استخدام التفتيش الآلي في عمليات التمركز في مواقع الخزنة في المكدسات الكهربائية من الصعب الوصول إليها

مقدمة: مشكلة البنية التحتية الكهربائية غير الميسرة

فالتجهيزات الكهربائية الموجودة في بيئات محصورة أو مرتفعة أو نائية أو خطرة تشكل بعض أصعب التحديات في مجال الصيانة والكشف عن الأخطاء، ويمكن أن تؤدي خطوط النقل إلى التضاريس الجبلية، أو الغواصات الجوفية، أو الناكسات الريحية، أو المقصورات الصناعية ذات الارتفاع العالي، إلى مشكلة مشتركة: فالولوج إليها لأغراض التفتيش إما باهظة التكلفة أو خطرة أو مستحيلة جسديا بالنسبة لطاقم الإنزال البصري.

وقد ظهرت تكنولوجيات التفتيش الآلي كحل حاسم، مما مكّن شركات المرافق العامة، ومشغلي المنشآت، ومهندسي السلامة من تحديد مواقع الأخطاء الكهربائية بسلامة وسرعة غير مسبوقة، ومن خلال نشر الروبوتات في الأماكن التي لا يستطيع البشر فيها - أو لا - الذهاب، يمكن للمنظمات أن تقلل من الإصابات، وتخفض تكاليف التفتيش، وتحسن موثوقية شبكة الطاقة الكهربائية، وتدرس هذه المادة الفوائد الرئيسية، والمنابر الآلية الرئيسية، واستراتيجيات التكامل الحسّيّسّة، والتحديات الراهنة، والمستقبل الواعدة للآليين.

أوجه القصور في التفتيش الآلي

والتحول من التفتيش اليدوي إلى التفتيش الآلي في البيئات الكهربائية الصعبة هو أكثر من كونه ملائما، وكل ميزة تعالج مباشرة القيود المتأصلة في الأساليب التقليدية.

السلامة أولا

وأهم سبب لاعتماد التفتيش الآلي هو القضاء على تعرض البشر للمخاطر، وتحتفظ المعدات الكهربائية الحية بالفولط المميت؛ ويمكن تصميم الروبوتات بحيث تكون مجهزة كهربائيا أو مقاومة للانفجار أو متسامحة مع درجات الحرارة القصوى، مثلا، تفتيش الحافلات الداخلية لغرفة تبديل متوسطة الحجم عن طريق جهاز تسلق آلي زحفي يعني أن الأفراد لا يحتاجون إلى إجراء مسح عال لمسافات الهواء.

الكفاءة التشغيلية

ويمكن للروبوتات أن تكمل عمليات التفتيش في جزء من الوقت اللازم للطاقم اليدوي، ويمكن أن يغطي أربعة مجهزين بالكاميرات الحرارية والبصرية عدة أميال من خط الرؤوس في ساعة واحدة - وهي مهمة تستغرق أياماً من الطاقم الأرضي باستخدام المناظير وشاحنات الدلو، وفي الأماكن المحصورة، يمكن لآلي أفعى أو ذراعاً متحركة أن يفتش كل عنصر في خندق كابل أو حفرة في غضون دقائق.

الكشف عن الاستحقاق

ويمكن للمستشعرات المتقدمة التي تُقام على منابر آلية أن تحدد الأخطاء التي لا تُكشف عن العين البشرية، وتكشف الكاميرات الحرارية عن البقع الساخنة التي تسببها الاتصالات غير المستقرة، أو الدوائر المحملة أكثر من اللازم، أو عدم العزل، كما أن أجهزة الاستشعار الصوتية فوق الصوت العالي التردد من التصريف الجزئي - وهو ما يمثل سلالة للفشل في العزلة، كما أن أجهزة الاستشعار الميدانية الكهربية تُدَفَفَر الكابلات.

فعالية التكلفة

وفي حين أن الاستثمار الأولي في النظم الآلية يمكن أن يكون كبيرا، فإن الوفورات الطويلة الأجل كبيرة، إذ أن انخفاض تكاليف العمل، وقصر وقت الانقطاع، والقدرة على التفتيش دون إزالة المعدات من الخدمة كلها أمور تسهم في عودة سريعة للاستثمار، ففيما يتعلق بالمزارع الريحية البحرية مثلا، يمكن أن يؤدي إرسال طائرة بدون طيار بدلا من طاقمها عن طريق المركب والزبلوغ إلى خفض تكاليف التفتيش بنسبة 70 في المائة مع تقليل التأخيرات المتصلة بالطقس.

