CN104931586A

CN104931586A - 一种智能绝缘子检测机器人检测系统

Info

Publication number: CN104931586A
Application number: CN201510268049.XA
Authority: CN
Inventors: 李学刚; 李东利; 陈建民; 殷震; 王海涛; 李海瑞; 郗来迎
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2015-09-23

Abstract

一种智能绝缘子检测机器人检测系统。其包括执行系统和主控制系统，执行系统包括子控制系统和检测系统，子控制系统包括子系统控制器、I/O接口电路、电机接口、第二无线通信模块、相关行程开关、执行电机组和无线图像模块；检测系统包括超声波探伤仪、第一无线通讯模块和摄像头；主控制系统包括主控制器、图像采集卡、无线图像模块、控制输入装置、第三无线通信模块、第四无线通信模块和监视器。本发明效果：能对支柱瓷绝缘子进行带电缺陷检测，由此获得裂纹大小和位置。还能实时采集操作现场的工作状态图像，以使地面工作人员利用监视器实时对检测过程进行监控，不仅可满足绝缘性能要求，而且可保证操作人员、电网以及机器人本身的安全。

Description

一种智能绝缘子检测机器人检测系统

技术领域

本发明属于机器控制技术领域，特别是涉及一种智能绝缘子检测机器人检测系统。

背景技术

随着国民经济的快速发展，对电力的需求及依赖越来越大，而电网的分布范围也越来越广。如果电力传输中经常出现停电检修或中断事故，将会给经济、生活等各个方面造成非常大的影响和损失，这就要求输电线路和变电站的外绝缘均能可靠运行。

变电站户外支柱瓷绝缘子是支承高压母线和高压电器带电部件的绝缘支柱，它使带电体与接地体之间机械上连接而电气上绝缘，是变电站运行的重要组成设备。电力系统输变电装置都大量使用了支柱瓷绝缘子。

由于绝缘子工作在特殊的电磁和自然环境下，因此需要排查检修。现行方法是由人工携带检测装置到高压杆塔附近检测，检测任务重，强度大，而且绝缘子工作在高空中的高压环境下，因此如何方便准确检测电力系统中绝缘子运行状况，一直是国内外绝缘子检测的难点。传统绝缘子维护是被动的预防检修，一般在事故发生后或者定期对绝缘子检测，盲目而且工作量大，使用实时在线对绝缘子进行检测，采集绝缘子性能数据，获得污闪报警信息，有针对性进行维护或更换工作，是绝缘子检测的发展方向。此外，这种方法还可以为进行预知性维护提供判定依据，积累数据，具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种智能绝缘子检测机器人检测系统。

为了达到上述目的，本发明提供的智能绝缘子检测机器人检测系统包括：执行系统和主控制系统，其中执行系统安装在智能绝缘子检测机器人的检测平台上，其包括：子控制系统和检测系统，子控制系统包括：子系统控制器、I/O接口电路、电机接口、第二无线通信模块、相关行程开关、执行电机组和无线图像模块，其中:子系统控制器分别与I/O接口电路、电机接口、第二无线通信模块、相关行程开关和无线图像模块相连接，电机接口与执行电机组相连接；

检测系统包括：超声波探伤仪、第一无线通讯模块和摄像头；其中：超声波探伤仪上设有探头，其与第一无线通讯模块相连接，同时与子控制系统中的I/O接口电路相连接；摄像头与无线图像模块相连接；

主控制系统2设置在地面控制中心，其包括：主控制器、图像采集卡、无线图像模块、控制输入装置、第三无线通信模块、第四无线通信模块和监视器，其中：主控制器分别与图像采集卡、控制输入装置、第三无线通信模块、第四无线通讯模块和监视器连接，图像采集卡与无线图像模块相连接；

主控制系统中的无线图像模块通过无线的方式与子控制系统中的无线图像模块相连接，主控制系统中的第三无线通信模块通过无线的方式与检测系统中的第一无线通讯模块相连接，主控制系统中的第四无线通讯模块通过无线的方式与子控制系统中的第二无线通讯模块相连接。

