國電寧夏方家莊發電有限公司作為國電系統智慧電廠標杆單位，其在設計與建設之初就充分考慮了智慧電廠的各個要素，在2020年1月投產後便成為數字化智能管控系統與機組同時投產的綠色智慧型百萬千瓦間接空冷機組電廠。
在國電燃料智能化的大背景下，該項目實現投產即同步建成智能火電管控中心，搭建了智能發電和智慧管理兩個平台。同時將“互聯網+”的概念引入建設中，通過現場總線、3D可視化管理、智能設備及SIS+MIS信息系統一體化平台等應用，提高辦公效率。這其中的一個亮點便是國電寧夏方家莊發電有限公司與中科航宇（北京）自動化工程技術有限公司合作研發的“S”型軌道智能盤點機器人系統。該系統利用先進的智能盤點機器人採集煤場煤堆三維數據，使灰暗單調的煤場管理工作色彩化、動感化，實現了可視化，精緻化管理，於2020年11月成功投運。
“S”型軌道智能盤點機器人的投運，標誌着國內鋼結構封閉煤場智能盤點技術的一個飛越。他的投入大幅度的減少了煤場智能管理的成本投入，但又不缺乏智能控制、大數據分析、無線通信、無線充電、5G融合、三維激光建模等高新技術的集成。
封閉煤場內傳統的料場盤點方式是煤棚頂部固定點安裝和直線軌道盤點機器人進行煤場掃描。煤棚頂部固定點安裝是通過在封閉煤棚頂部固定安裝帶有云台的激光掃描儀，藉助雲台運動，實現下方料場的輪廓掃描。對於方家莊電廠而言採用這種方式至少需要安裝12台激光掃描設備，成本預估在三百萬左右，費用較高。方家莊電廠封閉煤場單跨229米，長度254米，內部封閉有3個條形煤場和2台平行佈置的鬥輪機。採用直線軌道機器人的方式至少需要投入3套，其總成本在三百多萬以上，對於實現煤場智能化來説，性價比差別太多，造價過高。而“S”型軌道盤點機器人的安裝應用，投入成本一百五十萬，節約投入50%以上。
“S”型軌道盤點機器人與煤棚頂部定點安裝方式相比，突出的技術優勢是：
1、 盤點無盲區，盤點精度高，盤點不受現場其他設備影響，固定點安裝方式在煤場的背陰面存在少量盲區。
2、檢修維護更加便捷。“S”型軌道機器人具有強大的在線性能檢測和指導及事故分析能力，而定點安裝的方式由於設備數量多，發生故障的次數和檢修次數也隨之增多。
“S”型軌道與傳統直線軌道相比，克服了以下幾項工藝難點：
1、“S”型軌道需要考慮轉彎部分的轉彎半徑，該部分將考驗智能盤點機器人的通過能力，轉彎半徑過小將會導致機器人無法正常通過，轉彎半徑過大，將導致大部分下方煤場脱離掃描區域，造成煤場盤點誤差。
2、本項目封閉煤場有3座條形煤場，採用3條直線軌道時，各個煤場是一個單獨的掃描座標系統，不用考慮3條軌道之間的水平問題，安裝過程可以根據煤棚頂部安裝馬道就近安裝，而單條軌道，需要將3個煤場作為一個座標系，需要將所有軌道安裝在同一個座標平面上，對於中間煤場來説，其安裝位置與兩邊煤場存在15米的高度落差，中間沒有任何可藉助的第三方支撐結構，安裝過程既要保證與兩邊軌道水平誤差不超過1cm,又要保證機器人在運行過程中的運動動能不對軌道產生晃動。
3、直線軌道運行過程中，三維掃描不用考慮座標轉換，而“S”型軌道運行過程中，需要考慮軌道轉彎的起始點、折返過程中的座標轉換等問題，需要從空間座標轉換中，保證掃描後煤場煤堆的正常拼接。
中科航宇經過十餘年激光測量技術的積累，定製開發的“S”型軌道式料場盤點系統，可以很好地適應封閉條形煤場光線昏暗、粉塵嚴重、巡檢行程長等環境特點，代替人工完成巡護盤點任務。該系統具有的顯著優勢是：
1、“S”型軌道設計方式節省投資造價。系統克服煤場安裝環境困難，大跨度，高懸掛，高精度要求採用S型軌道，該種形式不僅節約投資成本，提高設備的使用率，而且保證了激光盤點，煤場巡檢和堆取料機無人值守系統的投運效果，比傳統在煤場上方分別安裝軌道掛載盤煤系統的方式更具實用性。
2、該類盤煤系統測量精度高、盤點速度快。通過運用無線通信技術，無線充電技術，實現煤場盤點機器人智能運行，隨時，按需盤點要求，盤點數據通過多級過濾，建模，共享，實現煤場三維繫統對多個系統開放。
3、智能盤點機器人系統實現整個煤場全斷面掃描，無死角測量的功能。利用後台大數據存儲及計算功能，將煤場採集的數億點雲數據分類管理，進行全方位切片式管理，結合入廠，採製化系統數據，實現了煤場多角度，多維數字化呈現功能。
4、系統開放、先進、適應管控一體化的綜合設計。該系統全過程採用自動控制、智能分析，數據全程計算機處理，系統的投運打通了電廠燃料智能化管控系統中最後一個依賴人工工作的環節，實現了燃料全流程的智能化，自動化，信息化管理。
5、智能化，智能盤點機器人可以根據煤場工作情況，結合數字化煤場中煤場堆取煤作業情況隨時開展工作，當有堆取煤結束任務後，系統聯動盤點機器人可以快速達到煤場變化區域開展煤場三維數據的補充掃描，掃描數據可以快速融入整個煤場三維座標系統中，為煤場下次堆取煤任務提供數據保障。
6、大數據處理，傳統直線軌道盤點機人每次只需要處理單個煤場數據，“S”型軌道需要處理3個煤場數據，點雲數據採集量超過億級，通過合理的利用網格算法、堆棧壓縮技術等，在處理速度上並沒有下降。
7、Unity3D技術的實時應用，常規的三維展示技術都是正對固定模型行三展示，而煤場盤點系統需要對煤場隨時變化的煤堆進行不同角度的三維展示，在進行三維建模和展示過程中都需要消耗大量計算機性能，本系統中通過優化模型網格結構，多個不同拼接技術的使用，實現了大範圍三維場景的快速發佈。
8、無線充電技術的應用，煤場作為煤粉大量堆積的場所，對防火防爆安全要求很高，常規的接觸式供電系統存在放電打火現象極易造成煤場安全事故，通過非接觸式充電系統的應用，可以減少接觸式充電過程中的放電打火情況的發生，同時，在充放電兩端都安裝有電源管理模塊，電源管理模塊互相通信，可以保證充供電設備在工作過程中的發熱、過載、斷路的保護功能的正常工作。
9、智能機器人內部集成無線通信模塊，同時預留5G接入模塊，在煤場大範圍空間內的使用減少了大量佈線的要求，同時為未來接入全場5G網絡提供的預留條件。
國電方家莊電廠成功實施的“S”型軌道式料場盤點系統，系統成果具有先進性，實用性強。緊密結合了方家莊電廠自身煤棚高跨度的特點，設計卓殊、功能全面，系統運行穩定可靠，盤煤精度達到國家標準並處於行業領先地位，具有廣泛的推廣應用價值，對於加快燃料管理智能化、智慧化發展具有重要意義。基於該系統項目優異的功能、突出的先進性和良好的經濟性，獲得了業主單位和國電電力系統的好評，目前已進入資質申報、論文發表和標杆項目評審階段。(圖/文 秦寧 林連興)