CN108881826A - 激光清除异物装置监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光清除异物装置监控系统，包括终端监控系统、通信模块、目标监控系统和激光清除异物装置。终端监控系统用于发送针对激光清除异物装置的监控指令；控制系统按照通信协议要求将监控指令处理为协议帧，通过通信模块传送出去，或者获取和处理通信模块传递过来的远程信息；目标监控系统接收通信系统传递过来的协议指令帧并进行解析处理，传送给激光清除异物装置，当装置反馈指令信息时，将相应参数数据按照通信协议要求传送给通信模块。本发明涉及的监控系统，作为激光清除异物装置的辅助系统，可监测设备工作状态与异物清除结果，进行后期数据分析、检修与运维，在提升激光清除异物装置工作效果的可靠性与运行稳定性方面具有重要的意义。

Description

激光清除异物装置监控系统

技术领域

本发明涉及电力系统高压输电线异物清除的监控领域，具体地说，是一种激光清除异物装置监控系统。

背景技术

激光清除异物装置所用激光功率大、能量高，需进行其危险性的监控；异物图像的实时跟踪要求图像识别出的异物位置较为准确，保证相机所拍摄的图像质量高、转台的精度高与稳定性相对较好，上述设备需要准确配合才能有效地使用激光完成输电线的异物清除，需要对装置进行工作状态的监控，同时有利于后期维护与检修。

目前，对于输电线路进行异物清除的两种主要方法中，人工作业多依赖肉眼观察，缺少对整个异物清除过程的可靠性监控。另外一种无人机搭载喷火装置或者利用其他机械式遥控装置除异物等的监控方面很少针对从执行到结束的工作状态反馈，监控判断尚未上升到自动化水平。

在通信方式方面，单独的有线通信和无线通信方式较多，缺少二者的结合，在成本、适应性、设备维护上做不好相应的平衡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光清除异物装置监控系统，增加清除高压线异物过程的安全性、灵活度、自动化程度，从而能够完成清除架空输电线路上异物的任务。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种激光清除异物装置监控系统，包括终端监控系统、通信模块、目标监控系统和激光清除异物装置；所述激光清除异物装置包括转台、激光部件、输入输出装置、控制系统、视觉传感器；其中，转台包括方位部件和俯仰部件，方位部件安装在底座上方，俯仰部件安装在方位部件上方，激光部件包括激光发射头，激光发射头和视觉传感器安装俯仰部件上；控制系统与视觉传感器连接，调整视觉传感器焦距和广角参数，视觉传感器用于捕获异物点，将图像传给控制系统进行图像识别；控制系统分别与方位部件、俯仰部件相连，控制系统对图像识别的结果进行处理，驱动方位部件、俯仰部件进行方位和俯仰两自由度的转动，从而带动激光部件和视觉传感器转动；输入输出装置与控制系统连接，用于显示控制系统的控制界面和输入操作信息；

通信模块用于连接目标监控系统和终端监控系统；

终端监控系统和控制系统连接，用于发送针对激光清除异物装置的监控指令，包括图像处理、转台、视觉传感器和激光的工作状态；

控制系统按照通信协议要求将监控指令处理为协议帧，交给通信模块传送出去，或者获取和处理通信模块传递过来的远程信息；

目标监控系统与激光异物清除装置相连，接收通信模块传递过来的协议指令帧，监控指令后进行解析处理，并传送给激光清除异物装置，当装置反馈指令信息时，将相应参数数据按照通信协议要求传送给通信模块；

激光异物清除装置用于执行除异物操作，根据监控指令，将工作状态、参数数据信息进行反馈。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)灵活性强，可按照操作指令自由监测设备的工作状态与异物清除结果；(2)适应性强，可进行有线通信和无线通信方式的选择，适合多种距离、天气、地形等的工作条件；(3)增加了监控对象性能的可靠性与稳定性；(4)自动化水平高，能够对装置从执行到结束的工作状态反馈进行持续监控，极大的提高了自动化水平。

附图说明

图1是本发明激光清除异物装置监控系统的总装结构示意图。

图2是本发明激光清除异物装置监控系统的终端监控系统结构示意图。

图3是本发明激光清除异物装置监控系统的通信模块结构与连接示意图。

图4是本发明激光清除异物装置监控系统工作流程示意图。

图5是本发明的激光清除异物装置的总装结构示意图。

图6是本发明的激光清除异物装置的俯仰部件和方位部件的结构示意图。

图7是本发明的激光清除异物装置的方位部件的剖面图和俯视图。

图8是本发明的激光清除异物装置的俯仰部件的俯视图。

图9是本发明的激光清除异物装置的控制系统工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-4和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，为本发明激光清除异物装置监控系统的总装结构示意图，该监控系统包括终端监控系统、通信模块、目标监控系统和激光清除异物装置；其中，监控对象为激光清除异物装置。如图2所示，为本发明激光清除异物装置监控系统的终端监控系统结构示意图，所述终端监控系统包括终端主机、输入输出设备、报警模块、电源模块。如图3所示，为本发明激光清除异物装置监控系统的通信模块结构与连接示意图，所述通信模块连接所述目标控制系统和所述终端控制系统，包括无线通信模块和有线通信模块，所述无线通信模块包括无线数据传输模块一、无线数据传输模块二。

