配電室巡檢機(jī)器人室內(nèi)掛軌式巡檢機(jī)器人解決方案

石初 楊開九 吉小亮 楊春江

摘 要：文章闡述了一種室內(nèi)配電室掛軌式巡檢機(jī)器人解決方案，該方案有效提高了巡檢效率，可以大力解決配網(wǎng)范圍廣、設(shè)備多、人手不足等難題，是一套智能配電房綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠清楚展示配電房在線監(jiān)測情況，包括綜合環(huán)境、綜合電氣、設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控等。

關(guān)鍵詞：配電;機(jī)器人;巡檢;自動(dòng)化

1 ? 公司需求分析

韓泰輪胎有限公司車間配電房共有31個(gè)，主變2個(gè)，且在地域上分布非常分散，導(dǎo)致對配電房的巡檢工作量急劇增加。傳統(tǒng)配電室的日常巡檢工作以人工為主，通過固定的監(jiān)控檢測設(shè)備和手持式檢測設(shè)備進(jìn)行輔助巡檢。目前傳統(tǒng)巡檢方式存在很多問題，主要有以下幾點(diǎn)。

1.1 ?巡檢工作量大

配電房、IDC、繼保室、開關(guān)室等數(shù)量巨大，巡檢內(nèi)容多，人員巡檢難以按照實(shí)際業(yè)務(wù)需求全面覆蓋。

1.2 ?缺少提前預(yù)測

由于缺少提前預(yù)測功能，相關(guān)值守人員只能在異常發(fā)生之后進(jìn)行“事后響應(yīng)”，無法提前進(jìn)行預(yù)警和避免事故的發(fā)生。

1.3 ?缺乏統(tǒng)一調(diào)度

現(xiàn)場監(jiān)測未聯(lián)網(wǎng)，大量現(xiàn)場設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)未整合，缺乏一個(gè)統(tǒng)一的調(diào)度單元。

1.4 ?工作安全隱患

人員對現(xiàn)場環(huán)境感知度差，在巡檢過程中，無法預(yù)測有毒有害氣體，一些輻射場所也有可能對人體產(chǎn)生重大影響。

2 ? 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

室內(nèi)掛軌式巡檢機(jī)器人系統(tǒng)以巡檢機(jī)器人為核心，集移動(dòng)視頻巡檢、紅外測溫、環(huán)境監(jiān)控、數(shù)據(jù)智能分析等功能于一體，實(shí)現(xiàn)對巡檢區(qū)域設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析管理。巡檢機(jī)器人的配置為巡檢機(jī)器人本體、智能終端監(jiān)控軟件、軌道及其他輔助設(shè)施[1] 。

2.1 ?后臺(tái)管理系統(tǒng)

2.1.1 本地監(jiān)控后臺(tái)

本地監(jiān)控后臺(tái)作為巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的中心，主要由實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊、報(bào)表系統(tǒng)、地圖編輯模塊、任務(wù)管理模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊和系統(tǒng)集成模塊等組成;除了能控制機(jī)器人執(zhí)行相關(guān)巡邏任務(wù)外，還應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、統(tǒng)計(jì)、檢索、報(bào)表、智能分析等多種功能。

2.1.2 ?遠(yuǎn)程集控后臺(tái)

多個(gè)本地監(jiān)控后臺(tái)，對多個(gè)管道智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行控制及相關(guān)數(shù)據(jù)分析，對所轄管道進(jìn)行更高層次的綜合控制和管理。

（1）軌道系統(tǒng)：掛軌機(jī)器人采用自動(dòng)行走的懸掛軌道式設(shè)計(jì)，軌道豎向尺寸小，整體安裝尺寸需求空間小，在滿足機(jī)器人順暢通行的前提下，增加了耐磨性。

（2）通信系統(tǒng)：掛軌機(jī)器人采用PLC通信系統(tǒng)（兼容無線WiFi）與整套控制系統(tǒng)通信。通信系統(tǒng)為機(jī)器人提供不小于50 Mbps有效網(wǎng)絡(luò)帶寬，可以保證巡檢機(jī)器人系統(tǒng)所有的控制信號、視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)及報(bào)警信息等各類數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠傳輸。

