智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用

艾春雨+潘翔+盧玉琴

摘 要：現(xiàn)如今，我國的社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也發(fā)展的越來越迅猛，各行各業(yè)都已經(jīng)逐漸在實(shí)際的生產(chǎn)以及經(jīng)營過程中采用智能機(jī)器人來進(jìn)行實(shí)際運(yùn)作，而智能機(jī)器人的巡檢系統(tǒng)在變電站當(dāng)中的科學(xué)合理應(yīng)用，不僅能夠打破傳統(tǒng)人工巡檢的局限性，而且能夠取得良好的應(yīng)用效果，文章對智能機(jī)器人的巡檢系統(tǒng)在變電站當(dāng)中實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人；巡檢系統(tǒng)；變電站；應(yīng)用

當(dāng)前，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展影響下，各行各業(yè)的智能化已經(jīng)逐漸普遍起來，特別是現(xiàn)代化的一些超高壓、特高壓輸變電系統(tǒng)工程已經(jīng)逐漸向多元化的方向發(fā)展，而對于這些新技術(shù)，傳統(tǒng)的運(yùn)行模式以及維護(hù)操作方法都不能夠滿足其自身的需求，并且傳統(tǒng)的操作方式在面臨當(dāng)前現(xiàn)代化的設(shè)備和操作的時(shí)候，其自身也面臨著相對應(yīng)的挑戰(zhàn)。比如設(shè)備部件的數(shù)量比較多、其中相互交聯(lián)的關(guān)系比較復(fù)雜，而在這種形勢下，如何有效的運(yùn)行高壓電網(wǎng)等等，而利用新型的技術(shù)和方式不僅能夠有效的提高輸電效率，而且能夠減少變電站工作人員對其進(jìn)行維護(hù)的負(fù)擔(dān)，能夠切實(shí)有效的保證設(shè)備的正常安全運(yùn)行。傳統(tǒng)的變電站巡檢方式已經(jīng)逐漸“過時(shí)”，而智能機(jī)器人的巡檢系統(tǒng)應(yīng)用，不僅能夠降低人工巡檢的局限性和誤差，而且能夠通過智能機(jī)器人的一系列技術(shù)，詳細(xì)的對變電站進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和監(jiān)督，從而保證變電站的長期穩(wěn)定發(fā)展。

1 國內(nèi)外變電站巡檢技術(shù)分析

傳統(tǒng)的變電站巡檢一般都是通過人工來完成的，利用工作人員的感官器官以及配備一些比較精密的儀器等等，來對變電設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的檢查和巡視，這種傳統(tǒng)的巡檢方式不僅導(dǎo)致工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度過大，而且對質(zhì)量的檢測很容易出現(xiàn)分散的情況，找不到準(zhǔn)確出現(xiàn)問題的原因。而現(xiàn)如今，在科學(xué)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)社會(huì)不斷發(fā)展的影響下，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微機(jī)監(jiān)控技術(shù)在變電站當(dāng)中越來越被廣泛的利用，特別是巡檢機(jī)器人利用其自身獨(dú)有的系統(tǒng)以及特點(diǎn)，不僅不會(huì)受到天氣以及環(huán)境的一些外在因素影響，而且能夠縮減值班人數(shù)，對其進(jìn)行設(shè)定之后，機(jī)器人就會(huì)自己執(zhí)行巡檢任務(wù)，這樣能夠有效保證設(shè)備的安全運(yùn)行，并且最大限度的減少設(shè)備的事故發(fā)生率。而在變電站當(dāng)中使用的智能機(jī)器人，一般都屬于特種的機(jī)器人，在對其進(jìn)行研究的過程中，可以發(fā)現(xiàn)，國際上對這種特種機(jī)器人已經(jīng)形成了獨(dú)有的研究領(lǐng)域，機(jī)器人在電力系統(tǒng)當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用，主要集中在電力設(shè)備方面，其中包括一些線路、變壓器以及發(fā)電設(shè)備等等，對這些設(shè)備進(jìn)行日常了檢測、維護(hù)以及檢修工作。在對機(jī)器人研究的過程中，不難發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外對機(jī)器人的研究以及實(shí)際投入到使用當(dāng)中的機(jī)器人主要包括變電站的設(shè)備巡檢機(jī)器人、高壓帶電作業(yè)的機(jī)器人、核電站作業(yè)的機(jī)器人等等，而在對其進(jìn)行不斷的探索和研究的過程中，我國的變電站機(jī)器人巡檢已經(jīng)逐漸取得了很有效的研究成果，在變電站的應(yīng)用中也取得了非常良好的效果[1]。

