基于人工智能的配電室設備自動巡檢系統(tǒng)的研究

華能國際電力股份有限公司玉環(huán)電廠 謝 勇 酈忠偉 鐘天翔 王 雷

隨著自動化技術、紅外感應技術的發(fā)展，機器代替人力儼然已是新時代的潮流，智能化控制亦是更上一層樓。由于機器人技術的廣泛應用、互聯網技術的快速發(fā)展，人工智能將會更充分應用于生活中的各個場景。1954年美國戴沃爾發(fā)明了世界第一臺機器人、同時發(fā)表了《適用于重復作業(yè)的通用性工業(yè)機器人》一文并獲得美國專利。從1997年電腦“深藍”戰(zhàn)勝國際象棋世界國軍，到2016年谷歌公司研發(fā)的AlphaGo在圍棋人機大戰(zhàn)中戰(zhàn)勝了韓國棋手李世石，世界為之震驚，同時也掀起了人工智能的狂潮。近年來我國的人工智能技術和地位同樣步步高升，國務院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)化》更是將人工智能技術放在了國家發(fā)展的重要位置。

1 配電室全自動巡檢系統(tǒng)構架

基于人工智能的配電室全自動巡檢系統(tǒng)設計，結合巡檢機器人系統(tǒng)、門禁控制器系統(tǒng)和服務器控制系統(tǒng)構成網絡通信系統(tǒng)。服務器利用小型基站提供無線網絡供巡檢機器人系統(tǒng)和門禁控制器系統(tǒng)使用，并通過內部協(xié)議進行控制門禁控制器系統(tǒng)和巡檢機器人系統(tǒng)。服務器根據機器人的位置，遠程控制門禁控制器配合機器人進行配電室巡檢，巡檢機器人遵循算法巡檢，實時上傳巡檢圖像和視頻至服務器。工作人員只需觀察服務器處理的結果即可。配電室全自動巡檢系統(tǒng)在無人值守的配電室中應用廣泛，很大程度上降低了工作危險性，同時節(jié)省了緊急事務處理時間，使配電室巡檢更加安全可靠。

1.1 服務器控制系統(tǒng)、巡檢機器人系統(tǒng)構成

服務器控制系統(tǒng)是由計算機和小型基站構成。主要負責人機間的交互、對操作人員協(xié)議的辨識和發(fā)送協(xié)議指令至巡檢機器人系統(tǒng)及門禁控制系統(tǒng)。計算機內有緊急處理模塊、巡檢算法模塊、地圖數據模塊、協(xié)議指令模塊和圖像識別模塊（圖1）。在機器人巡檢時，計算機處理并將數據通過小型基站的網絡下發(fā)至巡檢機器人系統(tǒng)和門禁控制系統(tǒng)，實現了緊急事件高效率處理；巡檢機器人內置視頻采集裝置和定位檢測裝置。巡檢機器人系統(tǒng)和服務器系統(tǒng)通過WIFI構成網絡通信鏈路。巡檢機器人可將巡檢時拍攝的圖片及視頻通過WIFI回傳給服務器系統(tǒng)，同時會實時上報定位信息至服務器[1]。巡檢機器人的CPU控制包含了巡檢路線算法，機器人遵循算法巡檢（圖2）。

圖1 服務器控制系統(tǒng)構成

圖2 巡檢機器人系統(tǒng)構成圖

1.2 自動巡檢系統(tǒng)構成

巡檢機器人由機身、行進輪、手臂和電機組成。負責以多種特定的巡檢模式對配電室設備巡檢?？梢姽鈹z像機負責識別配電室內柜體表面狀態(tài)指示燈和開關刀閘。拾音器負責識別配電室設備運行時是否存在故障聲音。局放檢測設備負責識別室內設備是否存在局部放電的現象。三個識別設備可將采集的數據通過網線或光纖回傳至監(jiān)測平臺。遠端監(jiān)測平臺負責對回傳的數據實時監(jiān)控。網線或光纖為巡檢機器人和回傳數據提供網絡通道。巡檢機器人內置單片機控制系統(tǒng)，是由單片機MCU、數模轉換器和機器人電機組成。單片機MCU負責巡檢機器人巡檢模式的切換和巡檢路線的設定。數模轉換器負責將單片機MCU輸出的數字信號轉換成模擬信號并應用到機器人電機中，機器人電機負責機器人整體運行[2]。

1.3 機器人的巡檢流程

如圖3所示，配電室定點區(qū)域①全面巡檢業(yè)務。遠端監(jiān)測平臺界面設置機器人為全面巡檢模式，并對區(qū)域①進行全面巡檢及設備狀態(tài)指示燈識別。單片機控制系統(tǒng)解析監(jiān)測平臺指令，其單片機MCU的9引腳輸出全面巡檢信號到數模轉換器控制電機運轉，巡檢機器人遵循單片機設定的路線進入巡檢區(qū)域，監(jiān)測平臺界面可控制機器人手臂伸縮和轉動，通過其配置的可見光攝像機對設備柜體表面進行圖像采集，并通過網線或光纖回傳至監(jiān)測平臺[3]，平臺可根據指示燈狀態(tài)查看設備運行是否異常。

圖3 機器人巡檢流程圖

配電室定點區(qū)域②定點檢測業(yè)務。遠端監(jiān)測平臺界面設置機器人為定點檢測模式，并對區(qū)域②進行定點檢測及超聲波局部放電檢測。單片機控制系統(tǒng)解析監(jiān)測平臺指令，其單片機MCU的10引腳輸出定點檢測信號到數模轉換器控制電機運轉，巡檢機器人遵循單片機設定的路線進入巡檢區(qū)域，監(jiān)測平臺界面可控制機器人手臂下拉和前伸幅度，放置局放檢測設備于待檢測設備處。此時局放檢測設備采集到的信息通過網線或光纖回傳至監(jiān)測平臺，平臺可實時監(jiān)控配電室內是否存在局部放電情況[4]。

