配电室巡检机器人室内挂轨式巡检机器人解决方案

石初 杨开九 吉小亮 杨春江

摘 要：文章阐述了一种室内配电室挂轨式巡检机器人解决方案，该方案有效提高了巡检效率，可以大力解决配网范围广、设备多、人手不足等难题，是一套智能配电房综合在线监测系统，能够清楚展示配电房在线监测情况，包括综合环境、综合电气、设备状态的监控等。

关键词：配电;机器人;巡检;自动化

1   公司需求分析

韩泰轮胎有限公司车间配电房共有31个，主变2个，且在地域上分布非常分散，导致对配电房的巡检工作量急剧增加。传统配电室的日常巡检工作以人工为主，通过固定的监控检测设备和手持式检测设备进行辅助巡检。目前传统巡检方式存在很多问题，主要有以下几点。

1.1  巡检工作量大

配电房、IDC、繼保室、开关室等数量巨大，巡检内容多，人员巡检难以按照实际业务需求全面覆盖。

1.2  缺少提前预测

由于缺少提前预测功能，相关值守人员只能在异常发生之后进行“事后响应”，无法提前进行预警和避免事故的发生。

1.3  缺乏统一调度

现场监测未联网，大量现场设备和环境数据未整合，缺乏一个统一的调度单元。

1.4  工作安全隐患

人员对现场环境感知度差，在巡检过程中，无法预测有毒有害气体，一些辐射场所也有可能对人体产生重大影响。

2   系统方案设计

室内挂轨式巡检机器人系统以巡检机器人为核心，集移动视频巡检、红外测温、环境监控、数据智能分析等功能于一体，实现对巡检区域设备的实时监控、数据分析管理。巡检机器人的配置为巡检机器人本体、智能终端监控软件、轨道及其他辅助设施[1] 。

2.1  后台管理系统

2.1.1 本地监控后台

本地监控后台作为巡检机器人系统的中心，主要由实时监控模块、数据统计模块、报表系统、地图编辑模块、任务管理模块、系统设置模块和系统集成模块等组成;除了能控制机器人执行相关巡逻任务外，还应具有数据采集、储存、统计、检索、报表、智能分析等多种功能。

2.1.2  远程集控后台

多个本地监控后台，对多个管道智能巡检机器人进行控制及相关数据分析，对所辖管道进行更高层次的综合控制和管理。

（1）轨道系统：挂轨机器人采用自动行走的悬挂轨道式设计，轨道竖向尺寸小，整体安装尺寸需求空间小，在满足机器人顺畅通行的前提下，增加了耐磨性。

（2）通信系统：挂轨机器人采用PLC通信系统（兼容无线WiFi）与整套控制系统通信。通信系统为机器人提供不小于50 Mbps有效网络带宽，可以保证巡检机器人系统所有的控制信号、视频数据、音频数据及报警信息等各类数据实时可靠传输。

（3）供电系统：挂轨机器人采用滑触线的方式进行取电，滑触线安装在铝型材轨道上，供电系统直接从主电气室取电，机器人供电模块采用滤波技术，滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，使机器人获得稳定的电源。

（4）导航定位方式：挂轨机器人在运动过程中通过激光条码扫描、伺服电机里程码盘（脉冲）和RFID结合的方式进行定位和路径校核，RFID定位辅助纠错系统，能够将室内定位精度提高到3 cm以内[2]，保证智能巡检机器人和远程中心可以实时了解机器人的位置信息。

2.2  方案举例 （以韩泰轮胎 11PS 配电房为例）

2.2.1  硬件配置

在配电房布置1套挂轨式智能巡检机器人系统。配电房现场地面距房顶距离6 791 mm，因层高较高，采用现场加装龙门架作为轨道的支撑，现场采用轨道巡检路径。

变电站巡检机器人具有电机驱控制系统、云台导航定位避障模块可见光摄像机、红外热成仪、视频服务器音编解码工业无线等基本硬件功能模块[3]，此外增加了环境监测模块、应急广播及声光告警模块。

挂轨式巡检机器人配置具体包括：LED补光灯、可见光摄像机、防撞雷达、热成像仪、环境检测模块、行走机构、升降机构、检测机构（双臂型，支持垂直±90°旋转）、扬声器、交互触摸屏、状态灯、云台（支持云台水平360°旋转）。

