基于智能軌道的閥廳巡檢機器人系統(tǒng)的開發(fā)與設計

吳威 柏彬 王朋

摘 要： 為了解決傳統(tǒng)的閥廳人工巡檢方式所存在的效率低下，巡檢覆蓋率與及時性等無法得到保證的問題，開發(fā)設計了基于智能軌道的閥廳巡檢機器人系統(tǒng)。采用筆者公司獨家研制的一款智能軌道行走式掛載系統(tǒng)，并掛載音視頻采集設備、影音播放設備、自動化機電設備等，構(gòu)成智能機器人巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)定時巡檢、觸發(fā)巡檢、報警聯(lián)動巡檢等功能。結(jié)果表明，所開發(fā)系統(tǒng)有效地解決了人工巡檢的局限性，降低了變電站危險區(qū)域人工巡檢存在的安全隱患，且提高了變電站運行設備巡檢效率。

關(guān)鍵詞： 智能軌道； 閥廳； 巡檢機器人系統(tǒng)； 行走式掛載系統(tǒng)； 觸發(fā)巡檢； 變電站

中圖分類號： TN830.1?34； TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）08?0129?03

Abstract： To resolve the low efficiency problem of the traditional manual valve hall inspection mode and the problem that the inspection coverage rate and timeliness cannot be guaranteed， a valve hall inspection robot system based on intelligent track is developed and designed. A smart track walking mount system exclusively developed by Jiangsu Electric Power Company is adopted， and the audio?video acquisition device， audio?video playback device， automated mechanical and electrical device， and other devices are mounted to constitute the smart robot inspection system and realize functions such as regular inspection， trigger inspection， and alarm linkage inspection. The results show that the developed system can effectively resolve the limitation of manual inspection， reduce the hidden danger of manual inspection in dangerous areas of the transformer substation， and improve the inspection efficiency of the transformer substation′s running equipment.

Keywords： intelligent track； valve hall； inspection robot system； walking mount system； trigger inspection； transformer substation

0 引 言

閥廳是一種封閉式建筑，被用于放置變電站進行直流輸電過程中所用到的電力設備，其包括換流閥、套管、冷卻裝置等。而換流閥充當著將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的角色，是直流輸電過程中的核心設備，其運行的穩(wěn)定將決定著直流輸電的穩(wěn)定性。換流閥主要由晶閘管等元件組成，其在運行過程中會消耗電能而產(chǎn)生大量熱量。過高的溫度會影響換流閥的工作狀態(tài)，因此需要對其進行定時巡檢以確保冷卻裝置運行正常，從而使換流閥處于正常溫度下[1?2]。

傳統(tǒng)的人工巡檢方式不僅耗費大量的人力，同時工作效率低下，巡檢覆蓋率與及時性等也均無法得到保證[3?4]。為此，本文開發(fā)設計了基于智能軌道的閥廳巡檢機器人系統(tǒng)，其采用本公司獨家研制的一款智能軌道行走式掛載系統(tǒng)，并掛載音視頻采集設備、影音播放設備、自動化機電設備等，構(gòu)成智能機器人巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)定時巡檢、觸發(fā)巡檢、報警聯(lián)動巡檢等功能。從而有效解決了人工巡檢的局限性，降低了變電站危險區(qū)域人工巡檢存在的安全隱患，提高了變電站運行設備巡檢效率。

1 系統(tǒng)設計

智能軌道式巡檢機器人系統(tǒng)通過智能軌道行走式掛載系統(tǒng)，可以掛載音視頻采集設備、影音播放及采集設備、溫濕度采集設備、自動化機電設備等，并通過普通可見光相機實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控與圖像采集，以及紅外熱成像相機實現(xiàn)設備紅外熱分析和熱圖采集。同時將采集的圖像數(shù)據(jù)通過云臺全天候?qū)崟r傳輸?shù)胶笈_電腦，運維人員只需在監(jiān)控中心即可實時監(jiān)控變電站設備運行狀況[5?8]。

1.1 系統(tǒng)硬件設計

本文所開發(fā)的巡檢機器人系統(tǒng)主要由控制中心，通信組件、供電模塊、電機驅(qū)動電路、升降機器以及軌道機等組成，通過掛載各類攝像機和拾音器實現(xiàn)音視頻采集，進行數(shù)字或模擬傳輸給監(jiān)控中心后臺。系統(tǒng)支持TCP/IP或RS 485協(xié)議，可編程實現(xiàn)設備的在線控制功能。系統(tǒng)組成如圖1所示。

控制中心為整個系統(tǒng)的核心部分，承擔著對整個系統(tǒng)的運行控制。其主要由嵌入式CPU以及通信、DSP處理器等組成。電機驅(qū)動模塊以電機工作形式可分為步進電機驅(qū)動電路和直流電機驅(qū)動電路，能夠控制電機的水平移動以及垂直升降移動。其中，包括控制電機的正反轉(zhuǎn)動，電機的轉(zhuǎn)動速度以及轉(zhuǎn)動角度等。軌道機主要負責巡檢機器人的軌道運行，其通過軌道總成來實現(xiàn)直線或拐彎運行，同時實現(xiàn)無線供電與數(shù)據(jù)傳輸功能；升降機用于實現(xiàn)掛載設備的垂直升降移動，從而使巡檢機器人能夠?qū)崿F(xiàn)更大范圍以及更高精度的定位服務；通信模塊為系統(tǒng)提供無線和有線通信接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有線傳輸與無線傳輸。

