1.系统概述

1.1.系统设计目的 

图1-1 电科恒钛巡检机器人在配电机房的巡检案例 

随着我国的电力通讯正在逐步的呈现开放,智能,互动的一个发展趋势,电力信息正在全面支撑着网络能源与信息的发展与利用.供电服务建设和农配网正在逐步迈向优质化和升级化,这对于我国电网的改造有着持续推进的作用.我国电网企业对电力信息机房管理方面有着严格的标准和要求,覆盖面广,实时性高成了电网企业的代名词,传统的人工巡检方式已经随着耗时费力,实时性差的缺点逐步被淘.通过智能平台,利用机器人对功能单元,辅助单元等重要环节进行实验和对比,设计出了一种电力机房智能巡检机器人,该机器人经验证能够代替人工巡检进行工作,具有显著的经济和社会效益,同时具有广泛的推广价值。

1.2.系统设计依据

2.系统技术方案

2.1.系统技术概述

多方位可移动监控摄像轨道机是一款智能型可移动的轨道式云台和搭载系统，可以挂载音视频采集设备、影音播放设备、自动化机电设备等，系统采用高性能嵌入式CPU控制，全工业化元器件设计，系统运行可靠，功能齐全。

  轨道机主要由控制中心、水平运动机构、轨道总成、升降运动机构以及视、音频设备等五大部分组成，所搭载的各类摄像机、拾音器设备在采集了相应的数据后，通过系统的数据传输通道（有线、无线、载波等方式），将网络数字信号或模拟信号传输给监控中心的控制平台； 核心解码器支持TCP/IP网络或RS485串行通信模式直接控制，实现监控平台的在线控制功能。

2.2.系统技术组成

终端层的整体设计思路是在室内顶端架设一条铝制轨道，室内轨道式智能巡检机器人上搭载各类声光像及各类传感器，用于室内的巡检和监控。机器人具有升降功能，可使检测组件灵活检测开关柜的各个位置。机器人本体内设局放监测模块与语音对讲模块等。 

2.2.1运行轨道

室内轨道式智能巡检机器人沿着室内顶部铺设的工字铝轨道运行。机器人行走导轨选择在室内顶端敷设轨道，机器人在轨道上运行，不影响下方通道的人员通行。

在工程实施时，可根据现场测绘进行轨道的设计。在不需要转弯的情况下，每隔3m安装一个吊架，在转弯处每隔1.5米安装1个吊架。为保证机器人的定位精度，每隔一定距离安装1个定位标签，弯轨处标签距离减小。轨道采用特殊定制铝合金型材，具有强度高，重量轻，耐腐蚀的优点。便于运输及施工，集中载荷承重能力200Kg。轨道通过吊架安装在室内顶端，将高度可调的安装支架安装在预先安装好的膨胀螺栓上，然后将轨道抬起，通过T型槽内的T型螺栓固定在安装支架上。支架具有能上下、左右调节的能力，螺栓可以在工型轨道的安装槽内前后滑动，从而降低对预埋螺栓精度的要求。

通过对室内室的勘测，按转弯、爬坡和直轨对轨道进行预制，现场只需调整轨道，无需切割，从而提高施工效率。

定制铝合金型材。截面尺寸:80mmx68mm，采用阳极氧化的处理方式，设计使用寿命>50年。规格长度为：3000mm，具体结构以及尺寸如下图所示。结构如下图所示：

图2-2 直轨结构设计

最小弯轨半径：500mm。规格参数根据现场具体情况而定。结构下图所示：

图2-3 弯轨结构设计

2.2.2移动平台

机器人终端运动平台采用电机驱动、摩擦轮提供动力的方式进行。摩擦轮与工型轨道接触，通过自身重力与轨道压牢，产生较大的摩擦力。摩擦轮材质耐磨，且与铝合金工型轨道面之间有较大的摩擦系数，以便提供较大的驱动力。

2.2.3升降机构

在检测组件的升降上，采用升降机构来实现。升降机构以对称式的两根固定升降云台进行升降。升降机构设置了限位，当机器向下运动时，碰到人或物体时机器会自动停止下降，以此避免发生机器撞坏或人体受到伤害。收回状态的高度与行程成正比。

运动控制系统通过增加位置检测装置，控制板卡可以实时的获取当前的升降位置，从而实现位置控制的功能。系统示意图如下图所示：

2.2.4通信组件

机器人系统采用PLC电力线载波通讯，机器人本机控制信号和视频信号均转换为网络接口，并与PLC电力猫采用同一交换机，实现机器人与后台的通讯。 由于受电力猫通讯距离的限制，在机器人导轨末端采用PLC电力猫将网络信号转换为有线形式。

2.2.5摄像机

摄像机是挂载设备，可以挂载不同的摄像机。

3.系统主设备功能介绍

3.1.环形轨道机器人

3.2.环形轨道机器人技术参数

3.3.直线轨道机器人

图3-3 直线式轨道机器人示意图

图3-4直线式轨道机器人结构设计

3.4.直线式轨道机器人技术参数

3.5.轨道机器人功能特点

3.5.1.转弯&爬坡能力强

智能巡检机器人可沿轨道畅行，最小拐弯半径可低至500mm，最大爬坡能力可达30°。机器人在经过弯道、坡道等特定位置，在靠近这些路段前10米处，机器人读取RFID信息，机器人自动减速慢行，以保证机器人安全通过特殊路段，通过特殊路段后，又读取到新的RFID信息后，机器人确定通过特殊路段，开始自动提速正常巡检速度（10m/min）运行。

3.5.2.灵活的检测机构

主检测单元由高清网络摄像机、红外热像仪和高精度云台等模块组成。采用全铝机身设计，耐候性极强，采用全新的传动系统，云台定位精度高，0~360°连续旋转，具备较大的保持力矩，不会因为摄像机的震动而使云台发生偏移。