تكنولوجيات التفتيش الآلي

ولا يلائم تصميم آلي واحد جميع المنشآت الكهربائية التي يصعب الوصول إليها، فالقيود المادية للبيئة - المرتفع والولادة ودرجات الحرارة والضوضاء الكهرومغناطيسية - تملي أفضل منصة، وتبدو الأنواع الرئيسية المستخدمة اليوم.

مركبات جوية غير مأهولة (الدنيا)

(د) الطائرات الآلية الأكثر ظهوراً لأجهزة التفتيش الآلي للهياكل الأساسية الكهربائية، وتغطي المركبات ذات التردد العالي المختلط المسافات الطويلة بكفاءة وتستخدم في تفتيش الممرات لخطوط النقل.

الروبوتات المُتشددة

كما أن الآلات الرطبة، التي تسمى أيضاً منصات المسار أو المتحركة، والطرد في أماكن مغلقة ملاحية مثل الأنفاق الكابلية، والخزائن الجوفية، وأجهزة إغلاق المحولات، يمكن أن تقطع أسطحاً عمودية أو مائلة باستخدام المسارات المغنطية أو أكواب الصمامات، وتشمل الحمولات النموذجية كاميرات عالية التعريف، وقوارير الإشعاع المسببة للضوع.

الأسلحة الآلية والمناولة

أما بالنسبة للمنشآت الكهربائية التي تتطلب جمع العينات أو التلاعب بها - مثل فتح باب اللوحة أو قياس مقاومة العزل - فالأسلحة الآلية توفر التحلل، وكثيرا ما تكون هذه الأسلحة مثبتة على قواعد متحركة أو سكة حديد ثابتة داخل مباني تحت المظلة، ويمكن أن تحمل مجموعة من الأدوات القابلة للتبادل، بما في ذلك أجهزة كشف الفولط، ومحركات الميكانيكية، وأجهزة التنقيب فوق الصوتية.

الثعابين والروبوتات المأخوذة

ويرمي الروبوتات ذات العجلات إلى التسلل عبر مسارات ضيقة جدا أو متحركة، مثل داخل خزانات التبريد، أو صينات الكابلات، أو الفجوة بين رياح المحركات في المولدات الكبيرة، ودرجات حريتها المتعددة تسمح لها بالمناورة حول العقبات التي من شأنها أن توقف منصة متحركة، وبعض الروبوتات ذات الدوافع مجهزة بجهاز " الديد " ، مما يتيح لها السفر عبر الأنابيب أو الكابل.

ROVs for Subsea Electrical Installations

وتحتاج منابر النفط والغاز في المناطق البحرية، ومولدات الطاقة المدوية، وكابلات الطاقة في المناطق الفرعية إلى تفتيش في بيئات تحت المياه، ويمكن لهذه المركبات التي تعمل عن بعد والمجهزة بأجهزة السونار والكاميرات والكهرباء المحتملة التجهيز أن تحدد أماكن التآكل أو التلف المعاطفي أو التسربات الكهربائية على موصلات قاع البحر ورفوفات الكابلات ذات الاستقلال الذاتي، ويمكن لهذه المركبات أن تمسح الكابلات التجريبية الطويلة الأجل دون وجود ملاح مستقل.

إدماج الاستشعار وتحليل البيانات

والمنبر الآلي هو جزء من الحل، فالوضع الحقيقي للأخطاء يتوقف على أجهزة الاستشعار التي يحملها وعلى الخوارزميات التي تفسر البيانات، وتدمج نظم التفتيش الآلي الحديثة طرائق الاستشعار المتعددة لوضع صورة شاملة لصحة التركيب.

التصوير الحراري

وتحوّل كاميرات المراقبة الإشعاع الحر إلى خريطة بصرية، وتنتج عن عيوب كهربائية مثل الاتصالات المطلة، والموصلات التي تُحمّل أكثر من اللازم، وشبه الموصلات التي تُسرب ارتفاعاً في درجات الحرارة.() وتُطَوَرَّب الطائرات والزبابات بشكل روتيني أو تُحرك بالكاميرات الحرارية، وتُسدِّد آلاف الأطر لكل تفتيش، ويمكن للمعالجة أن تُعَل تلقائياً مناطق حيث تتجاوز درجة الحرارة عتبةً أو تظهر فيها درجة حرارةًاً.

الكشف الجزئي عن المعلومات

(أ) التصريف الجزئي هو انهيار كهربائي محلي يؤدي إلى تآكل العزل مع مرور الوقت، وهو يُنتج موجات كهرومغناطيسية عالية التردد، أو إشارات صوتية، وأحياناً ضوء مرئي.() ويمكن للروبوت أن يحملوا أزواجاً أكفاء، أو محولات جارية عالية التردد (HFCTs)، أو ميكروفونات فوق الصوتية للكشف عن نسبة PD. Mounting these

اختبارات الأشعة فوق البنفسجية

ومن الضروري تقييم السميكة فوق الصوتية وكشف العيوب من أجل تقييم سلامة الضيوف الكهربائية وحانات الحافلات وشبكات الهبوط، ويمكن للروبوتات المجهزة بأجهزة فحص فوق الصوتية على مراحل أن تفحص مناطق كبيرة وتنتج صوراً للأشعة السينية تكشف عن التآكل أو الشقوق أو التسرب، ويمكن تصنيف البيانات حسب موقع الروبوتات، مما يتيح إجراء إصلاحات محلية دقيقة.

