變電站巡檢機(jī)器人的研究與制作

信蓮蓮

摘要：為了實(shí)現(xiàn)變電站巡檢全覆蓋。本文設(shè)計(jì)了兩款智能化、可控化、信息共享化的變電站智能巡檢機(jī)器人，兩款機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)自動遍歷變電站、站內(nèi)隧道、變電站內(nèi)空氣質(zhì)量檢測、變電站內(nèi)畫面拍攝、檢測數(shù)據(jù)上傳等功能。綜合變電站巡檢機(jī)器人能滿足“智慧城市”對于變電站內(nèi)部環(huán)境及管線的檢測要求。彌補(bǔ)變電站監(jiān)控系統(tǒng)只能定點(diǎn)監(jiān)控的缺陷，實(shí)現(xiàn)移動式監(jiān)控模式。開發(fā)潛力大，具有很高的推廣價值。

關(guān)鍵詞：智慧城市;變電站巡檢;自動遍歷隧道;移動式監(jiān)控

一、前言

變電站采用人工定期巡檢并結(jié)合變電站監(jiān)控系統(tǒng)反饋的監(jiān)控報(bào)警信息，進(jìn)行日常管理及維護(hù)，然而，變電站一般具有設(shè)備多、距離長及環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，人工巡檢勞動強(qiáng)度大，效率低，且不利于巡檢人員的身心健康。此外，變電站監(jiān)控系統(tǒng)只能做到定點(diǎn)監(jiān)控，存在監(jiān)控盲區(qū)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了變電站智能巡檢機(jī)器人，相對于人工巡檢，具有以下優(yōu)勢：

第一，可以有效減輕傳統(tǒng)的人工巡檢的巡檢人員負(fù)擔(dān)。工作人員利用機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)互連功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時上傳，通過遠(yuǎn)程控制機(jī)器人就能完成巡檢工作，不僅工作量減少，而且遠(yuǎn)離惡劣環(huán)境有益于身心健康。第二，變電站巡檢機(jī)器人嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化操作，既能準(zhǔn)確、客觀地反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，又能消除不可抗力因素導(dǎo)致的運(yùn)維失誤，同時永不疲倦地作業(yè)，極大提升了巡檢質(zhì)量和效率。另外，作為移動式監(jiān)控模式，還可以彌補(bǔ)綜合變電站監(jiān)控系統(tǒng)只能定點(diǎn)監(jiān)控的缺陷，進(jìn)一步提高了綜合變電站的監(jiān)控管理能力。第三，變電站巡檢機(jī)器人能取代原有的大量檢測設(shè)備，同時只需聘用少量技術(shù)和管理人才，會減少人力資源成本、復(fù)雜的人員協(xié)調(diào)和溝通成本。總之，變電站巡檢機(jī)器人在變電站的應(yīng)用，是一種新型智能化巡檢模式。

二、設(shè)計(jì)方案

我們設(shè)計(jì)了兩款智能化、可控化、信息共享化的機(jī)器人，分別是Hound與Elfin，兩款機(jī)器人根據(jù)變電站環(huán)境和尺寸可以實(shí)現(xiàn)自動遍歷變電站、隧道、變電站內(nèi)空氣質(zhì)量檢測、變電站內(nèi)畫面拍攝、檢測數(shù)據(jù)上傳等功能。與Elfin巡檢機(jī)器人相比，Hound巡檢機(jī)器人體積較大，但具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，機(jī)器人對地下綜合變電站信息的日常收集與匯編，將不同坐標(biāo)位置的變電站情況整理上傳，與Hound相比，Elfin巡檢機(jī)器人體積小，靈活性較強(qiáng)，適合在地下綜合變電站中狹小空間的巡檢工作，當(dāng)?shù)叵戮C合變電站中出現(xiàn)問題時，Elfin巡檢機(jī)器人能夠快速到達(dá)故障點(diǎn)巡檢，可以實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)空氣質(zhì)量檢測、變電站內(nèi)畫面拍攝、彩色圖像傳輸、溫濕度和有害氣體數(shù)據(jù)上傳等功能。實(shí)現(xiàn)遙控巡檢、應(yīng)急事故處理、例行巡檢、設(shè)備精確測溫、特殊巡檢、遠(yuǎn)程監(jiān)控指揮等任務(wù)。實(shí)現(xiàn)信息共享，進(jìn)一步提高地下綜合變電站監(jiān)控管理能力。

本項(xiàng)目的創(chuàng)新在于通過Hound與Elfin巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了巡檢工作的自動化、信息化。取代原有的大量檢測設(shè)備并減輕工作人員的任務(wù)量，實(shí)現(xiàn)變電站巡檢全覆蓋。變電站巡檢機(jī)器人為了實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部無軌運(yùn)動，采用定位裝置與運(yùn)動控制裝置相結(jié)合的方法，對變電站內(nèi)部的每個路段進(jìn)行編碼。機(jī)器人搭載的射頻卡識別裝置可判斷出當(dāng)前所處路段，結(jié)合給定路徑控制機(jī)器人轉(zhuǎn)向。

