十公斤，多则几百公斤，遇到湿煤、黏煤，可能会更多，安全风险也很大，这些工人进出车厢就是从这个小门里面钻进去，经常发生安全事故，只不过有些事故我们很多人都没听说而已。

这是我们清车底的方案，主要原则就是在空车线上布置一个清车机，从机械上来说，清扫机分为两部分，一个是清扫，一个是抓斗，火车来之后先进行清扫，清扫完之后再把它进行抓取，我们可以做到跟翻车机同步，效果也完全可以满足现场的需求。

目前翻车机无人值守相关的项目在华电山东莱城电厂、大港电厂和潍坊电厂都进行实施。

以上是我今天介绍的内容，感谢大家聆听。

（来源：北极星电力网，发言为北极星电力网根据速记整理，未经本人审核，如需转载请完整转载全文不允许删减）