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变电站机器人智能巡检系统设计及应用

摘要：本文基于机器人的优势设计了变电站机器人智能巡检系统，实现了变电站机器人对变电站内设备的全覆盖式自动巡检及人工巡检。系统能够完成变电站运行任务中各类设备运行状态实时监测、隐患分析和故障判断。提高了检修工作效率。并能有效减少变电站运维成本。

关键词：机器人；智能巡检系统；设计

引言

机器人智能巡检系统主要由机器人系统、监测设备、数据采集处理系统、视频监控系统、现场管理系统组成。智能巡检系统可以实现对变电站内设备运行状态的实时监测、故障定位、智能诊断、故障处理和状态反馈等功能。同时对变电站内运行设备状态进行实时分析，实现设备健康状态管理信息实时发布、智能监控与管理等功能。此外机器人还可以进行故障模拟工作并自动完成检修任务；机器人巡检系统为智能巡检系统提供了必要支撑；同时为变电站提供一个智能化管理平台，通过数据与信息传输技术将监控数据实时回传到调度中心和控制中心系统。

一、变电站机器人系统设计

（一）机器人系统总体设计

机器人站的部署位置分为巡检机器人站、智能分析处理机器人站、智能识别机器人站和信息管理系统等四个功能区域。其中智能分析处理机器人站主要负责对机器人所采集的巡检数据进行统计、处理、分析、上传等功能，实现智能巡检；智能识别系统为实现变电站的智能化巡检提供辅助，该部分主要是识别设备本体是否存在缺陷，机器人对设备故障状态的判断是否准确，识别区域之间是否存在通信不畅的情况，采集到故障信息后将所采集到的信息进行综合分析处理，从而判断当前区域是否有缺陷，并发送给主机。智能分析处理机器人站是指通过现场遥控和控制，实现对变电站所有输变电设备功能区域状态及视频数据进行智能化巡检的机器人设备。它可实现对变电站内自动化、智能化水平较低的设备进行模拟诊断以及快速找到问题原因，并协助检修人员将查找出的相关记录上传至运维管理系统中。信息管理系统通过人机界面，可以对机器人所采集到信息进行统计与分析，便于运维人员及时掌握变电站内自动化、智能化水平较低的设备状态及发生故障情况。

（二）控制单元设计

控制单元为机器人控制部分提供控制接口。采用STM32F116C12VR312B作为主控芯片，采用四核Cortex-M3CPU，支持多种I/O口，可完成RS232/DSS以及SCARA等通信协议，具备RS232、TCP/IP等通信协议。STM32F116C12VR312B由8位高精度时钟、1个具有32位主频的高性能指令集以及8位低带宽时钟等特征的VR312与双核ARM核心构成，它具有32位多核、高速并行指令集以及32位模拟外设接口，可支持各类应用软件开发环境和系统集成，并且具有32位主频等特征，可支持各类不同领域系统应用软件的开发和测试。基于这一核心芯片开发出的机器人控制软件如图2所示，包括了操作人员的配置、机器人巡检点设置、机器人故障检测与评估以及人机交互界面设计等内容，其应用主要是在各个方面进行监控与管理。机器人控制软件可实现机器人设备间以及机器人运行之间消息反馈以及相关操作与决策等内容操作。采用STM32F116C12VR312B作为主硬件平台主要采用了以下特点：以高速数据传输和图形化界面为代表，可与外围元件进行通信实现对实时数据和状态数据的实时处理和反馈。

二、智能巡检系统组成

（一）采集设备

在机器人巡检系统中，主要使用图像采集设备，它能够采集到变电站站内各种设备的图像，并将这些图像存储在数据库中。而现场检测设备需要采集到的图像信息也主要来源于变电站工作人员，他们采集到信号后，将信号送到现场控制中心进行处理、分析，并将结果回传给后台服务器，为下一步智能设备分析决策提供基础。由于现场检测设备需要具有良好的监控及测量功能，因此它采用的图像采集器具有高分辨率高采样率，高分辨率为1024×768）及高动态范围（能达到-196~+325dB）等特点。如图2所示。它包括图像采集电路、采集模块和软件设计电路等。在运行中其具有多种监测功能：可存储图像参数信息以及相关处理信息；可进行图像参数检测；可以通过软件界面来管理软件设置自动采集区域；可以通过图形化界面管理图形图标自动生成图形；可以通过软件进行自动检测分析；可以在设备使用时与后台处理中心通信实现数据存储、通信传输等。

（二）管理软件平台

管理软件平台是一个面向所有运维人员的网络技术平台。主要包含管理服务器，管理软件，远程管理服务器，运维报表系统，运维监控软件，运维地图，管理系统等软件组件，系统架构如图3所示（右图为管理服务器）。管理服务器主要负责后台运行维护管理，为各运维人员提供强大的网络技术支持和远程技术支持；远程管理软件平台主要负责系统的网络通信和功能应用，如远程服务器，远程视频会议，远程应用部署以及多机在线切换，包括与其他远程设备通信模式，与云服务器通信模式