3.5.3.数据分析与报表报告功能

中心报表系统能够自动存储、统计和智能分析处理海量数据，如巡检点数据查询与统计，报警信息查询与缺陷异常分析，环境记录数据和红外测温数据分析。所有报告及报表支持查询、导出和打印。导出数据支持EXECL格式和文字格式，导出信息齐全，记录准确且完整，方便存储、汇报、决策和作归档处理等。

4.巡检方案

4.1.视频监控功能

视频成像系统包含高清可见光相机、高精度云台。

云台为高速高精度云台，旋转速度最高为80°/s，可迅速找到目标位置，旋转角度水平方向为360度连续旋转，垂直方向为±90°，确保全视野无盲区。定位精度高，能准确捕捉预置位置的图像信息。

云台内搭载一体化高清相机用于室内可见光成像，其具备大倍数光学镜头控制。同时，该可见光一体化机芯具备防抖动功能，对5-15Hz的振动有明显抑制作用。可见光摄像机采用200万像素CCD成像单元，在实现大范围监控的同时，还能获得高清的画质，有利于实现机器人的智能识别功能。采用高性能处理芯片及硬件平台，性能可靠、稳定，采用先进的视频压缩技术，压缩比高，且处理灵活，超低码率。具有全自动聚焦功能，使用方便。支持TCP/IP、HTTP、DDNS等网络通讯协议。

4.2.红外测温检测

智能巡检系统可实现红外视频图像采集功能，控制云台自由转动，拍摄配电机房内各种设备红外热成像，并将采集到的信息经局域网实时传输到主控室，自动巡检过程中，自动发现温度超限节点和区域，依照DLT664规范对站内设备进行温度检测，对电流、电压致热型缺陷或故障进行自动分析判断，并预警。并保存拍照的时间、地点、图片信息，在主控室的工作人员便可根据图像判断出区域内的各种设备是否安全。

图 4-1红外测温示意图

4.3.仪表检测读数图像识别

智能巡检机器人可实现可见光视频图像采集功能，机器人可自动移动到指定位置，控制云台自由转动，拍摄区域内各种表计设备照片，并将采集到的信息经无线局域网实时传输到主控室，系统自动根据图像信息，识别表计读数，并记录在数据库，当发现表计数据冲超过预设的报警值时，进行声光报警。

图4-2 智能巡检机器人可识别范围

4.4.局放检测

开关柜局部放电的检测采用瞬态地电波（TEV）检测法，瞬态地电波（TEV）传感器实时监测开关柜局放信号的主要特征量，包括局放脉冲次数、脉冲幅值，通过对不同缺陷模型下的时域相位、脉冲数和测量阀值之间关系的研究，结合超高频传感器和脉冲电流传感器，排除场干扰信号，对开关柜绝缘故障情况进行报警。

物理形式上采用分布式传感器设计，在开关柜合适位置固定放置局放传感器，传感器为自供电一体式设计，采用高能电池供电。传感器采用吸附式设计，体积小，安装时无损耗品。采集的数据通过zigbee无线通讯技术传输或有线传输。设计上采用独立的噪音处理通道，屏蔽现场噪音。现场数据处理传输单元自带操作系统，可根据现场环境单独设置环境参数，使数据更稳定准确。局放传感器检测频带：10K～100MHz，测量范围：-20～60dB/mV。

局放接收端通过zigbee无线或有线形式接收到局放信息，转换为网络信号，与机器人其他信息一同传输到控制终端，结合预存数据库对局放数据进行分析判断。

图4-3 局放传感器布置示意图

4.5.信息预警与智能报警

系统具备预警功能，可完成历史数据统计与趋势分析，能够提前预测巡检区域可能出现的设备故障和运行环境缺陷，并及时发出预警信息通知后台管理人员。

Ø    设备高温报警

Ø    仪表读数超限报警

当出现通信中断、接收的报文内容异常的情况时，系统设备失去网络后可能无法正常工作，后台具备网络通信断开报警。每台设备巡检结果的多张照片统一归集于每台设备目录下，系统逻辑清晰，以便后期故障排查。

4.6.信息交换与通信网络功能

1、机器人后台应可以与其它视频监控系统实现互联互通，可以接入其它视频平台或者自身系统辅助增加的视频数据，进行高级智能分析和识别功能。

2、机器人后台可以与其它环境检测系统实现互联互通，可以接入其它平台，或者自身系统辅助增加的环境检测传感器的数据，进行存储、分析和报警。

4.7.实时定位功能

采用光电编码器和RIFD电子标签配合，关键位置设置RIFD标签，对设定的工作位置、弯道进行精确定位。

当室室内轨道式智能巡检机器人接近任务点时，提前减速、停止，调整云台转向，对任务点设备进行信息采集。

当室内轨道式智能巡检机器人接近转弯点时，自动减速通过。根据设定的弯道允许速度，将机器人减速至允许速度通过。

室内轨道式智能巡检机器人在运动过程中通过伺服电机编码器和定位标签定位结合的方式进行定位，保证室内轨道智能巡检机器人控制器和远程中心管理平台可以实时了解巡检机器人的位置信息。

5.机器人运行模式

5.1.自主巡检——运行人员根据巡检时间、周期、路线、目标、类型（红外、可见光、局放等）灵活进行任务定制，机器人按照定制任务进行自主巡检。

5.2.定点巡检——运行人员选择部分设备进行巡检，系统自动生成最佳巡检路线并执行定点任务。

5.3.遥控巡检——运行人员通过后台手动控制界面，控制机器人执行巡检任务。