配電室巡檢機器人解決方案室內掛軌式

一、某車間配電房需求分析

某車間配電房共有31個，主變2個，且在地域上分布非常分散，導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)控檢測設備和手持式檢測設備進行輔助巡檢。

目前傳統(tǒng)巡檢方式存在很多問題，主要有以下幾點。

1）巡檢工作量大

配電房、IDC、繼保室、開關室等數(shù)量巨大，巡檢內容多，人員巡檢難以按照實際業(yè)務需求全面覆蓋。

2）缺少提前預測

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

3）缺乏統(tǒng)一調度

現(xiàn)場監(jiān)測未聯(lián)網，大量現(xiàn)場設備和環(huán)境數(shù)據未整合，缺乏一個統(tǒng)一的調度單元。

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，無法預測有毒有害氣體，一些輻射場所也有可能對人體產生重大影響。

二、系統(tǒng)方案設計

電科恒鈦室內掛軌式巡檢機器人系統(tǒng)以巡檢機器人為核心，集移動視頻巡檢、紅外測溫、環(huán)境監(jiān)控、數(shù)據智能分析等功能于一體，實現(xiàn)對巡檢區(qū)域設備的實時監(jiān)控、數(shù)據分析管理。巡檢機器人主要由控制中心、水平運動機構、軌道總成、升降運動機構以及視、音頻設備等五大部分組成，所搭載的各類攝像機、拾音器設備在采集了相應的數(shù)據后，通過系統(tǒng)的數(shù)據傳輸通道（有線、無線、載波等方式），將網絡數(shù)字信號或模擬信號傳輸給監(jiān)控中心的控制平臺； 核心解碼器支持TCP/IP網絡或RS485串行通信模式直接控制，實現(xiàn)監(jiān)控平臺的在線控制功能。

2.1運行軌道

室內軌道式智能巡檢機器人沿著室內頂部鋪設的工字鋁軌道運行。機器人行走導軌選擇在室內頂端敷設軌道，機器人在軌道上運行，不影響下方通道的人員通行。

在工程實施時，可根據現(xiàn)場測繪進行軌道的設計。在不需要轉彎的情況下，每隔3m安裝一個吊架，在轉彎處每隔1.5米安裝1個吊架。為保證機器人的定位精度，每隔一定距離安裝1個定位標簽，彎軌處標簽距離減小。軌道采用特殊定制鋁合金型材，具有強度高，重量輕，耐腐蝕的優(yōu)點。便于運輸及施工，集中載荷承重能力200Kg。軌道通過吊架安裝在室內頂端，將高度可調的安裝支架安裝在預先安裝好的膨脹螺栓上，然后將軌道抬起，通過T型槽內的T型螺栓固定在安裝支架上。支架具有能上下、左右調節(jié)的能力，螺栓可以在工型軌道的安裝槽內前后滑動，從而降低對預埋螺栓精度的要求。

通過對室內室的勘測，按轉彎、爬坡和直軌對軌道進行預制，現(xiàn)場只需調整軌道，無需切割，從而提高施工效率。

定制鋁合金型材。截面尺寸:80mmx68mm，采用陽極氧化的處理方式，設計使用壽命>50年。規(guī)格長度為：3000mm，具體結構以及尺寸如下圖所示。

最小彎軌半徑：500mm。規(guī)格參數(shù)根據現(xiàn)場具體情況而定。

2.2移動平臺

機器人終端運動平臺采用電機驅動、摩擦輪提供動力的方式進行。摩擦輪與工型軌道接觸，通過自身重力與軌道壓牢，產生較大的摩擦力。摩擦輪材質耐磨，且與鋁合金工型軌道面之間有較大的摩擦系數(shù)，以便提供較大的驅動力。

2.3升降機構

在檢測組件的升降上，采用升降機構來實現(xiàn)。升降機構以對稱式的兩根固定升降云臺進行升降。升降機構設置了限位，當機器向下運動時，碰到人或物體時機器會自動停止下降，以此避免發(fā)生機器撞壞或人體受到傷害。收回狀態(tài)的高度與行程成正比。

運動控制系統(tǒng)通過增加位置檢測裝置，控制板卡可以實時的獲取當前的升降位置，從而實現(xiàn)位置控制的功能。

2.4通信組件

機器人系統(tǒng)采用PLC電力線載波通訊，機器人本機控制信號和視頻信號均轉換為網絡接口，并與PLC電力貓采用同一交換機，實現(xiàn)機器人與后臺的通訊。 由于受電力貓通訊距離的限制，在機器人導軌末端采用PLC電力貓將網絡信號轉換為有線形式。

