CN105014673A - 变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统及方法，系统包括主控制系统和安全防护控制系统，主控制系统包括遥控模块、车载控制器和信息采集模块；所述遥控模块与车载控制器之间及车载控制器和信息采集模块之间均采用无线设备，构建WIFI网络，实现三模块间的数据交互；安全防护控制系统利用云台上安装的超声传感器、磁场测距传感器、水阻率传感器及水压传感器，实现机器人运行过程的实时监控。本发明可有效减轻人工清洗工作的繁重体力劳动，保证操作人员的人身安全，同时通过对设备污秽的清洗，防止设备污闪事故、保证电网的安全运行。

Description

变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统及方法。

背景技术

随着大气环境污染日趋严重，电网设备污闪事故增加,严重影响电网设备安全运行。变电站绝缘子长时间暴露在外界环境中，表面易沉积污垢，这些污垢受恶劣天气侵害容易发生污闪事故。据统计，由污秽引起的绝缘闪络事故目前在电网事故总数中已占到第2位，仅1971-1994年全国35-500kV发、变电站就污闪1768座次。绝缘子带电水冲洗作业可以提高供电的可靠性，减少停电损失，保证变电站及输电线路的安全。在现阶段的变电站绝缘子冲洗作业主要存在以下缺点：

1、冲洗方式大多是由清洗技术人员手持冲洗设备进入现场进行作业，人工冲洗不仅依赖于天气情况，还需要清洗人员具备较高技术水平及熟练的操作流程，对绝缘子进行带电水冲洗时需要高规格的安全防护，以避免短路电流造成的安全事故，引发人员伤亡，这类作业方式存在安全隐患；

2、人工作业面临着劳动强度大，效率低，自动化水平低等诸多问题；

3、无法对水阻率、水压、水柱长度的实时在线监测，无法实时修改机器人运行状态，不能保证水冲洗过程中机器人本体及变电站带电设备的绝缘性能；

4、无自动化的控制系统，保持供电的连续性。

因此研发能够实现自动、远程控制的控制系统来驱动水冲洗机器人进行带电水冲洗作业是非常有必要的，是符合时代发展要求的。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统及方法，该系统可代替操作人员，在不停电的情况下对变电站设备进行机器人带电水冲洗作业，其可有效减轻人工清洗工作的繁重体力劳动，保证操作人员的人身安全，同时通过对设备污秽的清洗，防止设备污闪事故、保证电网的安全运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，包括主控制系统和测距控制系统，主控制系统包括遥控模块、车载控制器和信息采集模块，所述遥控模块与车载控制器之间通过无线方式连接，用于控制冲洗机器人的垂直升降机构和行走机构；所述信息采集模块采集装设于辅冲机器人上的各个传感器测得的信号，测距控制系统利用云台上安装的超声传感器、磁场测距传感器、激光测距仪，控制机器人与绝缘子串之间的距离保持在安全距离之内。

所述车载控制器布置在水冲洗机器人移动底盘之上，电控开关是车载控制器的末端执行机构，当电控开关位于中位，此时电控开关控制电动机停止运动；当输入电压大于中位电压时，控制电动机正向旋转，当输入电压小于中位电压时，控制电动机反向旋转，通过TRIO控制器IO输出口与垂直升降机构的电控开关输入口连接，通过控制TRIO控制器输出口的输出电压，实现机器人电气执行机构的运动方向及运动速度的控制。

所述遥控模块包括由工控机、触摸屏、遥控手柄和按键，在控制系统中，一方面，遥控手柄、触摸屏和按键均与工控机连接，通过无线WIFI向TRIO控制器下发垂直升降机构的控制命令，实现机开环控制；另一方面，工控机、TRIO控制器、电控开关及云台的角度传感器又组成闭环控制系统，实现对垂直升降机构的二级机械臂的闭环伺服控制。

所述信息采集模块及车载控制器的角度传感器采集垂直升降机构的升降高度及云台的角度信息，通过串口服务器将RS485协议数据转换为TCP协议数据，并通过HUB将数据发送至无线AP模块，进而实现与遥控端工控机的实时通讯。

所述信息采集模块布置在水冲洗机器人水枪云台之上，信息采集模块通过无线CLIENT与主控模块中的无线AP模块建立WIFI通讯连接，信息采集模块通过串口服务器采集绝对值角度编码器获取的云台俯仰、云台倾角数据，并通过WIFI网络上传至遥控模块的工控机中，实现从而水枪云台上传感器信息的实时采集。