2.2.2  软件配置

（1）视频识别。挂轨机器人视频识别是室内挂轨式巡检机器人系统的核心功能之一，通过机器人自身携带的可见光摄像机，完成视频图像的数据采集，通过高精度图像识别算法，对视频数据进行智能分析处理，识别视频内容。

（2）红外测温。挂轨机器人利用自身携带的红外热成像仪对室内电力设备温度数据进行采集、分析，进而诊断出致热型设备故障及热缺陷，触发相应报警。巡检任务执行完成后会自动生成任务报表，对设备温度进行有效的诊断。

（3）环境检测。挂轨机器人携带的环境监测模块，能够监测环境中的有害气体、温度、湿度、烟雾等环境信息。实时将采集的环境信息传输到控制中心，当监测到有害气体超标时，系统将进行报警，以提示运维人员及时处理。

（4）音频采集。挂轨机器人本体搭载高灵敏度的拾音器，并随云台一同转动，定向采集电力设备的音频信息。机器人采用国际领先的音频降噪算法和声音识别技术，增强音频信息识别的准确性和可靠性。音频数据经过软件压缩后传回服务器进行存储，可双向语音通话。

（5）任务管理。在监控平台中，将任务管理分成全面巡检、例行巡检、专项巡检、特殊巡检、自定义任务、地图选点以及任务展示7大模块，每个大模块又拆分为不同的小模块，可以根据各种情况建立不同类型的任务。在任务系统中既可以手动进行任务的执行，也可按照日程进行任务分配执行，实现自动巡检功能。

2.3  软件功能说明

2.3.1 自动巡检

自动巡检是挂轨机器人按照预设规划路径自动巡视方式，机器人根据高清摄像机、高灵敏红外热成像仪、拾音器等多种检测设备，按照既定的规则完成室内各处的设备拍照、表计读数、红外测温及环境监测等巡检活动，将巡检数据自动传输到后台管理系统保存，生成检测分析报告。

2.3.2  人工遥控巡检

系统可以通过遥控巡检的方式对机器人进行实时遥控。

2.3.2  数据统计

平台具备对监控数据进行储存、分析、统计、检索的功能。监控平台对数据进行标准化的整理与排序，支持Excel报表导出保存。运维人员可根据任务或监控点在监控平台内对数据进行检索，快速查看监控数据。

2.3.3  报表输出

挂轨机器人在执行完一个任务之后会自动生成報表，运维人员可以在监控平台根据时间、巡检类型、任务名称等进行检索并查看报表。运维人员可根据需求检索、查看、导出各类表报。

2.3.4  预警与联动

挂轨机器人在巡检过程中，通过数值分析、阈值对比、趋势分析、数据库等相关技术，对异常数据进行自动预警。预警信息通过界面告警和声光告警两种方式呈现，及时提醒运维人员注意。

3   结语

3.1  直接效益分析

3.1.1  降低设备巡检人工成本

智能机器人的运用，在一定程度上可以替代人工，完成设备的巡检工作，减少运维人员投入，降低人员成本。

3.1.2 提高操作、检修快速反应能力，有效控制设备受损率

通过集成红外热成像、声音、高清在线监测功能，为设备的安全正常运行提供可靠的科学依据，从而缩短维修时间。

3.2  社会效益分析

3.2.1  实现数字化电网，提升整体管理水平

在安全生产领域高效地开展生产工作、提高专业技能水平，实现配电房的数字化管理水平，提高企业竞争力。

3.2.2  规范设备操作流程，加强安全管理

采用智能机器人可以规范配电房设备的巡视流程，减少人员人身伤害。人员管理资源得到充分利用，减少生产管理成本。

3.2.3  提升企业社会形象

有助于提升公司在行业中的地位，同时带动人力水平的提升，获得良好的社会效益。

[参考文献]

[1]宋文轩.智能配电巡检机器人在三河口选煤厂的应用[J].煤炭加工与综合利用，2021（2）：50-52

[2]吕小文.悬挂轨道式智能巡检机器人研究[D].杭州：浙江大学，2019.

[3]王凯.变电站巡检机器人关键技术及系统的研究与实现[D].成都：电子科技大学，2015.

（编辑 何 琳）