變電站巡檢機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)探析

謝旭琛，陳曉鵬，石基，佘文錦

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州 516001）

對(duì)變電站電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行定期巡檢，是確保變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行、保證電力供應(yīng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。采用巡檢機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工巡檢模式，實(shí)現(xiàn)變電站電氣設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化巡檢，以減少傳統(tǒng)人工巡檢的各種問題因素，對(duì)確保變電站電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行甚至推進(jìn)國家智能電網(wǎng)建設(shè)都有著十分積極的作用和意義。

1 變電站巡檢機(jī)器人的系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)分析

變電站巡檢機(jī)器人采用客戶端與服務(wù)器連接的系統(tǒng)模式，其中客戶端通過與主控室的計(jì)算機(jī)服務(wù)器進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢設(shè)備以及巡檢機(jī)器人動(dòng)作的控制。其中，主控制室中服務(wù)器對(duì)機(jī)器人動(dòng)作的控制是依靠機(jī)器人自身攜帶的計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，控制內(nèi)容包括機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)航定位以及數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)取？傊?，變電站巡檢機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，服務(wù)器是實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行保障的核心部分，而客戶端與服務(wù)器之間的通信傳輸，是通過無線網(wǎng)絡(luò)連接的形式來實(shí)現(xiàn)，并且無線網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)通信與傳輸中，需要具備較高的帶寬與通信連接的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，并且其抗干擾能力與可靠性均比較高。如圖1所示，即為變電站巡檢機(jī)器人的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖1 變電站巡檢機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)變電站巡檢機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合變電站巡檢機(jī)器人的系統(tǒng)功能與作用可見，其系統(tǒng)組成一般由變電站控制中心、現(xiàn)場(chǎng)巡檢機(jī)器人、無線網(wǎng)絡(luò)3部分組成。其中，變電站控制中心與現(xiàn)場(chǎng)巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)中所包含的功能模塊與應(yīng)用的技術(shù)形式均比較復(fù)雜。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

根據(jù)上述對(duì)變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)連接組成的分析可見，在變電站巡檢工作中，巡檢機(jī)器人通過按照制定的巡檢線路，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電氣設(shè)備進(jìn)行巡檢，并將巡檢數(shù)據(jù)向主控制室傳輸，以完成對(duì)變電站電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的掌握和及時(shí)維護(hù)管理等，從而保障變電站的安全可靠性運(yùn)行。其中，巡檢機(jī)器人在監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行巡檢所采用的方式主要以視頻檢測(cè)與紅外檢測(cè)為主，而機(jī)器人按照制定線路進(jìn)行行走中，以自主行走與遠(yuǎn)程的人工控制兩種方式為主，從而對(duì)其行走路線與制定路線之間的安全性與可靠性進(jìn)行保障，并且能夠根據(jù)其行走狀態(tài)，在故障或異常情況下進(jìn)行合理地處理與解決。此外，在機(jī)器人巡檢過程中，主控制室的操作人員能夠通過操作實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人巡檢設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。由此可見，變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)，主要以巡檢機(jī)器人自身所帶的控制技術(shù)以及對(duì)變電站檢測(cè)電氣設(shè)備的自動(dòng)定位技術(shù)、巡檢機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控與遙控操作技術(shù)等。而巡檢機(jī)器人自身所帶控制技術(shù)中以導(dǎo)航技術(shù)為核心，它對(duì)巡檢機(jī)器人按照制定路線進(jìn)行巡檢并實(shí)現(xiàn)獲取變電站電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)中的各種數(shù)據(jù)信息有著非常重要的作用。其中，巡檢機(jī)器人在按照制定路線行走以進(jìn)行巡檢的過程中，有直線行走和轉(zhuǎn)彎的兩種情況，都需要通過導(dǎo)航控制來實(shí)現(xiàn)。

2.1 機(jī)器人本體控制技術(shù)

首先，機(jī)器人本體控制的實(shí)現(xiàn)，需要通過磁導(dǎo)航以及RFID定位、多傳感器融合等先進(jìn)技術(shù)設(shè)備與系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用，通過在變電站地面進(jìn)行磁條安裝，與攝像頭聯(lián)合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的導(dǎo)航控制，并且在該系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所處位置的確定，需要在其巡檢路線的相應(yīng)間隔距離之間進(jìn)行RFID標(biāo)簽設(shè)置，以通過機(jī)器人本體控制系統(tǒng)中的讀寫器去實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽的讀取，對(duì)其定位進(jìn)行確定和控制，從而實(shí)現(xiàn)以機(jī)器人的導(dǎo)航定位進(jìn)行機(jī)器人本體的控制。圖2為機(jī)器人本體控制系統(tǒng)的技術(shù)方案示意圖。

