一、某車間配電房需求分析

某車間配電房共有31個(gè)，主變2個(gè)，且在地域上分布非常分散，導(dǎo)致對(duì)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(cè)設(shè)備和手持式檢測(cè)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）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。

2）缺少提前預(yù)測(cè)

由于缺少提前預(yù)測(cè)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。

3）缺乏統(tǒng)一調(diào)度

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)未聯(lián)網(wǎng)，大量現(xiàn)場(chǎng)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。

4）工作安全隱患

人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境感知度差，在巡檢過程中，無法預(yù)測(cè)有毒有害氣體，一些輻射場(chǎng)所也有可能對(duì)人體產(chǎn)生重大影響。

二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

電科恒鈦室內(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(cè)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(duì)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)器人主要由控制中心、水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、軌道總成、升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及視、音頻設(shè)備等五大部分組成，所搭載的各類攝像機(jī)、拾音器設(shè)備在采集了相應(yīng)的數(shù)據(jù)后，通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道（有線、無線、載波等方式），將網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)傳輸給監(jiān)控中心的控制平臺(tái)； 核心解碼器支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)或RS485串行通信模式直接控制，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)的在線控制功能。

2.1運(yùn)行軌道

室內(nèi)軌道式智能巡檢機(jī)器人沿著室內(nèi)頂部鋪設(shè)的工字鋁軌道運(yùn)行。機(jī)器人行走導(dǎo)軌選擇在室內(nèi)頂端敷設(shè)軌道，機(jī)器人在軌道上運(yùn)行，不影響下方通道的人員通行。

在工程實(shí)施時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪進(jìn)行軌道的設(shè)計(jì)。在不需要轉(zhuǎn)彎的情況下，每隔3m安裝一個(gè)吊架，在轉(zhuǎn)彎處每隔1.5米安裝1個(gè)吊架。為保證機(jī)器人的定位精度，每隔一定距離安裝1個(gè)定位標(biāo)簽，彎軌處標(biāo)簽距離減小。軌道采用特殊定制鋁合金型材，具有強(qiáng)度高，重量輕，耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。便于運(yùn)輸及施工，集中載荷承重能力200Kg。軌道通過吊架安裝在室內(nèi)頂端，將高度可調(diào)的安裝支架安裝在預(yù)先安裝好的膨脹螺栓上，然后將軌道抬起，通過T型槽內(nèi)的T型螺栓固定在安裝支架上。支架具有能上下、左右調(diào)節(jié)的能力，螺栓可以在工型軌道的安裝槽內(nèi)前后滑動(dòng)，從而降低對(duì)預(yù)埋螺栓精度的要求。

通過對(duì)室內(nèi)室的勘測(cè)，按轉(zhuǎn)彎、爬坡和直軌對(duì)軌道進(jìn)行預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)只需調(diào)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(shè)計(jì)使用壽命>50年。規(guī)格長(zhǎng)度為：3000mm，具體結(jié)構(gòu)以及尺寸如下圖所示。

最小彎軌半徑：500mm。規(guī)格參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況而定。

2.2移動(dòng)平臺(tái)

機(jī)器人終端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)、摩擦輪提供動(dòng)力的方式進(jìn)行。摩擦輪與工型軌道接觸，通過自身重力與軌道壓牢，產(chǎn)生較大的摩擦力。摩擦輪材質(zhì)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(qū)動(dòng)力。

2.3升降機(jī)構(gòu)

在檢測(cè)組件的升降上，采用升降機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。升降機(jī)構(gòu)以對(duì)稱式的兩根固定升降云臺(tái)進(jìn)行升降。升降機(jī)構(gòu)設(shè)置了限位，當(dāng)機(jī)器向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，碰到人或物體時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)停止下降，以此避免發(fā)生機(jī)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過增加位置檢測(cè)裝置，控制板卡可以實(shí)時(shí)的獲取當(dāng)前的升降位置，從而實(shí)現(xiàn)位置控制的功能。

2.4通信組件

機(jī)器人系統(tǒng)采用PLC電力線載波通訊，機(jī)器人本機(jī)控制信號(hào)和視頻信號(hào)均轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)接口，并與PLC電力貓采用同一交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與后臺(tái)的通訊。 由于受電力貓通訊距離的限制，在機(jī)器人導(dǎo)軌末端采用PLC電力貓將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換為有線形式。