2.5攝像機

攝像機是掛載設備，可以掛載不同的攝像機。

三、軌式巡檢機器人功能配置

3.1視頻監(jiān)控功能

視頻成像系統(tǒng)包含高清可見光相機、高精度云臺。

云臺為高速高精度云臺，旋轉速度最高為80°/s，可迅速找到目標位置，旋轉角度水平方向為360度連續(xù)旋轉，垂直方向為±90°，確保全視野無盲區(qū)。定位精度高，能準確捕捉預置位置的圖像信息。

云臺內搭載一體化高清相機用于室內可見光成像，其具備大倍數(shù)光學鏡頭控制。同時，該可見光一體化機芯具備防抖動功能，對5-15Hz的振動有明顯抑制作用?？梢姽鈹z像機采用200萬像素CCD成像單元，在實現(xiàn)大范圍監(jiān)控的同時，還能獲得高清的畫質，有利于實現(xiàn)機器人的智能識別功能。采用高性能處理芯片及硬件平臺，性能可靠、穩(wěn)定，采用先進的視頻壓縮技術，壓縮比高，且處理靈活，超低碼率。具有全自動聚焦功能，使用方便。支持TCP/IP、HTTP、DDNS等網絡通訊協(xié)議。

3.2紅外測溫檢測

智能巡檢系統(tǒng)可實現(xiàn)紅外視頻圖像采集功能，控制云臺自由轉動，拍攝配電機房內各種設備紅外熱成像，并將采集到的信息經局域網實時傳輸?shù)街骺厥?，自動巡檢過程中，自動發(fā)現(xiàn)溫度超限節(jié)點和區(qū)域，依照DLT664規(guī)范對站內設備進行溫度檢測，對電流、電壓致熱型缺陷或故障進行自動分析判斷，并預警。并保存拍照的時間、地點、圖片信息，在主控室的工作人員便可根據圖像判斷出區(qū)域內的各種設備是否安全。

3.3儀表檢測讀數(shù)圖像識別

智能巡檢機器人可實現(xiàn)可見光視頻圖像采集功能，機器人可自動移動到指定位置，控制云臺自由轉動，拍攝區(qū)域內各種表計設備照片，并將采集到的信息經無線局域網實時傳輸?shù)街骺厥?，系統(tǒng)自動根據圖像信息，識別表計讀數(shù)，并記錄在數(shù)據庫，當發(fā)現(xiàn)表計數(shù)據沖超過預設的報警值時，進行聲光報警。

3.4局放檢測

開關柜局部放電的檢測采用瞬態(tài)地電波（TEV）檢測法，瞬態(tài)地電波（TEV）傳感器實時監(jiān)測開關柜局放信號的主要特征量，包括局放脈沖次數(shù)、脈沖幅值，通過對不同缺陷模型下的時域相位、脈沖數(shù)和測量閥值之間關系的研究，結合超高頻傳感器和脈沖電流傳感器，排除場干擾信號，對開關柜絕緣故障情況進行報警。

物理形式上采用分布式傳感器設計，在開關柜合適位置固定放置局放傳感器，傳感器為自供電一體式設計，采用高能電池供電。傳感器采用吸附式設計，體積小，安裝時無損耗品。采集的數(shù)據通過zigbee無線通訊技術傳輸或有線傳輸。設計上采用獨立的噪音處理通道，屏蔽現(xiàn)場噪音。現(xiàn)場數(shù)據處理傳輸單元自帶操作系統(tǒng)，可根據現(xiàn)場環(huán)境單獨設置環(huán)境參數(shù)，使數(shù)據更穩(wěn)定準確。局放傳感器檢測頻帶：10K～100MHz，測量范圍：-20～60dB/mV。

局放接收端通過zigbee無線或有線形式接收到局放信息，轉換為網絡信號，與機器人其他信息一同傳輸?shù)娇刂平K端，結合預存數(shù)據庫對局放數(shù)據進行分析判斷。

3.5信息預警與智能報警

系統(tǒng)具備預警功能，可完成歷史數(shù)據統(tǒng)計與趨勢分析，能夠提前預測巡檢區(qū)域可能出現(xiàn)的設備故障和運行環(huán)境缺陷，并及時發(fā)出預警信息通知后臺管理人員。

設備高溫報警

儀表讀數(shù)超限報警

當出現(xiàn)通信中斷、接收的報文內容異常的情況時，系統(tǒng)設備失去網絡后可能無法正常工作，后臺具備網絡通信斷開報警。每臺設備巡檢結果的多張照片統(tǒng)一歸集于每臺設備目錄下，系統(tǒng)邏輯清晰，以便后期故障排查。

3.6信息交換與通信網絡功能

1、機器人后臺應可以與其它視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，可以接入其它視頻平臺或者自身系統(tǒng)輔助增加的視頻數(shù)據，進行高級智能分析和識別功能。

