變電站巡檢系統(tǒng)

尚春虎 田立國(guó) 高豪釩 任星俠 楊國(guó)春 趙帆

摘? 要：變電站智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)用于替代人工進(jìn)行變電站巡檢，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站強(qiáng)電磁環(huán)境下的全自主，全方位和全天候巡檢，將巡檢人員從危險(xiǎn)、惡劣的作業(yè)環(huán)境和繁重的作業(yè)任務(wù)中解放出來(lái)，智能讀表、圖像識(shí)別等核心技術(shù)為一體，對(duì)輸變電站設(shè)備進(jìn)行全天候巡檢、數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、溫濕度檢測(cè)等提高輸變電站內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn)行程度，開(kāi)創(chuàng)了一種全新的變電站巡檢作業(yè)模式。

關(guān)鍵詞：QT;數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè);遠(yuǎn)程監(jiān)控;磁循跡

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）32-0034-02

Abstract： The intelligent inspection robot system of substation is used to replace manual inspection of substation， which can realize fully autonomous， omni-directional and round-the-clock inspection in strong electromagnetic environment of substation. The inspection personnel will be liberated from the dangerous， harsh working environment and heavy tasks， and the core technologies such as intelligent meter reading and image recognition will be integrated. The safe operation degree of the equipment in the transmission substation is improved by carrying out round-the-clock inspection， data acquisition， video surveillance and temperature and humidity detection of the transmission substation equipment， and a new substation patrol operation mode is created.

Keywords： QT; data monitoring; remote monitoring; magnetic tracking

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民區(qū)變電站的數(shù)量不斷增多，其地理位置越來(lái)越分散，這給周期性巡視帶來(lái)了一定的困難。不僅農(nóng)網(wǎng)中居民區(qū)變電站的維護(hù)存在很多問(wèn)題，而且城市土地的緊張、居民區(qū)現(xiàn)代化高層建筑大量涌現(xiàn)，導(dǎo)致越來(lái)越多的居民區(qū)變電站建在潮濕的地下，運(yùn)行環(huán)境的優(yōu)劣直接影響到電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

本系統(tǒng)針對(duì)室外變電站運(yùn)行監(jiān)測(cè)研究的實(shí)際需求，研制基于機(jī)器人的自主巡檢監(jiān)測(cè)平臺(tái)，設(shè)備包括：自動(dòng)巡航模塊、圖像信息采集模塊、圖像處理模塊、無(wú)線通信、智能預(yù)處理報(bào)警模塊等主要部分，實(shí)現(xiàn)“智能、自動(dòng)、實(shí)時(shí)”為管控目標(biāo)，通過(guò)搭建監(jiān)控平臺(tái)，構(gòu)建“現(xiàn)場(chǎng)-監(jiān)控平臺(tái)-報(bào)警”多層聯(lián)動(dòng)的自巡檢測(cè)報(bào)警一體化工作模式，全面提升變電站設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)效率以及安防水平，確保設(shè)備的正常運(yùn)行以及變電站的安全運(yùn)行。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該變電站巡檢系統(tǒng)主要由監(jiān)控控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)構(gòu)成。

2.1 監(jiān)控控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

巡檢控制界面依托于?？低暤奈炇埔曨l平臺(tái)，使用螢石云提供的SDK源碼進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，集成到軟件中，此實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控是整個(gè)項(xiàng)目中的實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)所在之處，在此之前使用了多種方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，遇到的最大問(wèn)題就是視頻延遲較高，最終使用SDK源碼進(jìn)行編寫(xiě)后，視頻延遲的問(wèn)題降低了5倍，在4G網(wǎng)絡(luò)良好的情況下視頻延遲在1秒以?xún)?nèi)，可以達(dá)到對(duì)巡檢機(jī)器人的實(shí)時(shí)監(jiān)控要求。

此外，可以對(duì)多個(gè)視頻進(jìn)行操作，視頻清晰度可切換。也達(dá)到了監(jiān)控平臺(tái)的集中管控的目的。

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于傳感器將采集到的參數(shù)進(jìn)行匯總處理，然后通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)、WiFi等通信方式將數(shù)據(jù)上傳到電腦端進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理。

2.3 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

利用阿里云的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)儲(chǔ)存具體數(shù)據(jù)的信息。數(shù)據(jù)庫(kù)可云端自動(dòng)備份，減少因數(shù)據(jù)庫(kù)丟失而帶來(lái)的不必要的損失。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 控制模塊

體感交互運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的控制器模塊選擇嵌入式ST公司的32位ARM處理器STM32F103ZET6，該微處理器具有較高的工作頻率，豐富的I/O外設(shè)接口，支持多種通信接口，自帶AD轉(zhuǎn)換功能，滿足了本系統(tǒng)的性能需求。

3.2 傳感器模塊

通過(guò)電壓、電流、火焰、溫濕度等模塊采集變電站的一些重要數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.3 無(wú)線通信主控

通信主控采用的ESP8266模組，利用MQTT協(xié)議將模塊與巡檢機(jī)器人與PC進(jìn)行組網(wǎng)原理框圖如圖1所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的通訊框架以TCP/IP與MQTT協(xié)議為基礎(chǔ)。

MQTT協(xié)議（消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸）是基于TCP/IP協(xié)議棧而構(gòu)建的，因?yàn)镸QTT是一種輕量級(jí)的、靈活的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以它已經(jīng)成為IoT通信的標(biāo)準(zhǔn)。我們使用中國(guó)移動(dòng)Onenet云平臺(tái)作為協(xié)議的Broker，而我們的電站監(jiān)測(cè)裝置、遙控、巡檢機(jī)器人等作為信息發(fā)布者，經(jīng)過(guò)不同的訂閱進(jìn)行數(shù)據(jù)分級(jí)與交換，QT上位機(jī)的訂閱權(quán)限則為最高級(jí)，可以監(jiān)控下位所有信息，收到數(shù)據(jù)后會(huì)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示，以更加直觀的方式呈現(xiàn)到用戶面前。如圖2所示。

考慮到常用組態(tài)軟件在網(wǎng)絡(luò)通信以及實(shí)時(shí)性等方面的局限性，該監(jiān)控系統(tǒng)采用可視化集成開(kāi)發(fā)工具QT5進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

利用基于C++編程語(yǔ)言的QT框架編寫(xiě)上位監(jiān)控軟件，采用DSC分布式控制集中管理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件主要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的集中管控、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、視頻巡查、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。以用螢石云、阿里云、Onenet三大云平臺(tái)進(jìn)行整合集中，融合了云視頻監(jiān)控功能，可進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，使用MQTT遙信消息隊(duì)列傳輸協(xié)議作為整個(gè)系統(tǒng)的核心通訊協(xié)議，并使用阿里云數(shù)據(jù)自動(dòng)儲(chǔ)存、備份數(shù)據(jù)，極大的增加了數(shù)據(jù)的可靠性。界面如圖3所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種智能變電站巡檢系統(tǒng)，綜合運(yùn)用上位機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式、傳感器等技術(shù)，巡檢機(jī)器人可代替或輔助人工完成變電站設(shè)備的巡檢作業(yè)。通過(guò)各傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)以及巡檢機(jī)器人的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和查詢(xún)以及對(duì)數(shù)據(jù)的可視化操作和周?chē)h(huán)境監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)及時(shí)的發(fā)出報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了巡檢機(jī)器人在對(duì)變電站巡檢過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

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