2.5攝像機(jī)

攝像機(jī)是掛載設(shè)備，可以掛載不同的攝像機(jī)。

三、軌式巡檢機(jī)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(jī)、高精度云臺(tái)。

云臺(tái)為高速高精度云臺(tái)，旋轉(zhuǎn)速度最高為80°/s，可迅速找到目標(biāo)位置，旋轉(zhuǎn)角度水平方向?yàn)?60度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直方向?yàn)椤?0°，確保全視野無盲區(qū)。定位精度高，能準(zhǔn)確捕捉預(yù)置位置的圖像信息。

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

3.2紅外測(cè)溫檢測(cè)

智能巡檢系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)紅外視頻圖像采集功能，控制云臺(tái)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，拍攝配電機(jī)房?jī)?nèi)各種設(shè)備紅外熱成像，并將采集到的信息經(jīng)局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街骺厥遥詣?dòng)巡檢過程中，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)溫度超限節(jié)點(diǎn)和區(qū)域，依照DLT664規(guī)范對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行溫度檢測(cè)，對(duì)電流、電壓致熱型缺陷或故障進(jìn)行自動(dòng)分析判斷，并預(yù)警。并保存拍照的時(shí)間、地點(diǎn)、圖片信息，在主控室的工作人員便可根據(jù)圖像判斷出區(qū)域內(nèi)的各種設(shè)備是否安全。

3.3儀表檢測(cè)讀數(shù)圖像識(shí)別

智能巡檢機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)可見光視頻圖像采集功能，機(jī)器人可自動(dòng)移動(dòng)到指定位置，控制云臺(tái)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，拍攝區(qū)域內(nèi)各種表計(jì)設(shè)備照片，并將采集到的信息經(jīng)無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街骺厥?，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)圖像信息，識(shí)別表計(jì)讀數(shù)，并記錄在數(shù)據(jù)庫，當(dāng)發(fā)現(xiàn)表計(jì)數(shù)據(jù)沖超過預(yù)設(shè)的報(bào)警值時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警。

3.4局放檢測(cè)

開關(guān)柜局部放電的檢測(cè)采用瞬態(tài)地電波（TEV）檢測(cè)法，瞬態(tài)地電波（TEV）傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開關(guān)柜局放信號(hào)的主要特征量，包括局放脈沖次數(shù)、脈沖幅值，通過對(duì)不同缺陷模型下的時(shí)域相位、脈沖數(shù)和測(cè)量閥值之間關(guān)系的研究，結(jié)合超高頻傳感器和脈沖電流傳感器，排除場(chǎng)干擾信號(hào)，對(duì)開關(guān)柜絕緣故障情況進(jìn)行報(bào)警。

物理形式上采用分布式傳感器設(shè)計(jì)，在開關(guān)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(shè)計(jì)，采用高能電池供電。傳感器采用吸附式設(shè)計(jì)，體積小，安裝時(shí)無損耗品。采集的數(shù)據(jù)通過zigbee無線通訊技術(shù)傳輸或有線傳輸。設(shè)計(jì)上采用獨(dú)立的噪音處理通道，屏蔽現(xiàn)場(chǎng)噪音?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理傳輸單元自帶操作系統(tǒng)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境單獨(dú)設(shè)置環(huán)境參數(shù)，使數(shù)據(jù)更穩(wěn)定準(zhǔn)確。局放傳感器檢測(cè)頻帶：10K～100MHz，測(cè)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(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，與機(jī)器人其他信息一同傳輸?shù)娇刂平K端，結(jié)合預(yù)存數(shù)據(jù)庫對(duì)局放數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷。

3.5信息預(yù)警與智能報(bào)警

系統(tǒng)具備預(yù)警功能，可完成歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與趨勢(shì)分析，能夠提前預(yù)測(cè)巡檢區(qū)域可能出現(xiàn)的設(shè)備故障和運(yùn)行環(huán)境缺陷，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息通知后臺(tái)管理人員。

