基于智能轨道的阀厅巡检机器人系统的开发与设计

吴威 柏彬 王朋

摘 要： 为了解决传统的阀厅人工巡检方式所存在的效率低下，巡检覆盖率与及时性等无法得到保证的问题，开发设计了基于智能轨道的阀厅巡检机器人系统。采用笔者公司独家研制的一款智能轨道行走式挂载系统，并挂载音视频采集设备、影音播放设备、自动化机电设备等，构成智能机器人巡检系统，实现定时巡检、触发巡检、报警联动巡检等功能。结果表明，所开发系统有效地解决了人工巡检的局限性，降低了变电站危险区域人工巡检存在的安全隐患，且提高了变电站运行设备巡检效率。

关键词： 智能轨道； 阀厅； 巡检机器人系统； 行走式挂载系统； 触发巡检； 变电站

中图分类号： TN830.1?34； TP393 文献标识码： A 文章编号： 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

閥厅是一种封闭式建筑，被用于放置变电站进行直流输电过程中所用到的电力设备，其包括换流阀、套管、冷却装置等。而换流阀充当着将交流电转换为直流电的角色，是直流输电过程中的核心设备，其运行的稳定将决定着直流输电的稳定性。换流阀主要由晶闸管等元件组成，其在运行过程中会消耗电能而产生大量热量。过高的温度会影响换流阀的工作状态，因此需要对其进行定时巡检以确保冷却装置运行正常，从而使换流阀处于正常温度下[1?2]。

传统的人工巡检方式不仅耗费大量的人力，同时工作效率低下，巡检覆盖率与及时性等也均无法得到保证[3?4]。为此，本文开发设计了基于智能轨道的阀厅巡检机器人系统，其采用本公司独家研制的一款智能轨道行走式挂载系统，并挂载音视频采集设备、影音播放设备、自动化机电设备等，构成智能机器人巡检系统，实现定时巡检、触发巡检、报警联动巡检等功能。从而有效解决了人工巡检的局限性，降低了变电站危险区域人工巡检存在的安全隐患，提高了变电站运行设备巡检效率。

1 系统设计

智能轨道式巡检机器人系统通过智能轨道行走式挂载系统，可以挂载音视频采集设备、影音播放及采集设备、温湿度采集设备、自动化机电设备等，并通过普通可见光相机实现远程实时监控与图像采集，以及红外热成像相机实现设备红外热分析和热图采集。同时将采集的图像数据通过云台全天候实时传输到后台电脑，运维人员只需在监控中心即可实时监控变电站设备运行状况[5?8]。

1.1 系统硬件设计

本文所开发的巡检机器人系统主要由控制中心，通信组件、供电模块、电机驱动电路、升降机器以及轨道机等组成，通过挂载各类摄像机和拾音器实现音视频采集，进行数字或模拟传输给监控中心后台。系统支持TCP/IP或RS 485协议，可编程实现设备的在线控制功能。系统组成如图1所示。

控制中心为整个系统的核心部分，承担着对整个系统的运行控制。其主要由嵌入式CPU以及通信、DSP处理器等组成。电机驱动模块以电机工作形式可分为步进电机驱动电路和直流电机驱动电路，能够控制电机的水平移动以及垂直升降移动。其中，包括控制电机的正反转动，电机的转动速度以及转动角度等。轨道机主要负责巡检机器人的轨道运行，其通过轨道总成来实现直线或拐弯运行，同时实现无线供电与数据传输功能；升降机用于实现挂载设备的垂直升降移动，从而使巡检机器人能够实现更大范围以及更高精度的定位服务；通信模块为系统提供无线和有线通信接口，实现数据的有线传输与无线传输。

电源模块是整个巡检机器人系统的供电单元，其为系统中的设备以及挂载系统提供电力支持。可以根据不同的需求提供不同的电源输出格式，如AC 220 V，AC 48 V，AC 24 V，DC 24 V，DC 18 V，DC 12 V等；云台轨道机（智能轨道摄像机/监控摄像轨道车）对传统的水平移动组合随行电缆结构（拖缆式小车）进行了必要的改革。采用先进的直线滑环技术和双触点集电技术，有效地消除了传输掉电现象。系统实物如图2所示。

1.2 系统软件设计

系统软件用于与巡检机器人的通信，实现人机交互。一方面用于接收工作人员发出的各种指令并控制巡检机器人进行相应的操作，另一方面接收巡检机器人摄像头发送的监控画面以及其他传感器的数据并在显示屏上显示。系统软件主要分为系统设置、数据分析管理、运动控制以及巡检配置模块，如图3所示。

该系统设计采用MVC分层结构，将系统分为模型（Model），视图 （View） 以及控制器 （Controller） 三个层次。模型用于处理应用程序的数据逻辑；视图用于应用程序中数据处理的显示；控制器用于数据的读取与处理。三个层次之间互相独立，开发人员能够根据需求分别对不同的层次进行更改，使系统具备极大的可扩展性。其次，MVC结构使得系统能够扩展平台运行，具备较强的可移植性。该系统体系结构如图4所示。

2 系统测试

本文以苏州UPFC为例对所开发的智能轨道阀厅巡检机器人系统进行测试。苏州UPFC对阀厅内功能区域及设备布置进行了优化，阀塔采用三相分体环抱式结构，三组阀塔间取消了防火隔墙，如图5所示。可以在设备外围搭建轨道布置巡检机器人系统，轨道如图5中红线所示，实物图如图6所示。

系统软件界面如图7所示。界面上方是参数设置界面，能够选择不同的阀厅以及不同的监测点进行查看，以及普光摄像头的光圈调整和红外热像仪的远近焦调整。云台控制能够通过界面左上角的云台运动控制模块完成，也能通过云台控制器来完成，如图7中云台控制器界面所示。

页面下方能选择特定的监测点进行监控，页面左边为红外热像仪监控画面，其能够显示设备的红外成像页面。从而直观显示设备的温度状况，便于控制人员判断设备是否处于正常工作温度范围内。页面右边为实时监控画面，能够对设备进行实时监控。点击左边的红外热像仪监控画面，进入红外视频流捕捉画面，如图8所示。

页面右边显示设备的实时温度参数，包括设备局部最高温度和最低温度等，并能够设定最高温度限定。当设备温度超过所设定的最高温时，能够发出报警，提醒工作人员对设备进行相应的降温处理。经过一段时间的运行，测试结果显示本系统能够长时间稳定运行，并能较好地实现实时监控、设备温度监测以及阀厅的自动化巡检。

3 结 语

本文开发设计了基于智能轨道的阀厅巡检机器人系统。其采用本公司独家研制的一款智能轨道行走式挂载系统，并挂载音视频采集设备、影音播放设备、自动化机电设备等，构成智能机器人巡检系统，实现定时巡检、触发巡检、报警联动巡检等功能。有效地解决了人工巡检的局限性，降低了变电站危险区域人工巡检存在的安全隐患，并提高了变电站运行设备巡检效率。经一段时间的运行，测试结果显示本系统能长时间稳定运行，并可较好地实现实时监控、设备温度的监测和阀厅的自动化巡检。

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