（3）供電系統(tǒng)：掛軌機(jī)器人采用滑觸線的方式進(jìn)行取電，滑觸線安裝在鋁型材軌道上，供電系統(tǒng)直接從主電氣室取電，機(jī)器人供電模塊采用濾波技術(shù)，濾除外界電網(wǎng)的高頻脈沖對電源的干擾，使機(jī)器人獲得穩(wěn)定的電源。

（4）導(dǎo)航定位方式：掛軌機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中通過激光條碼掃描、伺服電機(jī)里程碼盤（脈沖）和RFID結(jié)合的方式進(jìn)行定位和路徑校核，RFID定位輔助糾錯(cuò)系統(tǒng)，能夠?qū)⑹覂?nèi)定位精度提高到3 cm以內(nèi)[2]，保證智能巡檢機(jī)器人和遠(yuǎn)程中心可以實(shí)時(shí)了解機(jī)器人的位置信息。

2.2 ?方案舉例 （以韓泰輪胎 11PS 配電房為例）

2.2.1 ?硬件配置

在配電房布置1套掛軌式智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)。配電房現(xiàn)場地面距房頂距離6 791 mm，因?qū)痈咻^高，采用現(xiàn)場加裝龍門架作為軌道的支撐，現(xiàn)場采用軌道巡檢路徑。

變電站巡檢機(jī)器人具有電機(jī)驅(qū)控制系統(tǒng)、云臺(tái)導(dǎo)航定位避障模塊可見光攝像機(jī)、紅外熱成儀、視頻服務(wù)器音編解碼工業(yè)無線等基本硬件功能模塊[3]，此外增加了環(huán)境監(jiān)測模塊、應(yīng)急廣播及聲光告警模塊。

掛軌式巡檢機(jī)器人配置具體包括：LED補(bǔ)光燈、可見光攝像機(jī)、防撞雷達(dá)、熱成像儀、環(huán)境檢測模塊、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)（雙臂型，支持垂直±90°旋轉(zhuǎn)）、揚(yáng)聲器、交互觸摸屏、狀態(tài)燈、云臺(tái)（支持云臺(tái)水平360°旋轉(zhuǎn)）。

2.2.2 ?軟件配置

（1）視頻識別。掛軌機(jī)器人視頻識別是室內(nèi)掛軌式巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的核心功能之一，通過機(jī)器人自身攜帶的可見光攝像機(jī)，完成視頻圖像的數(shù)據(jù)采集，通過高精度圖像識別算法，對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理，識別視頻內(nèi)容。

（2）紅外測溫。掛軌機(jī)器人利用自身攜帶的紅外熱成像儀對室內(nèi)電力設(shè)備溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，進(jìn)而診斷出致熱型設(shè)備故障及熱缺陷，觸發(fā)相應(yīng)報(bào)警。巡檢任務(wù)執(zhí)行完成后會(huì)自動(dòng)生成任務(wù)報(bào)表，對設(shè)備溫度進(jìn)行有效的診斷。

（3）環(huán)境檢測。掛軌機(jī)器人攜帶的環(huán)境監(jiān)測模塊，能夠監(jiān)測環(huán)境中的有害氣體、溫度、濕度、煙霧等環(huán)境信息。實(shí)時(shí)將采集的環(huán)境信息傳輸?shù)娇刂浦行?，?dāng)監(jiān)測到有害氣體超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警，以提示運(yùn)維人員及時(shí)處理。

（4）音頻采集。掛軌機(jī)器人本體搭載高靈敏度的拾音器，并隨云臺(tái)一同轉(zhuǎn)動(dòng)，定向采集電力設(shè)備的音頻信息。機(jī)器人采用國際領(lǐng)先的音頻降噪算法和聲音識別技術(shù)，增強(qiáng)音頻信息識別的準(zhǔn)確性和可靠性。音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件壓縮后傳回服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，可雙向語音通話。