الاستشعار الميداني المغناطيسي

وكثيرا ما يعتمد إيجاد موصلات مدفونة أو مخفية على أساليب الكهرومغناطيسية، ويمكن للآلي أن يحمل جهاز إرسال يحفز تيارا في كابل قريب، ثم يستخدم سكايل جهاز استقبال لقياس ما ينتج عن ذلك من حقل مغناطيسي، وهذه التقنية، المعروفة باسم تعقب مسارات الكابلات، قيمة لا تقدر بثها لتحديد أماكن الكسر أو السرقات في كابلات كهربائية، وبعض الروبوتات تجمع بين أجهزة الكشف عن الطاقة الكهربائية والكشف عن الفولطية.

جمع البيانات والاستخبارات الفنية

ويستلزم الحجم الهائل للبيانات المستمدة من أجهزة الاستشعار المتعددة إجراء تحليل آلي، حيث يتم تدريب نماذج التعلم الماكين على استخدام البطاقات الحرارية والبصرية والأشعة فوق الصوتية والتوقيعات الكهربائية في سجل موحد للمخاطر، مثلاً، يمكن للشبكة العصبية التابعة للثورة أن تفتش الصور الحرارية للمواقع الساخنة، مع تحليل البيانات الصوتية في وقت واحد من أجل التصريف الجزئي.

التحديات في مجال إضفاء الطابع المحلي على التخلف الآلي

وعلى الرغم من وعدها، لا تزال نظم التفتيش الآلي تواجه عقبات عملية تحد من الانتشار، وتعالج هذه التحديات محور تركيز الجهود الهندسية والبحثية الجارية.

Battery Life and Power Management

وهناك العديد من المنشآت التي يصعب الوصول إليها بعيدة أو تحت الأرض، ولا توجد محطات لإعادة الشحن، كما أن نطاق التفتيش في إطار نظام " البطاريات " قد يطير لمدة 20 إلى 30 دقيقة، بينما قد يمتد الزحف لمدة ساعتين، وتشمل الحلول الطائرات المسيرة التي تُبث بواسطة أجهزة لاسلكية (المزودة بالطاقة الدقيقة) أو على متن أجهزة لاسلكية، وفي الأماكن الصناعية، يمكن للآليين أن يُطوا في نفق مجهز.

الملاحة في البيئات المعقدة

وفي خندق مائل أو كابل، لا يمكن توفير النظام العالمي لتحديد المواقع، ويجب أن يعتمد الجهاز على التمركز والرسم المتزامنين باستخدام ليدار أو أدوية بصرية أو أجهزة استشعار غير ذاتية، وأن تكون أسطح المعادن، وميادين الكهرومغناطيسية قوية، والغبار يمكن أن يؤدي إلى تدهور الأداء في أجهزة الاستشعار.

موثوقية الاتصالات

وتثير نقل البيانات عبر مساحات سميكة أو معدنية إشكالية، إذ تتسارع سرعة ارتفاع الترددات اللاسلكية واللاسلكية، ويستخدم الكثير من الروبوتات الزحفية رباعياً لكل من الطاقة وشبكة الطاقة الإثيرية، ولكن يمكن للطيور أن تقطع أو تحد من المناورة، أما بالنسبة للطائرات الآلية التي لا تبث في الوقت الحقيقي أكثر من 4G/5G فتعمل بشكل جيد في الهواء الطلق، ولكن البنايات المصلية الموجودة تحت الأرض أو داخلها تحتاج إلى أجهزة إعادة إرسالها.

المقاومة البيئية

وكثيرا ما تعرض المنشآت الكهربائية الآليين إلى حرارة شديدة، وبرد، ورطوبة، وغازات متآكلة، وهز، وتفشل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية القياسية بسرعة في هذه الظروف، وتحتاج الروبوتات الصناعية إلى IP65 أو إلى أجهزة أعلى، وإلى تقديرات مضادة للانفجار، وأحيانا التبريد النشط، ويمكن أن يؤدي الوزن الإضافي من المساكن الواقية إلى الحد من القدرة على الدفع وحياة البطاريات.