2 變電站巡檢機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及功能

機(jī)器人在實(shí)際的巡檢系統(tǒng)應(yīng)用過程中，一般都是采用分層式的控制結(jié)構(gòu)，主要分成兩層結(jié)構(gòu)，其中包括基站的控制系統(tǒng)層以及移動(dòng)站系統(tǒng)層，其具體如圖1所示。

2.1 基站控制系統(tǒng)層

2.1.1 機(jī)器人遙控。在機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用過程中，可以利用遙控來對機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制，對于機(jī)器人的行駛或者是攝像機(jī)調(diào)焦等一系列的操作，都可以利用機(jī)器人遙控來實(shí)現(xiàn)，主要是利用鍵盤或者是鼠標(biāo)來完成。

2.1.2 自動(dòng)巡視。智能機(jī)器人的巡檢系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)用過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)巡視，操作人員可以設(shè)定相對應(yīng)的巡視時(shí)間，機(jī)器人便會(huì)自動(dòng)的開始巡視任務(wù)，在自動(dòng)巡視的過程中，機(jī)器人主要執(zhí)行的任務(wù)包括自動(dòng)云臺(tái)動(dòng)作、自動(dòng)攝像機(jī)調(diào)焦、自動(dòng)紅外熱像儀的操作以及自主充電和紅外數(shù)據(jù)的采集等等[2]。

2.1.3 實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控。智能機(jī)器人的巡檢系統(tǒng)當(dāng)中可以對可見光攝像機(jī)以及紅外熱像儀進(jìn)行實(shí)時(shí)的視頻顯示，主要是為了能夠更好的配合遙控以及自動(dòng)巡檢的功能，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)操作人員在后臺(tái)對其進(jìn)行巡視和監(jiān)督，方便檢測數(shù)據(jù)的詳細(xì)記錄。

2.1.4 機(jī)器人狀態(tài)信息顯示。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，可以實(shí)時(shí)的對機(jī)器人的內(nèi)部狀態(tài)信息進(jìn)行有效的后臺(tái)顯示和監(jiān)督，能夠通過這些信息的反饋，及時(shí)的了解到機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，不僅能夠方便對機(jī)器人的巡檢控制，而且能夠通過電子地圖上的位置顯示，輕而易舉的找到機(jī)器人的實(shí)際位置所在點(diǎn)。

2.1.5 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與分析。在機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)行過程中，通過電子地圖信息、任務(wù)管理信息以及工作系統(tǒng)當(dāng)中的信息等等，詳細(xì)的數(shù)據(jù)都記錄在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的一些巡視進(jìn)行詳細(xì)的記錄和數(shù)據(jù)分析，這樣不僅能夠方便日后的查詢，而且能夠?qū)θ蘸蟮臄?shù)據(jù)分析提供良好的支持。

2.1.6 設(shè)備歷史溫度分析。在變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，設(shè)備的歷史溫度變化趨勢能夠發(fā)生一定的變化，可以與其他同類型的機(jī)器人進(jìn)行溫度的比較，特別是對于設(shè)備的負(fù)荷或者是設(shè)備的溫度等等，都能夠?qū)ζ溥M(jìn)行詳細(xì)的分析，為日后的設(shè)備檢修和維護(hù)提供一定的數(shù)據(jù)支持。

2.2 移動(dòng)站系統(tǒng)層

2.2.1 主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在智能機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用過程中，少不了主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程度主要是采用WinCE嵌入式對其實(shí)時(shí)全方位、多功能的操作，由C++面向?qū)ο髞磉M(jìn)行語言的開發(fā)編程，其自身的主要目的是為了能夠負(fù)責(zé)導(dǎo)航的定位信息的采集以及處理等等。而在實(shí)際的操作過程中，根據(jù)監(jiān)控主站下達(dá)的控制命令，不僅能夠?qū)C(jī)器人的詳細(xì)運(yùn)動(dòng)軌跡形成一種良好的控制，而且能夠有效的控制和檢測機(jī)器人的傳感器，這樣能夠方便其自身對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測、采集以及上傳等等，并且能夠?qū)C(jī)器人自身的狀態(tài)信息也一并上傳記錄[3]。