配電室定點區(qū)域③手動檢測業(yè)務。遠端監(jiān)測平臺界面設置機器人為手動檢測模式，并對區(qū)域③進行手動檢測及開關刀閘狀態(tài)識別。單片機控制系統(tǒng)解析監(jiān)測平臺指令，其單片機MCU的11引腳輸出手動檢測信號到數模轉換器，控制電機運轉，巡檢機器人遵循單片機設定的路線進入巡檢區(qū)域，監(jiān)測平臺界面可控制機器人機器人手臂的前伸幅度和轉動角度，操作手柄打開開關刀閘柜，同時控制攝像機探頭前伸，采集刀閘狀態(tài)并將采集到的信息通過網線或光纖回傳至監(jiān)測平臺，平臺可實時查看開關刀閘狀態(tài)詳情。

配電室定點區(qū)域④定制巡檢業(yè)務。遠端監(jiān)測平臺界面設置機器人為定制巡檢模式，并對區(qū)域④進行定制巡檢及儀表設備數據讀取。單片機控制系統(tǒng)解析監(jiān)測平臺指令，其單片機MCU的12引腳輸出定制巡檢信號到數模轉換器控制電機運轉，巡檢機器人遵循單片機設定的路線進入巡檢區(qū)域，監(jiān)測平臺界面可控制機器人手臂前伸和旋轉，操作手刀打開儀表設備上蓋，同時控制攝像機探頭前伸，采集儀表設備數據并通過網線或光纖回傳至監(jiān)測平臺[5]，平臺可實時查看儀表設備數據詳情。

2 配電室全自動巡檢系統(tǒng)應用情況

依據全自動巡檢設計原理和機器人自動巡檢路線算法，配電室全自動巡檢系統(tǒng)在某配電室成功應用。該系統(tǒng)已實現配電室冷卻機組系統(tǒng)檢測、發(fā)電設備和輔助設備檢測的功能。操作人員可在遠端服務器查看巡檢回傳的視頻和圖像，提高了工作效率并降低了配電室風險。

2.1 配電設備系統(tǒng)檢測實例

冷卻系統(tǒng)是配電室設備穩(wěn)定運行重要的輔助系統(tǒng)。巡檢系統(tǒng)檢測冷卻機組是否有以下異常情況：風冷設備漏水；溫度超過合理范圍；機組震動有雜音或轉子轉速異常；基礎設備破損等故障。由于冷卻機組設備數量繁多且分散在配電室各個地方，單純地依靠操作人員去檢測設備和統(tǒng)計數據會導致工作量龐大和工作效率低下，為此系統(tǒng)設計了冷卻機組監(jiān)測，在高效率檢測設備異常的同時發(fā)出緊急情況預警和異常情況緊急上報[6]。下面以配電室冷卻機組實例進行分析其巡檢過程。

配電室冷卻機組電機轉子以2極電機為例，對其性能檢測，標準轉速為3000轉，巡檢系統(tǒng)以每十分鐘轉子的平均轉速為一個時間間隔t，巡檢測得的實際轉速和理想轉速合理誤差范圍應在3%以內。超過3%機器人將發(fā)出預警，拍攝實情并處理上報至服務器系統(tǒng)。機器人會將拍攝的圖片和視頻發(fā)送給服務器系統(tǒng)進行圖像分析和語音識別，服務器下發(fā)指令，確認冷卻機組設備無損壞、漏水情況和設備震動雜音。機器人內置紅外探測儀用來感知和分析溫度是否異常，一旦發(fā)現異常立即預警上報處理。

2.2 實驗結果分析

經驗證本系統(tǒng)已經初步實現了配電室實時監(jiān)控、緊急事件上報、配電室實時圖像回傳、配電室鍋爐燃料檢測、冷卻機組系統(tǒng)檢測、發(fā)電設備和輔助設備檢測的功能。在無人值自動開啟守的配電室中，機器人依照算法進行自動巡檢，實時上傳倉庫視頻圖像至服務器端，操作人員只需在遠端觀看視頻和圖像即可。

智能巡檢與人工巡檢的人員需求、工作時長、時間處理耗時分別為0/3～4個、24/12小時、5～10/＞30分鐘、平均遇險次數分別為0/30次/每天及1/30次/每天?？梢娕c傳統(tǒng)的巡檢方式相比，人工智能配電室全自動巡檢對操作人員的需求量和成本較小，同時可以二十四小時不間斷地工作，在緊急事故處理中更為迅速，智能機器人取代人工巡檢更是讓危險性降至最低。

綜上，隨著人工智能與現代生活的關聯愈加密切，人工智能在生活中的應用將會愈加廣泛。傳統(tǒng)的倉庫巡檢十分費時且不能保證檢查人員的生命安全，與之相比本設計能時刻關注倉庫內實情，以及迅速地對突發(fā)狀況做出相應措施，同時避免了員工倉庫巡檢時發(fā)生意外。本文結合網絡控制和自動化的技術，以機器人自動巡檢代替人工巡檢，解決了傳統(tǒng)倉庫巡檢的費時性、優(yōu)化了巡檢方法及提高了巡檢系統(tǒng)的安全性。隨著配電室設備的增加及面積的擴大，為更加精準無誤的巡檢，在巡檢算法路線和損耗時間上有待深入研究，這將是下一步的重點研究方向。