所述信息采集模块通过串口服务器采集绝对值角度编码器获取的云台俯仰及云台倾角数据，并通过WIFI网络上传至遥控模块的工控机中；

所述遥控模块包括工控机，工控机收集信息采集模块采集的传感器信息，通过TRIO控制器实现垂直升降机构及车体的控制。

所述无线方式为采用无线AP模块和无线CLIENT设备。

所述超声传感器、磁场测距传感器及激光测距仪均通过HUB及无线AP模块将数据上传至工控机。

所述垂直升降机构与带电设备间的距离应大于变电站规定的安全工作距离。

所述激光测距仪采用红色激光，其光源光斑为1mm*1mm，测量距离1.5m至8m，测量时间为1至5毫秒。

一种基于上述冲洗机器人控制系统的工作方法，具体为：

遥控系统控制工控机，使动力总成驱动车体行走机构运动，当水枪架上的激光测距仪，检测到水枪与需要冲洗的绝缘子的水平距离满足安全距离后，车载控制器控制垂直升降机构进行竖直方向上的伸缩运动，以使水枪与绝缘子之间的距离满足冲洗距离，进行冲洗；跟踪摄像机实时观察水枪的状态，遥控系统控制云台的旋转，使水枪进行水平和俯仰运动，不断调整水枪的喷射角度，以使冲洗效果达到最好。

本发明的有益效果为：

(1)本发明代替操作人员，在不停电的情况下对变电站设备进行带电水冲洗作业，其可有效减轻人工清洗工作的繁重体力劳动，保证操作人员的人身安全，同时通过对设备污秽的清洗，防止设备污闪事故、保证电网的安全运行；

(2)本发明采用多传感器融合技术，实现水冲洗过程的自动实现，提高水冲洗作业的自动化和智能化水平；

(3)本发明可实现水阻率、水压、水柱长度的实时在线监测，保证水冲洗过程中机器人本体及变电站带电设备的绝缘性能，有效提高了水冲洗作业的安全性。

附图说明

图1本发明的主控系统整体方框图；

图2本发明的机器人控制系统车载控制器与遥控模块方框图；

图3本发明的控制系统框图.

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1-3所示，一种变电站带电水冲洗辅冲机器人包括机器人本体和机器人控制系统。

一种变电站带电水冲洗辅冲机器人包括：车体行走机构、动力总成、垂直升降机构、水枪冲洗机构、电气控制系统等组成；其中，车体行走机构为履带式移动底盘结构，动力总成采用柴油机提供动力，安装于移动底盘上，垂直升降机构连接在车体移动机构前端，垂直升降机构安装有两级伸缩臂，两级伸缩臂的上臂通过绝缘支柱与水枪冲洗机构的工作云台相连；电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合，通过无线方式远程完成对机器人垂直升降机构及水枪冲洗机构的控制。

车体行走机构主要由履带底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带、张紧缓冲装置组成，左行走马达和右行走马达通过螺栓连接在履带底盘支架上，驱动轮通过驱动轴与行走马达联接，从动轮、承重轮与张紧缓冲装置分别通过旋转轴与履带底盘支架联接，履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装置的外侧，底盘左边为液压油箱，右边为柴油箱。

一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，包括主控制系统和测距控制系统，主控制系统包括遥控模块、车载控制器和信息采集模块，所述遥控模块与车载控制器之间通过无线方式连接，用于控制冲洗机器人的垂直升降机构和行走机构；所述信息采集模块采集装设于辅冲机器人上的各个传感器测得的信号，测距控制系统利用云台上安装的超声传感器、磁场测距传感器、激光测距仪，控制机器人与绝缘子串之间的距离保持在安全距离之内；

车载控制器布置在水冲洗机器人移动底盘之上，电控开关是车载控制器的末端执行机构，当电控开关位于中位，此时电控开关控制电动机停止运动；当输入电压大于中位电压时，控制电动机正向旋转，当输入电压小于中位电压时，控制电动机反向旋转，通过TRIO控制器IO输出口与垂直升降机构的电控开关输入口连接，通过控制TRIO控制器输出口的输出电压，实现机器人电气执行机构的运动方向及运动速度的控制。

遥控模块包括由工控机、触摸屏、遥控手柄和按键，在控制系统中，一方面，遥控手柄、触摸屏和按键均与工控机连接，通过无线WIFI向TRIO控制器下发垂直升降机构的控制命令，实现机开环控制；另一方面，工控机、TRIO控制器、电控开关及云台的角度传感器又组成闭环控制系统，实现对垂直升降机构的二级机械臂的闭环伺服控制。

信息采集模块及车载控制器的角度传感器采集垂直升降机构的升降高度及云台的角度信息，通过串口服务器将RS485协议数据转换为TCP协议数据，并通过HUB将数据发送至无线AP模块，进而实现与遥控端工控机的实时通讯。