所述的子系统控制器为子控制系统的控制核心，采用PLC可编程控制器。

所述的电机接口为执行电机组的驱动电路，执行电机组为安装在智能绝缘子检测机器人上的4个步进电机，用于调整超声波探伤仪的位置。

所述的主控制系统中的主控制器为采用工控机的核心控制器，其为主控制系统的控制核心。

本发明提供的智能绝缘子检测机器人检测系统的有益效果：能够对支柱瓷绝缘子进行带电缺陷检测，由此获得其上裂纹的大小和位置，并进行显示。同时还能够实时采集操作现场的工作状态图像，以使地面工作人员利用监视器实时对检测过程进行监控，因此本检测系统不仅可以满足绝缘性能要求，而且可保证操作人员、电网以及机器人本身的安全。

附图说明

图1为本发明提供的智能绝缘子检测机器人检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的智能绝缘子检测机器人检测系统进行详细说明。

智能绝缘子检测机器人主要适用于高压线路绝缘子的阻值检测。其中机械本体的设计需要考虑到如何在绝缘子上行走，如何绝缘耐压，如何抗电磁干扰，如何环抱绝缘子，以及设备抗大风，防雨雪的性能。检测机器人的控制和通讯部分需要注意无线通讯在高压环境下的稳定性。

该机器人可以代替运维人员登上电塔，在绝缘子上自主行走并检测绝缘子的性能参数，并通过无线传输方式将数据送给检测人员。

由于智能绝缘子检测机器人工作于高压环境下，为保证操作人员的绝对人身安全，本发明提供的检测系统采用主控制系统和子控制系统两级控制系统的方案，通过无线通讯，对机器人进行遥控操作。提供了人机交互式的界面对机器人进行控制，使其完成检测动作。控制系统实现了机构自动升降、视觉定位检测目标、检测机械的运动控制、数据的采集等功能，对主控制器到子系统控制器、子系统控制器到超声波探伤仪的通讯等进行了很好的协调处理。控制系统既满足了绝缘安全的要求，又使机器人可完成绝缘子检测功能。智能绝缘子检测机器人节省了绝缘子检测时间、绝缘子检测人员费用，提高了检测人员的安全。

该智能绝缘子检测机器人对高压线路绝缘子进行绝缘电阻测量时采用本发明提供的检测系统。

如图1所示，本发明提供的智能绝缘子检测机器人检测系统包括：

执行系统1和主控制系统2，其中执行系统1安装在智能绝缘子检测机器人的检测平台上，其包括：子控制系统1.1和检测系统1.2，子控制系统1.1包括：子系统控制器1.1.1、I/O接口电路1.1.2、电机接口1.1.3、第二无线通信模块1.1.4、相关行程开关1.1.5、执行电机组1.1.6和无线图像模块1.1.7，其中:子系统控制器1.1.1分别与I/O接口电路1.1.2、电机接口1.1.3、第二无线通信模块1.1.4、相关行程开关1.1.5和无线图像模块1.1.7相连接，电机接口1.1.3与执行电机组1.1.6相连接；

检测系统1.2包括：超声波探伤仪1.2.1、第一无线通讯模块1.2.3和摄像头1.2.4；其中：超声波探伤仪1.2.1上设有探头1.2.2，其与第一无线通讯模块1.2.3相连接，同时与子控制系统1.1中的I/O接口电路1.1.2相连接；摄像头1.2.4与无线图像模块1.1.7相连接。

主控制系统2设置在地面控制中心，其包括：主控制器2.1、图像采集卡2.2、无线图像模块2.3、控制输入装置2.4、第三无线通信模块2.5、第四无线通信模块2.6和监视器2.7，其中：主控制器2.1分别与图像采集卡2.2、控制输入装置2.4、第三无线通信模块2.5、第四无线通讯模块2.6和监视器2.7连接，图像采集卡2.2与无线图像模块2.3相连接；

主控制系统2中的无线图像模块2.3通过无线的方式与子控制系统1.1中的无线图像模块1.1.7相连接，主控制系统2中的第三无线通信模块2.5通过无线的方式与检测系统1.2中的第一无线通讯模块1.2.3相连接，主控制系统2中的第四无线通讯模块2.6通过无线的方式与子控制系统1.1中的第二无线通讯模块1.1.4相连接。