2.2.2 導(dǎo)航定位系統(tǒng)。導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要是由導(dǎo)航傳感器和定位傳感器兩個(gè)部分兩組成的，導(dǎo)航傳感器主要是磁導(dǎo)航傳感器，能夠切實(shí)有效的跟蹤地面之前鋪設(shè)的相關(guān)磁導(dǎo)航運(yùn)行軌跡，來最終實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的定位；而定位傳感器主要是采用RFID的定位傳感器來進(jìn)行實(shí)際的操作，能夠切實(shí)有效的為機(jī)器人提供定位、?？恳约捌渌奈恢眯畔?。

2.2.3 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是移動(dòng)站系統(tǒng)層當(dāng)中必不可少的一部分，可以直接對機(jī)器人的行駛機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及運(yùn)動(dòng)控制器等等設(shè)備形成切實(shí)有效的控制，從而掌握和實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。

2.2.4 動(dòng)力系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)主要包括電池、電源管理器等等，主要是為了能夠長久的為機(jī)器人提供能夠運(yùn)行的基礎(chǔ)能力，而動(dòng)力系統(tǒng)主要是為了能夠?qū)崿F(xiàn)電池的合理分配和管理等等。

2.2.5 檢測采集系統(tǒng)。在移動(dòng)站系統(tǒng)層當(dāng)中的檢測采集系統(tǒng)主要是為了能夠給攝像機(jī)或者是紅外熱像儀等設(shè)備提供一定的數(shù)據(jù)采集以及傳輸，而在實(shí)際的操作過程中，通過基站系統(tǒng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及移動(dòng)站系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)，兩者之間相互配合和協(xié)調(diào)，能夠?qū)υ婆_(tái)、攝像機(jī)等等設(shè)備進(jìn)行實(shí)際的控制，從而實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集和傳輸?shù)鹊萚4]。

3 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

為了能夠從根本上促進(jìn)電力系統(tǒng)變電站的巡檢工作，從根本上減輕工作人員的工作壓力，現(xiàn)如今，不僅越來越多的嘗試?yán)弥悄軝C(jī)器人來實(shí)行巡檢的工作，而且相配和的融入了一些全新的技術(shù)，相互配合，能夠最大限度的保證變電站的巡檢工作取得最大的成效。

3.1 三維電子地圖技術(shù)

在智能機(jī)器人的巡檢系統(tǒng)應(yīng)用過程中，還融入了其他的全新技術(shù)來配合使用，利用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠?qū)ψ冸娬具M(jìn)行實(shí)際規(guī)模的建造，三維電子地圖技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效的代替二維平面地圖的局限性，不僅能夠讓后臺(tái)操作人員有身臨其境的感覺，而且能夠更加確切的對巡檢的位置加以確定，其實(shí)際的應(yīng)用效果如圖2所示。

3.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線分析技術(shù)

在實(shí)際的操作過程中，設(shè)備的溫度會(huì)在其自身的負(fù)荷變化下而產(chǎn)生相對應(yīng)的變化和影響，單純的溫度變化趨勢不僅不能夠切實(shí)有效的體現(xiàn)設(shè)備由于老化或者是一些缺陷的問題，而如果與設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷有一定的關(guān)聯(lián)，則需要通過兩跳曲線的變化來對其進(jìn)行詳細(xì)的分析，這樣就能夠明顯的對其進(jìn)行深入的判斷，判斷是否是負(fù)荷的變化從而引起溫度的變化，或者是由于設(shè)備自身的老化或者是設(shè)備的一些缺陷問題而造成的。所以在機(jī)器人的實(shí)際巡檢過程中，其自身巡檢測溫報(bào)告，要與變電站的運(yùn)行管理MIS系統(tǒng)進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián)，這樣能夠在保證機(jī)器人的實(shí)際巡檢過程中，通過便點(diǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)，能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異?，F(xiàn)象以及實(shí)現(xiàn)查詢功能的最大化作用等等，這樣能夠從根本上提高巡檢數(shù)據(jù)的質(zhì)量和水平，從而有效的提高變電站的整體巡檢管理水平。