信息采集模块布置在水冲洗机器人水枪云台之上，信息采集模块通过无线CLIENT与主控模块中的无线AP模块建立WIFI通讯连接，信息采集模块通过串口服务器采集绝对值角度编码器获取的云台俯仰、云台倾角数据，并通过WIFI网络上传至遥控模块的工控机中，实现从而水枪云台上传感器信息的实时采集。

信息采集模块通过串口服务器采集绝对值角度编码器获取的云台俯仰及云台倾角数据，并通过WIFI网络上传至遥控模块的工控机中；

遥控模块包括工控机，工控机收集信息采集模块采集的传感器信息，通过TRIO控制器实现垂直升降机构及车体的控制。

无线方式为采用无线AP模块和无线CLIENT设备。

超声传感器、磁场测距传感器及激光测距仪均通过HUB及无线AP模块将数据上传至工控机。

垂直升降机构与带电设备间的距离应大于变电站规定的安全工作距离。

激光测距仪采用红色激光，其光源光斑为1mm*1mm，测量距离1.5m至8m，测量时间为1至5毫秒，测量结果通过RS232信号传输，其与水枪平行安装，可以实时检测水冲洗过程中水柱的长度；水电阻率及水压传感器安装在高压纯水制备设备之上，用于实时检测冲洗过程中水的压力和水的导电性能。

一种基于上述冲洗机器人控制系统的工作方法，具体为：

遥控系统控制工控机，使动力总成驱动车体行走机构运动，当水枪架上的激光测距仪，检测到水枪与需要冲洗的绝缘子的水平距离满足安全距离后，车载控制器控制垂直升降机构进行竖直方向上的伸缩运动，以使水枪与绝缘子之间的距离满足冲洗距离，进行冲洗；跟踪摄像机实时观察水枪的状态，遥控系统控制云台的旋转，使水枪进行水平和俯仰运动，不断调整水枪的喷射角度，以使冲洗效果达到最好。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (11)

1.一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：包括主控制系统和测距控制系统，主控制系统包括遥控模块、车载控制器和信息采集模块，所述遥控模块与车载控制器之间通过无线方式连接，用于控制冲洗机器人的垂直升降机构和行走机构；所述信息采集模块采集装设于辅冲机器人上的各个传感器测得的信号，测距控制系统利用云台上安装的超声传感器、磁场测距传感器、激光测距仪，控制机器人与绝缘子串之间的距离保持在安全距离之内。 

2.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：所述车载控制器布置在水冲洗机器人移动底盘之上，电控开关是车载控制器的末端执行机构，当电控开关位于中位，此时电控开关控制电动机停止运动；当输入电压大于中位电压时，控制电动机正向旋转，当输入电压小于中位电压时，控制电动机反向旋转，通过TRIO控制器IO输出口与垂直升降机构的电控开关输入口连接，通过控制TRIO控制器输出口的输出电压，实现机器人电气执行机构的运动方向及运动速度的控制。 

3.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：所述遥控模块包括由工控机、触摸屏、遥控手柄和按键，在控制系统中，一方面，遥控手柄、触摸屏和按键均与工控机连接，通过无线WIFI向TRIO控制器下发垂直升降机构的控制命令，实现机开环控制；另一方面，工控机、TRIO控制器、电控开关及云台的角度传感器又组成闭环控制系统，实现对垂直升降机构的二级机械臂的闭环伺服控制。 

4.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：所述信息采集模块及车载控制器的角度传感器采集垂直升降机构的升降高度及云台的角度信息，通过串口服务器将RS485协议数据转换为TCP协议数据，并通过HUB将数据发送至无线AP模块，进而实现与遥控端工控机的实时通讯。 

5.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：所述信息采集模块布置在水冲洗机器人水枪云台之上，信息采集模块通过无线CLIENT与主控模块中的无线AP模块建立WIFI通讯连接，信息采集模块通过串口服务器采集绝对值角度编码器获取的云台俯仰、云台倾角数据，并通过WIFI网络上传至遥控模块的工控机中，实现从而水枪云台上传感器信息的实时采集。 

6.如权利要求5所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：所述信息采集模块通过串口服务器采集绝对值角度编码器获取的云台俯仰及云台倾角数据，并通过WIFI网络上传至遥控模块的工控机中。

7.如权利要求3所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：所述遥控模块包括工控机，工控机收集信息采集模块采集的传感器信息，通过TRIO控制器实现垂直升降机构及车体的控制。 

8.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：所述无线方式为采用无线AP模块和无线CLIENT设备。 

9.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：所述超声传感器、磁场测距传感器及激光测距仪均通过HUB及无线AP模块将数据上传至工控机。 

10.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：所述垂直升降机构与带电设备间的距离应大于变电站规定的安全工作距离。 

11.如权利要求9所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人控制系统，其特征是：所述激光测距仪采用红色激光，其光源光斑为1mm*1mm，测量距离1.5m至8m，测量时间为1至5毫秒。