三、實(shí)施方案

立足于變電站巡檢，整個巡檢系統(tǒng)可分為前端巡檢工作層、中間通信服務(wù)層及后臺監(jiān)控管理層。前端巡檢工作層的包括兩個巡檢機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)及地下綜合變電站中的配套設(shè)施（如磁軌、智能攝像設(shè)備等）;中間通信服務(wù)層包括通信網(wǎng)絡(luò)、信號中繼站及專用充電插槽等，為智能巡檢機(jī)器人提供通信網(wǎng)絡(luò)、充電等配套服務(wù)。后臺監(jiān)控管理層位于綜合變電站控制中心，主要由工作站、服務(wù)器、存儲器及展示設(shè)備等組成。具體研究內(nèi)容包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)和配套軟件設(shè)計(jì)三個主要部分。其中，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括本體設(shè)計(jì)、材料選擇、模塊飛線;電路設(shè)計(jì)包括導(dǎo)航與定位設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)、智能充電管理技術(shù)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì);配套軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)平臺軟件設(shè)計(jì)、集控站設(shè)計(jì)以及相應(yīng)模塊的驅(qū)動程序設(shè)計(jì)。

Hound機(jī)器人包括控制系統(tǒng)、運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、導(dǎo)航定位裝置、管線檢測裝置、通訊裝置、電源管理系統(tǒng)。Elfin機(jī)器人包括控制系統(tǒng)、運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣體檢測裝置、溫濕度檢測裝置、導(dǎo)航定位裝置、通訊裝置、電源管理系統(tǒng)。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了電腦上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。機(jī)器人本體、巡檢區(qū)域的工況信息及異常狀況均可通過電腦上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測，并可以遠(yuǎn)程控制操作Hound巡檢機(jī)器人。另外，在電腦上位機(jī)界面具有巡檢狀態(tài)提示。Hound巡檢機(jī)器人能夠沿著磁軌巡檢，具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性，并且位于頭部的攝像頭可以多角度旋轉(zhuǎn)。機(jī)器人將檢測到關(guān)于設(shè)備的可見光圖像/視頻等信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通道傳輸?shù)娇刂贫擞?jì)算機(jī)。

機(jī)器人將檢測到關(guān)于設(shè)備的紅外熱圖像經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通道傳輸?shù)娇刂贫擞?jì)算機(jī)。對相關(guān)信息進(jìn)行分析后，若發(fā)現(xiàn)被檢測設(shè)備的實(shí)時溫度超過該設(shè)備預(yù)設(shè)允許的最高運(yùn)行溫度，巡檢機(jī)器人會立即發(fā)出警報(bào)。

Elfin巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了Android版本手機(jī)APP遠(yuǎn)程在線監(jiān)控功能（如圖5）。機(jī)器人本體、巡檢區(qū)域的工況信息及異常狀況均可通過手機(jī)APP遠(yuǎn)程監(jiān)測，并可以遠(yuǎn)程控制操作Elfin巡檢機(jī)器人。利用機(jī)器人中彩色CMOS型圖像采集集成芯片結(jié)合視頻圖像識別技術(shù)，對地下綜合變電站中的表計(jì)，包括壓力表、溫度表、數(shù)顯表、液位計(jì)、軸承油位、避雷器泄漏電流和動作次數(shù)、電氣開關(guān)和閥門狀態(tài)等示值和位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，對管線進(jìn)行外觀對比判別，自動記錄并生成報(bào)表，并經(jīng)計(jì)算、判斷后發(fā)出報(bào)警，同時實(shí)時拍照和錄像至后臺，滿足運(yùn)行人員隨時調(diào)用查看的功能。

機(jī)器人具備手動遙控巡檢和溫濕度自動采集兩種功能，通過溫濕度傳感器可測量地下綜合變電站中一定面積管線的整體溫濕度（傳感器測量的溫濕度為視場里所有物體溫濕度的平均值），并通過一定格式打包發(fā)送至手機(jī)APP。另外，可以人工設(shè)定最大溫度值T_max，通過比較采集結(jié)果T_get與T_max的大小，判斷是否出現(xiàn)管線過熱過濕現(xiàn)象。同時對在xx路段測得的error進(jìn)行積分，可以讀取發(fā)生過熱過濕情況的故障點(diǎn)數(shù)量。通過機(jī)器人的智能分析識別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動。

四、結(jié)論

變電站巡檢機(jī)器人可取代變電站內(nèi)部的大量檢測設(shè)備，節(jié)約設(shè)備成本。彌補(bǔ)變電站監(jiān)控系統(tǒng)只能定點(diǎn)監(jiān)控的缺陷，實(shí)現(xiàn)移動式監(jiān)控模式。開發(fā)潛力大，具有很高的推廣價值。它的應(yīng)用可以節(jié)省大批人力物力，節(jié)省的成本大于自身成本，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的推廣應(yīng)用。變電站巡檢機(jī)器人可將工作人員從繁雜的檢測工作中解放出來，保障工作人員身體健康，同時提高巡檢效率。

參考文獻(xiàn)

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