执行系统1为智能绝缘子检测机器人的检测控制系统，主控制系统2为智能绝缘子检测机器人的远程操控平台，执行系统1通过无线的方式与主控制系统2进行数据交换。

子控制系统1.1为安装在智能绝缘子检测机器人上的现场控制器，其中子系统控制器1.1.1为子控制系统1.1的控制核心，采用PLC可编程控制器；

I/O接口电路1.1.2为超声波探伤仪1.2.1的信号接口电路；

电机接口1.1.3为执行电机组1.1.6的驱动电路，执行电机组1.1.6为安装在智能绝缘子检测机器人上的4个步进电机，用于调整超声波探伤仪1.2.1的位置，子控制系统1.1通过电机接口1.1.3控制执行电机组1.1.6中各电机的运行；

子控制系统1.1中的第二无线通信模块1.1.4为无线数据收发电路，用于实现与主控制系统2的无线连接；

相关行程开关1.1.5为行程位置开关，用于机器人运动的限位。

检测系统1.2为安装在智能绝缘子检测机器人上的现场检测装置，其中超声波探伤仪1.2.1为便携式工业无损探伤仪器，它能够快速、便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷(裂纹、疏松、气孔、夹杂等)的检测、定位、评估和诊断；其上探头1.2.2安装在智能绝缘子检测机器人的扫查机构前端，为一种小角度纵波探头，其可根据支柱瓷绝缘子的形状和特点，采用周向扫查与轴向移动叠加的方式，充分覆盖到整个目标区域。每当扫查机构沿绝缘子轴向移动一个扫查间距后，安装在扫查机构前端的探头1.2.2将沿绝缘子周向运动并进行周向扫查，待探头1.2.2回到原位后，扫查机构沿绝缘子轴向再移动一个扫查间距，如此重复下去直至扫查结束。

检测系统1.2中的第一无线通讯模块1.2.3为无线数据收发电路，用于实现与主控制系统2的无线连接；

摄像头1.2.4为现场图像采集装置，用于采集操作现场的图像信息；

子控制系统1.1中的无线图像模块1.1.7为无线通信电路，用于将摄像头1.2.4所采集的图像信息上传给主控制系统2。

主控制系统2为智能绝缘子检测机器人的地面控制台，操作人员通过主控制系统2控制智能绝缘子检测机器人实现杆塔作业；主控制系统2中的主控制器2.1为采用工控机的核心控制器，其为主控制系统2的控制核心；

图像采集卡2.2为视频采集装置，用于将摄像头1.2.4采集的操作现场的图像传送给主控制器2.1，并在主控制器2.1的控制下在监视器2.7上进行显示，以便工作人员对检测过程进行监控；

主控制系统2中的无线图像模块2.3为无线通信电路，用于实现与检测系统1.2中无线图像模块1.2.5的无线连接；

控制输入装置2.4为输入接口电路，用于工作人员输入相关指令；

主控制系统2中的第三无线通信模块2.5和第四无线通信模块2.6均为无线数据收发电路，用于实现与执行系统1的无线连接；

监视器2.7为主控制系统2的显示装置，用于显示操作现场的工作状态。

本发明提供的智能绝缘子检测机器人检测系统的工作过程如下：

当需要对支柱瓷绝缘子进行检测时，首先由智能绝缘子检测机器人驱动检测平台并升至所需要检测的高度，然后由工作人员在控制输入装置2.4上输入相关指令，在主控制器2.1的控制下，利用执行电机组1.1.6上的4个步进电机将超声波探伤仪1.2.1上的探头1.2.2送至待检测支柱瓷绝缘子需要探伤的部位，并准确对中定位，然后主控制器2.1通过子控制系统1.1中的I/O接口电路1.1.2控制检测系统1.2中超声波探伤仪1.2.1上的探头1.2.2按照上述方法对该支柱瓷绝缘子进行带电缺陷检测，检测结果由超声波探伤仪1.2.1通过第一无线通讯模块1.2.3和第三无线通信模块2.5传输给主控制器2.1，然后主控制器2.1对上述采集的数据进行处理，由此得出支柱瓷绝缘子上裂纹的大小和位置，并在其显示器上进行显示，同时进行存储。与此同时，摄像头1.2.4将其采集的操作现场图像经无线图像模块1.1.7传送给主控制系统2中的无线图像模块2.3，之后由图像采集卡2.2进行采集并传送给主控制器2.1，最后由主控制器2.1进行处理后在监视器2.7上进行显示，以便工作人员能够实时对检测过程进行监控。