電源模塊是整個巡檢機器人系統(tǒng)的供電單元，其為系統(tǒng)中的設備以及掛載系統(tǒng)提供電力支持?？梢愿鶕?jù)不同的需求提供不同的電源輸出格式，如AC 220 V，AC 48 V，AC 24 V，DC 24 V，DC 18 V，DC 12 V等；云臺軌道機（智能軌道攝像機/監(jiān)控攝像軌道車）對傳統(tǒng)的水平移動組合隨行電纜結(jié)構(gòu)（拖纜式小車）進行了必要的改革。采用先進的直線滑環(huán)技術(shù)和雙觸點集電技術(shù)，有效地消除了傳輸?shù)綦姮F(xiàn)象。系統(tǒng)實物如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件用于與巡檢機器人的通信，實現(xiàn)人機交互。一方面用于接收工作人員發(fā)出的各種指令并控制巡檢機器人進行相應的操作，另一方面接收巡檢機器人攝像頭發(fā)送的監(jiān)控畫面以及其他傳感器的數(shù)據(jù)并在顯示屏上顯示。系統(tǒng)軟件主要分為系統(tǒng)設置、數(shù)據(jù)分析管理、運動控制以及巡檢配置模塊，如圖3所示。

該系統(tǒng)設計采用MVC分層結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)分為模型（Model），視圖 （View） 以及控制器 （Controller） 三個層次。模型用于處理應用程序的數(shù)據(jù)邏輯；視圖用于應用程序中數(shù)據(jù)處理的顯示；控制器用于數(shù)據(jù)的讀取與處理。三個層次之間互相獨立，開發(fā)人員能夠根據(jù)需求分別對不同的層次進行更改，使系統(tǒng)具備極大的可擴展性。其次，MVC結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)能夠擴展平臺運行，具備較強的可移植性。該系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2 系統(tǒng)測試

本文以蘇州UPFC為例對所開發(fā)的智能軌道閥廳巡檢機器人系統(tǒng)進行測試。蘇州UPFC對閥廳內(nèi)功能區(qū)域及設備布置進行了優(yōu)化，閥塔采用三相分體環(huán)抱式結(jié)構(gòu)，三組閥塔間取消了防火隔墻，如圖5所示。可以在設備外圍搭建軌道布置巡檢機器人系統(tǒng)，軌道如圖5中紅線所示，實物圖如圖6所示。

系統(tǒng)軟件界面如圖7所示。界面上方是參數(shù)設置界面，能夠選擇不同的閥廳以及不同的監(jiān)測點進行查看，以及普光攝像頭的光圈調(diào)整和紅外熱像儀的遠近焦調(diào)整。云臺控制能夠通過界面左上角的云臺運動控制模塊完成，也能通過云臺控制器來完成，如圖7中云臺控制器界面所示。

頁面下方能選擇特定的監(jiān)測點進行監(jiān)控，頁面左邊為紅外熱像儀監(jiān)控畫面，其能夠顯示設備的紅外成像頁面。從而直觀顯示設備的溫度狀況，便于控制人員判斷設備是否處于正常工作溫度范圍內(nèi)。頁面右邊為實時監(jiān)控畫面，能夠?qū)υO備進行實時監(jiān)控。點擊左邊的紅外熱像儀監(jiān)控畫面，進入紅外視頻流捕捉畫面，如圖8所示。

頁面右邊顯示設備的實時溫度參數(shù)，包括設備局部最高溫度和最低溫度等，并能夠設定最高溫度限定。當設備溫度超過所設定的最高溫時，能夠發(fā)出報警，提醒工作人員對設備進行相應的降溫處理。經(jīng)過一段時間的運行，測試結(jié)果顯示本系統(tǒng)能夠長時間穩(wěn)定運行，并能較好地實現(xiàn)實時監(jiān)控、設備溫度監(jiān)測以及閥廳的自動化巡檢。

3 結(jié) 語

本文開發(fā)設計了基于智能軌道的閥廳巡檢機器人系統(tǒng)。其采用本公司獨家研制的一款智能軌道行走式掛載系統(tǒng)，并掛載音視頻采集設備、影音播放設備、自動化機電設備等，構(gòu)成智能機器人巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)定時巡檢、觸發(fā)巡檢、報警聯(lián)動巡檢等功能。有效地解決了人工巡檢的局限性，降低了變電站危險區(qū)域人工巡檢存在的安全隱患，并提高了變電站運行設備巡檢效率。經(jīng)一段時間的運行，測試結(jié)果顯示本系統(tǒng)能長時間穩(wěn)定運行，并可較好地實現(xiàn)實時監(jiān)控、設備溫度的監(jiān)測和閥廳的自動化巡檢。

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