圖2 變電站巡檢機(jī)器人本體控制技術(shù)方案示意圖

此外，機(jī)器人本體控制中還包括對(duì)機(jī)器人直線行走以及轉(zhuǎn)彎、停車等行走狀態(tài)的控制，以結(jié)合機(jī)器人不同狀態(tài)進(jìn)行不同的控制來實(shí)現(xiàn)。其中，對(duì)機(jī)器人直線行走的控制設(shè)計(jì)是以內(nèi)外控制結(jié)合的形式來實(shí)現(xiàn)，以內(nèi)環(huán)控制為主，通過外環(huán)輔助控制作用，對(duì)機(jī)器人直線移動(dòng)以及直線移動(dòng)下前進(jìn)的方向進(jìn)行校正控制實(shí)現(xiàn)。內(nèi)環(huán)控制在進(jìn)行機(jī)器人直線移動(dòng)控制中，是結(jié)合機(jī)器人小車的兩輪速度差在進(jìn)行PID計(jì)算以及速度校正下，對(duì)其直線行走狀態(tài)進(jìn)行保障。機(jī)器人直線行走過程中，一旦小車兩輪速度出現(xiàn)偏差，就會(huì)通過控制系統(tǒng)對(duì)其具體偏差參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并通過調(diào)整其輪子的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)其直線行走控制。而外環(huán)控制在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人小車前進(jìn)方向的校正中，通過在機(jī)器人的前端進(jìn)行磁傳感器的安裝與磁釘位置變化，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位確認(rèn)，在出現(xiàn)偏差情況下，通過控制程序計(jì)算偏差，調(diào)整小車兩輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及方向，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)方向的校正和控制。最后，機(jī)器人行走中轉(zhuǎn)彎控制是以原地直角轉(zhuǎn)彎的方式去實(shí)現(xiàn)，見圖3。

2.2 變電站電氣設(shè)備自動(dòng)定位技術(shù)

變電站巡檢機(jī)器人中，實(shí)現(xiàn)變電站電氣設(shè)備自動(dòng)定位的設(shè)計(jì)，是RFID技術(shù)，它作為一種廣泛應(yīng)用的新型自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的設(shè)計(jì)應(yīng)用與作用優(yōu)勢(shì)尤為顯著。通過RFID標(biāo)簽進(jìn)行相應(yīng)格式的數(shù)據(jù)存放，在構(gòu)建標(biāo)簽ID與數(shù)據(jù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過RFID讀寫器進(jìn)行標(biāo)簽信息讀取，以實(shí)現(xiàn)有關(guān)信息獲取，為控制命令下達(dá)以及控制實(shí)施提供依據(jù)。值得注意的是，由于RFID標(biāo)簽在變電站電氣設(shè)備自動(dòng)定位的應(yīng)用中，其成本相對(duì)較高，因此可以通過RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)識(shí)，以減少其應(yīng)用數(shù)量，再通過機(jī)器人本體的RFID讀卡器，對(duì)標(biāo)識(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的RFID標(biāo)簽信息讀取進(jìn)行判斷，并實(shí)現(xiàn)變電站電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及關(guān)聯(lián)電氣設(shè)備的識(shí)別定位。

2.3 巡檢機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控與遙控操作技術(shù)

變電站巡檢機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控與遙控操作主要包含遠(yuǎn)程通信、視頻顯示與控制、機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)控制3大部分。機(jī)器人巡檢運(yùn)行中，通過自身配備的紅外攝像儀、可見光攝像機(jī)等裝置，運(yùn)用自主控制和遙控可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站電氣設(shè)備的巡檢，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行故障及隱患，并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，為設(shè)備維護(hù)提供依據(jù)。圖4為巡檢機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控與遙控操作的通信技術(shù)。

圖3 巡檢機(jī)器人轉(zhuǎn)彎控制技術(shù)方案

圖4 巡檢機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控與遙控操作的通信技術(shù)

3 結(jié)語

總之，變電站巡檢機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)研究，有利于促進(jìn)變電站巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)在其系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)，從而推動(dòng)巡檢機(jī)器人的推廣應(yīng)用，對(duì)變電站運(yùn)行維護(hù)自動(dòng)化與信息化建設(shè)和提升有著積極的作用與意義。

參考文獻(xiàn)：

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