由于超声波具有穿透力强、方向性好、分辨力高等优点，因此超声检测得到了广泛应用。超声波检测法是基于当超声波从一种介质进入到另一种介质的传播过程中，在两介质的交界面发生反射、折射和模式变换(纵、横波转换)的原理。支柱瓷绝缘子的透声性能和声速等声学物理量与钢相似，声波能量衰减小。经过实测，支柱瓷绝缘子的径向纵波声速为5810m/s，轴向纵波声速为6040m/s，横波声速为3380m/s，因此可进行超声波检测。通过接收超声波探伤仪1.2.1发出的脉冲超声波在进入绝缘子介质和穿出绝缘子介质时的反射波来限定绝缘子的位置区间。当支柱瓷绝缘子出现裂纹时，则在接收到的反射波的时间轴上将出现该缺陷的反射波，由时间轴上该缺陷波的大小及位置经过分析、计算，可以判断出缺陷在支柱瓷绝缘子中的具体位置和大小。利用超声波方法对在役支柱瓷绝缘子进行检测，不仅成本低、效率高、对人体和支柱瓷绝缘子无损害外，更大的优势在于对裂纹敏感，并且检测灵敏度高。

Claims

1.一种智能绝缘子检测机器人检测系统，其特征在于：其包括：执行系统(1)和主控制系统(2)，其中执行系统(1)安装在智能绝缘子检测机器人的检测平台上，其包括：子控制系统(1.1)和检测系统(1.2)，子控制系统(1.1)包括：子系统控制器(1.1.1)、I/O接口电路(1.1.2)、电机接口(1.1.3)、第二无线通信模块(1.1.4)、相关行程开关(1.1.5)、执行电机组(1.1.6)和无线图像模块(1.1.7)，其中:子系统控制器(1.1.1)分别与I/O接口电路(1.1.2)、电机接口(1.1.3)、第二无线通信模块(1.1.4)、相关行程开关(1.1.5)和无线图像模块(1.1.7)相连接，电机接口(1.1.3)与执行电机组(1.1.6)相连接；

检测系统(1.2)包括：超声波探伤仪(1.2.1)、第一无线通讯模块(1.2.3)和摄像头(1.2.4)；其中：超声波探伤仪(1.2.1)上设有探头(1.2.2)，其与第一无线通讯模块(1.2.3)相连接，同时与子控制系统(1.1)中的I/O接口电路(1.1.2)相连接；摄像头(1.2.4)与无线图像模块(1.1.7)相连接；

主控制系统(2)设置在地面控制中心，其包括：主控制器(2.1)、图像采集卡(2.2)、无线图像模块(2.3)、控制输入装置(2.4)、第三无线通信模块(2.5)、第四无线通信模块(2.6)和监视器(2.7)，其中：主控制器(2.1)分别与图像采集卡(2.2)、控制输入装置(2.4)、第三无线通信模块(2.5)、第四无线通讯模块(2.6)和监视器(2.7)连接，图像采集卡(2.2)与无线图像模块(2.3)相连接；

主控制系统(2)中的无线图像模块(2.3)通过无线的方式与子控制系统(1.1)中的无线图像模块(1.1.7)相连接，主控制系统(2)中的第三无线通信模块(2.5)通过无线的方式与检测系统(1.2)中的第一无线通讯模块(1.2.3)相连接，主控制系统(2)中的第四无线通讯模块(2.6)通过无线的方式与子控制系统(1.1)中的第二无线通讯模块(1.1.4)相连接。

2.根据权利要求1所述的智能绝缘子检测机器人检测系统，其特征在于：所述的子系统控制器(1.1.1)为子控制系统(1.1)的控制核心，采用PLC可编程控制器。

3.根据权利要求1所述的智能绝缘子检测机器人检测系统，其特征在于：所述的电机接口(1.1.3)为执行电机组(1.1.6)的驱动电路，执行电机组(1.1.6)为安装在智能绝缘子检测机器人上的4个步进电机，用于调整超声波探伤仪(1.2.1)的位置。

4.根据权利要求1所述的智能绝缘子检测机器人检测系统，其特征在于：所述的主控制系统(2)中的主控制器(2.1)为采用工控机的核心控制器，其为主控制系统(2)的控制核心。