2、機器人后臺可以與其它環(huán)境檢測系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，可以接入其它平臺，或者自身系統(tǒng)輔助增加的環(huán)境檢測傳感器的數(shù)據，進行存儲、分析和報警。

3.7實時定位功能

采用光電編碼器和RIFD電子標簽配合，關鍵位置設置RIFD標簽，對設定的工作位置、彎道進行精確定位。

當室室內軌道式智能巡檢機器人接近任務點時，提前減速、停止，調整云臺轉向，對任務點設備進行信息采集。

當室內軌道式智能巡檢機器人接近轉彎點時，自動減速通過。根據設定的彎道允許速度，將機器人減速至允許速度通過。

室內軌道式智能巡檢機器人在運動過程中通過伺服電機編碼器和定位標簽定位結合的方式進行定位，保證室內軌道智能巡檢機器人控制器和遠程中心管理平臺可以實時了解巡檢機器人的位置信息。

四、軟件功能說明

4.1自動巡檢

自動巡檢是掛軌機器人按照預設規(guī)劃路徑自動巡視方式，機器人根據高清攝像機、高靈敏紅外熱成像儀、拾音器等多種檢測設備，按照既定的規(guī)則完成室內各處的設備拍照、表計讀數(shù)、紅外測溫及環(huán)境監(jiān)測等巡檢活動，將巡檢數(shù)據自動傳輸?shù)胶笈_管理系統(tǒng)保存，生成檢測分析報告。

4.2人工遙控巡檢

系統(tǒng)可以通過遙控巡檢的方式對機器人進行實時遙控。

4.3數(shù)據統(tǒng)計

平臺具備對監(jiān)控數(shù)據進行儲存、分析、統(tǒng)計、檢索的功能。監(jiān)控平臺對數(shù)據進行標準化的整理與排序，支持Excel報表導出保存。運維人員可根據任務或監(jiān)控點在監(jiān)控平臺內對數(shù)據進行檢索，快速查看監(jiān)控數(shù)據。

4.4報表輸出

掛軌機器人在執(zhí)行完一個任務之后會自動生成報表，運維人員可以在監(jiān)控平臺根據時間、巡檢類型、任務名稱等進行檢索并查看報表。運維人員可根據需求檢索、查看、導出各類表報。

4.5預警與聯(lián)動

掛軌機器人在巡檢過程中，通過數(shù)值分析、閾值對比、趨勢分析、數(shù)據庫等相關技術，對異常數(shù)據進行自動預警。預警信息通過界面告警和聲光告警兩種方式呈現(xiàn)，及時提醒運維人員注意。

五、軌道機器人功能特點

5.1轉彎&爬坡能力強

智能巡檢機器人可沿軌道暢行，最小拐彎半徑可低至500mm，最大爬坡能力可達30°。機器人在經過彎道、坡道等特定位置，在靠近這些路段前10米處，機器人讀取RFID信息，機器人自動減速慢行，以保證機器人安全通過特殊路段，通過特殊路段后，又讀取到新的RFID信息后，機器人確定通過特殊路段，開始自動提速正常巡檢速度（10m/min）運行。

5.2靈活的檢測機構

主檢測單元由高清網絡攝像機、紅外熱像儀和高精度云臺等模塊組成。采用全鋁機身設計，耐候性極強，采用全新的傳動系統(tǒng)，云臺定位精度高，0~360°連續(xù)旋轉，具備較大的保持力矩，不會因為攝像機的震動而使云臺發(fā)生偏移。

5.3數(shù)據分析與報表報告功能

中心報表系統(tǒng)能夠自動存儲、統(tǒng)計和智能分析處理海量數(shù)據，如巡檢點數(shù)據查詢與統(tǒng)計，報警信息查詢與缺陷異常分析，環(huán)境記錄數(shù)據和紅外測溫數(shù)據分析。所有報告及報表支持查詢、導出和打印。導出數(shù)據支持EXECL格式和文字格式，導出信息齊全，記錄準確且完整，方便存儲、匯報、決策和作歸檔處理等。

六、結語

6.1直接效益分析

1）降低設備巡檢人工成本

智能機器人的運用，在一定程度上可以替代人工，完成設備的巡檢工作，減少運維人員投入，降低人員成本。

2）提高操作、檢修快速反應能力，有效控制設備受損率

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

6.2社會效益分析

1）實現(xiàn)數(shù)字化電網，提升整體管理水平

在安全生產領域高效地開展生產工作、提高專業(yè)技能水平，實現(xiàn)配電房的數(shù)字化管理水平，提高企業(yè)競爭力。

2）規(guī)范設備操作流程，加強安全管理

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

6.3提升企業(yè)社會形象

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

審核編輯 黃昊宇