（5）任務(wù)管理。在監(jiān)控平臺(tái)中，將任務(wù)管理分成全面巡檢、例行巡檢、專項(xiàng)巡檢、特殊巡檢、自定義任務(wù)、地圖選點(diǎn)以及任務(wù)展示7大模塊，每個(gè)大模塊又拆分為不同的小模塊，可以根據(jù)各種情況建立不同類型的任務(wù)。在任務(wù)系統(tǒng)中既可以手動(dòng)進(jìn)行任務(wù)的執(zhí)行，也可按照日程進(jìn)行任務(wù)分配執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢功能。

2.3 ?軟件功能說明

2.3.1 自動(dòng)巡檢

自動(dòng)巡檢是掛軌機(jī)器人按照預(yù)設(shè)規(guī)劃路徑自動(dòng)巡視方式，機(jī)器人根據(jù)高清攝像機(jī)、高靈敏紅外熱成像儀、拾音器等多種檢測設(shè)備，按照既定的規(guī)則完成室內(nèi)各處的設(shè)備拍照、表計(jì)讀數(shù)、紅外測溫及環(huán)境監(jiān)測等巡檢活動(dòng)，將巡檢數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)胶笈_(tái)管理系統(tǒng)保存，生成檢測分析報(bào)告。

2.3.2 ?人工遙控巡檢

系統(tǒng)可以通過遙控巡檢的方式對機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)遙控。

2.3.2 ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

平臺(tái)具備對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、分析、統(tǒng)計(jì)、檢索的功能。監(jiān)控平臺(tái)對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的整理與排序，支持Excel報(bào)表導(dǎo)出保存。運(yùn)維人員可根據(jù)任務(wù)或監(jiān)控點(diǎn)在監(jiān)控平臺(tái)內(nèi)對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，快速查看監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

2.3.3 ?報(bào)表輸出

掛軌機(jī)器人在執(zhí)行完一個(gè)任務(wù)之后會(huì)自動(dòng)生成報(bào)表，運(yùn)維人員可以在監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)時(shí)間、巡檢類型、任務(wù)名稱等進(jìn)行檢索并查看報(bào)表。運(yùn)維人員可根據(jù)需求檢索、查看、導(dǎo)出各類表報(bào)。

2.3.4 ?預(yù)警與聯(lián)動(dòng)

掛軌機(jī)器人在巡檢過程中，通過數(shù)值分析、閾值對比、趨勢分析、數(shù)據(jù)庫等相關(guān)技術(shù)，對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警。預(yù)警信息通過界面告警和聲光告警兩種方式呈現(xiàn)，及時(shí)提醒運(yùn)維人員注意。

3 ? 結(jié)語

3.1 ?直接效益分析

3.1.1 ?降低設(shè)備巡檢人工成本

智能機(jī)器人的運(yùn)用，在一定程度上可以替代人工，完成設(shè)備的巡檢工作，減少運(yùn)維人員投入，降低人員成本。

3.1.2 提高操作、檢修快速反應(yīng)能力，有效控制設(shè)備受損率

通過集成紅外熱成像、聲音、高清在線監(jiān)測功能，為設(shè)備的安全正常運(yùn)行提供可靠的科學(xué)依據(jù)，從而縮短維修時(shí)間。

3.2 ?社會(huì)效益分析

3.2.1 ?實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電網(wǎng)，提升整體管理水平

在安全生產(chǎn)領(lǐng)域高效地開展生產(chǎn)工作、提高專業(yè)技能水平，實(shí)現(xiàn)配電房的數(shù)字化管理水平，提高企業(yè)競爭力。

3.2.2 ?規(guī)范設(shè)備操作流程，加強(qiáng)安全管理

采用智能機(jī)器人可以規(guī)范配電房設(shè)備的巡視流程，減少人員人身傷害。人員管理資源得到充分利用，減少生產(chǎn)管理成本。

3.2.3 ?提升企業(yè)社會(huì)形象

有助于提升公司在行業(yè)中的地位，同時(shí)帶動(dòng)人力水平的提升，獲得良好的社會(huì)效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1]宋文軒.智能配電巡檢機(jī)器人在三河口選煤廠的應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用，2021（2）：50-52

[2]呂小文.懸掛軌道式智能巡檢機(jī)器人研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2019.

[3]王凱.變電站巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2015.

（編輯 何 琳）