設(shè)備高溫報(bào)警

儀表讀數(shù)超限報(bào)警

當(dāng)出現(xiàn)通信中斷、接收的報(bào)文內(nèi)容異常的情況時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備失去網(wǎng)絡(luò)后可能無法正常工作，后臺(tái)具備網(wǎng)絡(luò)通信斷開報(bào)警。每臺(tái)設(shè)備巡檢結(jié)果的多張照片統(tǒng)一歸集于每臺(tái)設(shè)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(wǎng)絡(luò)功能

1、機(jī)器人后臺(tái)應(yīng)可以與其它視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，可以接入其它視頻平臺(tái)或者自身系統(tǒng)輔助增加的視頻數(shù)據(jù)，進(jìn)行高級(jí)智能分析和識(shí)別功能。

2、機(jī)器人后臺(tái)可以與其它環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，可以接入其它平臺(tái)，或者自身系統(tǒng)輔助增加的環(huán)境檢測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和報(bào)警。

3.7實(shí)時(shí)定位功能

采用光電編碼器和RIFD電子標(biāo)簽配合，關(guān)鍵位置設(shè)置RIFD標(biāo)簽，對(duì)設(shè)定的工作位置、彎道進(jìn)行精確定位。

當(dāng)室室內(nèi)軌道式智能巡檢機(jī)器人接近任務(wù)點(diǎn)時(shí)，提前減速、停止，調(diào)整云臺(tái)轉(zhuǎn)向，對(duì)任務(wù)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行信息采集。

當(dāng)室內(nèi)軌道式智能巡檢機(jī)器人接近轉(zhuǎn)彎點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)減速通過。根據(jù)設(shè)定的彎道允許速度，將機(jī)器人減速至允許速度通過。

室內(nèi)軌道式智能巡檢機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中通過伺服電機(jī)編碼器和定位標(biāo)簽定位結(jié)合的方式進(jìn)行定位，保證室內(nèi)軌道智能巡檢機(jī)器人控制器和遠(yuǎn)程中心管理平臺(tái)可以實(shí)時(shí)了解巡檢機(jī)器人的位置信息。

四、軟件功能說明

4.1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(cè)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(cè)溫及環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)分析報(bào)告。

4.2人工遙控巡檢

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

4.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

平臺(tái)具備對(duì)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(duì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，快速查看監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

4.4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)。

4.5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(duì)比、趨勢(shì)分析、數(shù)據(jù)庫等相關(guān)技術(shù)，對(duì)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。

五、軌道機(jī)器人功能特點(diǎn)

5.1轉(zhuǎn)彎&爬坡能力強(qiáng)

智能巡檢機(jī)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(dá)30°。機(jī)器人在經(jīng)過彎道、坡道等特定位置，在靠近這些路段前10米處，機(jī)器人讀取RFID信息，機(jī)器人自動(dòng)減速慢行，以保證機(jī)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(jī)器人確定通過特殊路段，開始自動(dòng)提速正常巡檢速度（10m/min）運(yùn)行。

5.2靈活的檢測(cè)機(jī)構(gòu)

主檢測(cè)單元由高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、紅外熱像儀和高精度云臺(tái)等模塊組成。采用全鋁機(jī)身設(shè)計(jì)，耐候性極強(qiáng)，采用全新的傳動(dòng)系統(tǒng)，云臺(tái)定位精度高，0~360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，具備較大的保持力矩，不會(huì)因?yàn)閿z像機(jī)的震動(dòng)而使云臺(tái)發(fā)生偏移。

5.3數(shù)據(jù)分析與報(bào)表報(bào)告功能

中心報(bào)表系統(tǒng)能夠自動(dòng)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)和智能分析處理海量數(shù)據(jù)，如巡檢點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)，報(bào)警信息查詢與缺陷異常分析，環(huán)境記錄數(shù)據(jù)和紅外測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分析。所有報(bào)告及報(bào)表支持查詢、導(dǎo)出和打印。導(dǎo)出數(shù)據(jù)支持EXECL格式和文字格式，導(dǎo)出信息齊全，記錄準(zhǔn)確且完整，方便存儲(chǔ)、匯報(bào)、決策和作歸檔處理等。

六、結(jié)語

6.1直接效益分析

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。

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(cè)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。

6.2社會(huì)效益分析

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(jìng)爭(zhēng)力。

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。

6.3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。

審核編輯 黃昊宇