3.3 模式識(shí)別技術(shù)

在實(shí)際的操作過程中，機(jī)器人不可能實(shí)現(xiàn)每一次都準(zhǔn)確無誤的對準(zhǔn)目標(biāo)，而能夠造成這種現(xiàn)象的原因有很多，其中包括運(yùn)動(dòng)控制的精度、導(dǎo)航?？烤鹊南拗频鹊?；不僅如此，由于觀測距離的不同，導(dǎo)致在實(shí)際的檢測過程中，一次檢測可能會(huì)檢測到多個(gè)設(shè)備，對于檢測結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生直接的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。而在這種形勢下，通過模式識(shí)別的算法，在配合機(jī)器人的檢測位置，不僅能夠有效的對目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行分辨和定位，而且能夠從根本上保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可用性，這樣能夠方便及時(shí)的對設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況提供良好的數(shù)據(jù)支持和信息支持。

4 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1 優(yōu)點(diǎn)

在智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在變電站的實(shí)際應(yīng)用之后，特別是在一些高溫或者是特殊雷雨天氣，巡視任務(wù)尤其的復(fù)雜和繁重，而利用智能機(jī)器人不僅能夠最大限度的減輕巡視人員自身的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能夠讓其在比較惡劣的天氣代替人工來進(jìn)行和完成巡視巡檢的工作。另外，電力系統(tǒng)設(shè)備的缺陷檢修以及設(shè)備的日常檢查等等，現(xiàn)如今仍然采用的是人工化的巡檢方式，對一些能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)安全產(chǎn)生影響的因素，其中包括一些電力線路的缺陷、斷路器的氣體泄露等等，都需要巡檢人員進(jìn)行詳細(xì)的檢查并且進(jìn)行主觀的描述和記錄，而由于檢測人員的變化導(dǎo)致記錄的方式和語言也大有不同，對故障的實(shí)際分類以及分析都造成了一定的阻礙影響，而采用機(jī)器人來對其進(jìn)行巡檢，就能夠切實(shí)有效的實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)處理和分析方式，從而提升變電站的整體巡檢水平。

4.2 缺點(diǎn)

變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，還仍然存在很多需要深入研究和開發(fā)的地方，特別是在導(dǎo)航的方式上，雖然當(dāng)前大多數(shù)都會(huì)采用磁軌道導(dǎo)航，但是這樣就會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人的巡檢路徑被規(guī)劃，限制了機(jī)器人的巡檢軌跡，導(dǎo)致實(shí)際的被檢測目標(biāo)沒有辦法對其進(jìn)行全面有效的檢測。機(jī)器人的巡檢系統(tǒng)在開發(fā)應(yīng)用的過程中，需要不斷的探索一種全新的方式，能夠?yàn)樽冸娬咎峁┮欢ǖ脑O(shè)備運(yùn)行和維護(hù)方式，這樣不僅能夠有效的減輕運(yùn)行人員自身的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能夠有效的代替人工巡檢來進(jìn)行巡檢任務(wù)，所以智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用仍然還有許多方面有待開發(fā)。

5 結(jié)束語

電力系統(tǒng)不僅其自身的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且其自身的安全合理運(yùn)行能夠直接對人們的日常生活產(chǎn)生一定影響，所以在這種形勢下，智能機(jī)器人的應(yīng)用，不僅能夠優(yōu)化傳統(tǒng)的變電站巡檢任務(wù)，而且能夠利用現(xiàn)代技術(shù)對實(shí)際的設(shè)備以及現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)的檢測和控制，機(jī)器人的合理應(yīng)用，能夠最大限度的減少人為勞動(dòng)力，而且能夠?qū)崿F(xiàn)變電站巡檢任務(wù)的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：艾春雨（1976-），男，河南許昌，本科，許繼電氣股份有限公司，工程師。