عبء البيانات والتفسير

جمع البيانات عن أجهزة الاستشعار الخام لا جدوى منه إلا إذا تحولت إلى معلومات قابلة للتنفيذ، وقد يلتقط طائرة بدون طيار خط 50 كيلو متراً 200 جي بي من الفيديو الحراري، ويستعرض الدليل أن الصور غير عملية، وفي حين أن منظمة العفو الدولية تساعد، تظل الايجابات الكاذبة مسألة - بقعة ساخنة تسببها انعكاس أو طائر أو موصل للشمس يمكن أن تطلق عليه إنذاراً.

الاتجاهات المستقبلية

وسيشهد العقد القادم تطورا سريعا في التفتيش الآلي، مدفوعا بتطورات في الاستقلال الذاتي والربط والاستخبارات الاصطناعية، وقد ظهرت بالفعل عدة اتجاهات.

Autonomous Swarm Robotics

وبدلا من آلي واحد، يمكن لأفرقة من الروبوتات الصغيرة أن تتعاون في تفتيش منشآت كبيرة، وقد يُشجع حزام الطائرات بدون طيار على طول ممرات نقل، وكل من يحمل جهازاً آخر من أجهزة الاستشعار، وجهازاً حرارياً واحداً، وجهازاً من طراز LiDAR، ويتواصلون لتجنب التداخل وتبادل البيانات في الوقت الحقيقي، ويمكن للسواحل أن تفتش ساحة فرعية كاملة في دقائق، ثم تغرق كمجموعة لإعادة الشحن.

التوحيد الرقمي

وسيعمل الجهاز الآلي بصورة متزايدة بالتنسيق مع توأم رقمي من التركيب الكهربائي، ويوفر التوأم نموذجاً من ثلاث دي يتضمن بيانات عن كل عنصر - العمر، والمصنع، وتاريخ الاختبار، ويقارن الآلي، أثناء التفتيش، قراءات الاستشعار الحقيقية لخط الأساس التوأم، ويرفع علمه تلقائياً، وبعد التفتيش، يجري تحديث التوأم بمواقع عيوب جديدة وتقييمات شدة، مما يخلق سجلاً معيشياً يدعم الصيانة المتوقعة.

Edge AI and On-Board Decision Making

ولتقليل الاعتماد على وصلات الاتصالات، سيعمل الآليون المستقبليون على تجهيز بيانات الاستشعار محليا باستخدام مجهزي الشبكات العصبية المتأصلة (مثلا، شركة نفيديا جيتسون أو غوغل كورال)، مما يتيح تصنيف الأخطاء في الوقت الحقيقي، وقيادات التوقف في حالات الطوارئ إذا اكتشف وجود فشل وشيك، وسلوك التكيف - مثل تمهيد المسح الضوئي ليلقي نظرة أقرب على منطقة مشبوهة.

5G and Low-Latency Teleoperation

وعندما يلزم الحكم على الإنسان، توفر شبكات الـ 5 زاي الضآلة اللازمة للتحكم في الآلات في الوقت الحقيقي، ويمكن للمشغل الذي يبعد مئات الكيلومترات أن يُجري زحفاً عبر قناة ضيقة مع التغذية المرتدة، ويُنشئ هذا، مجتمعين مع رؤساء VR، تجربة تفتيش عملية " خط العين " ، Ericsson " ، في مرافق الطاقة.[FL]

توحيد المعايير وإمكانية التشغيل المتبادل

ومع تزايد الاعتماد، ستبرز معايير الصناعة المتعلقة بأشكال بيانات التفتيش الآلي، وبروتوكولات الاتصالات، وإصدار شهادات السلامة، وتعمل منظمات مثل معهد التعليم البيئي الدولي واللجنة الانتخابية المستقلة بالفعل على وضع مبادئ توجيهية لاستخدام الروبوتات في بيئات ذات نفوذ عال، وسيقلل توحيد التكاليف ويتيح للمرافق خلط الروبوتات من مختلف البائعين بالوسائل السلمية.

خاتمة

فالتفتيش الآلي على المواقع الخاطئة في المنشآت الكهربائية الصلبة إلى الغلاف الجوي ليس أمراً فاخراً، بل أصبح ضرورياً، فالجمع بين تحسين السلامة، ودورات التفتيش السريعة، وزيادة دقة الكشف، توفر حالة قوية للتبني على نطاق واسع، ومن خلال الطائرات الآلية التي تمسح خطوط النقل إلى أجهزة آليين أفاعيين تُسدِّر خزانات التبديل، فإن التكنولوجيا ناضجة بما يكفي لتحقيق قيمة فورية، ومع ذلك، لا تزال التحديات في مجال القدرة على التواصل مع التكنولوجيا الصناعية، وتفسير البيانات، تؤدي إلى زيادة الابتكار.