激光清除异物装置监控系统，所述终端监控系统用于发送针对激光清除异物装置的监控指令，包括图像处理、转台、视觉传感器、激光的工作状态；所述控制系统按照通信协议要求将监控指令处理为协议帧，交给通信模块传送出去，或者获取和处理通信模块传递过来的远程信息；所述目标监控系统与激光异物清除装置相连，接收所述通信系统传递过来的协议指令帧，监控指令后进行解析处理，并传送给激光清除异物装置，当装置反馈指令信息时，将相应参数数据按照通信协议要求传送给通信模块。本发明提供有线和无线两种通信方式，可根据距离、地形、天气等进行自由选择。

进一步的，所述终端监控系统置于远程服务站，包括终端主机、输入输出设备、报警模块、电源模块，用于发送针对激光清除异物装置的监控指令以及接收相应指令反馈数据，包括整个装置的工作状态，具体指：图像处理的识别状态、跟踪状态2个方面的监控指令，转台的开锁、关锁、调转3个方面的监控指令，视觉传感器的焦距、广角2个方面的监控指令，激光的开关状态、工作功率、工作温度3个方面的监控指令。所述输出设备用于显示详细异常信息，所述报警模块用于进行声光报警，所述输入设备提供给工作人员操作进行具体情况的查看；所述电源模块主要用于给所述终端主机、所述输入输出设备、所述报警模块提供稳定的工作电源。

进一步的，所述控制系统和终端监控系统连接，用于处理监控指令；所述控制系统和通信模块相连，用于处理所接收的监控反馈。按照通信方式的通信协议要求，所述控制系统将监控指令处理成协议传输所需的协议消息帧形式后，发送给所述通信模块传送出去；同样的，从通信模块传递过来的监控反馈为消息帧，所述控制系统解析为数据并进行校验，如果校验出错则发送请求重发命令，经过通信模块往回发送给所述目标监控系统，否则按协议解析出来的原始数据保存，并将原始数据信息与相应阈值进行比较和判断，将发现的异常信息发送给所述输出设备，将异常命令发送给报警模块。控制系统保存每次监控反馈解析出来的原始数据、分析判断结果以及异常信息3种数据信息。

进一步的，所述通信模块包括无线通信模块和有线通信模块，用于传输监控指令和监控反馈。所述无线通信模块包括无线数据传输模块一、无线数据传输模块二，所述无线数据传输模块二与所述终端监控系统相连，将所述控制系统处理后的监控指令消息帧发送给无线数据传输模块一，无线数据传输模块一与所述目标监控系统相连，将来自所述目标监控系统的监控反馈消息帧发送给无线数据传输模块二；所述有线通信模块通过数据线完成所述终端监控系统和所述目标监控系统之间的消息帧传输。

进一步的，所述目标监控系统和通信模块相连，用于处理监控指令协议，解析出监控指令并进行校验，如果校验出错则发送请求重发命令，经通信模块往回发给所述终端监控系统；所述目标监控系统和激光清除异物装置连接，用于将解析出来的监控指令传递给激光清除异物装置，并在完成激光清除异物装置监控指令反馈数据的接收后，将数据处理成协议传输所需的协议消息帧形式，发送给所述通信模块反馈回去。

进一步的，如图5所示，本发明的激光清除异物装置的总装结构示意图，激光清除异物装置包括转台1、激光部件2、底座3、电源系统、输入输出装置、控制系统、通信模块、视觉传感器8(优选高清工业相机)，其中转台1包括方位部件9和俯仰部件10。方位部件9安装在底座3上方，包括方位力矩电机11、方位角度测量装置(旋变发送机或电子编码器)12；俯仰部件10安装在方位部件9上方，包括轴承座一13,轴承座二14、俯仰力矩电机15；激光部件2包括激光发射头21和激光控制箱25，激光发射头21安装俯仰部件10的联接部件17上；视觉传感器8安装在俯仰部件10的联接部件17上。

控制系统中，工控机26与视觉传感器8连接，调整视觉传感器8焦距和广角参数，使视野清晰；视觉传感器8和工控机26连接，捕获异物点后，将图像传给工控机26进行图像识别；工控机26通过控制驱动部件29和方位部件9、俯仰部件10相连，可以进行方位和俯仰两自由度的转动，从而带动激光部件2和视觉传感器8转动；工控机26将图像识别的结果处理后，传给控制驱动部件29，调整方位部件9和俯仰部件10进行跟踪，并带动激光部件2对异物进行切割；控制系统和通信模块连接用于获取远程控制信息；电源系统为控制系统、视觉传感器8、方位部件9、俯仰部件10、激光部件2、通信模块供电。

如图6～8所示，方位部件9包括方位力矩电机11、方位角度测量装置(旋变发送机或电子编码器)12、方位限位锁零部件18、方位底座19和方位支架20。其中，方位支架20安装在方位底座19上，用于连接俯仰部件10。方位底座19固定在底座3上，俯仰部件10固定在方位支架20上。方位角度测量装置(旋变发送机或电子编码器)12固定在方位底座3内下方，由它得到实际方位转动的角度，通过电信号发送给控制驱动部件29；方位力矩电机11固定在方位底座19内上方，与方位角度测量装置(旋变发送机或电子编码器)12通过转动轴连接，可实现装置在方位上的-180～180度转动；方位限位锁零部件18位于方位支架20边缘上，通过控制驱动部件29的命令使其落入方位底座3边缘的一个圆孔中，用于锁定方位，固定方位支架20。

俯仰部件10包括轴承座一13、轴承座二14、俯仰力矩电机15、联接部件17、俯仰角度测量装置(旋变发送机或电子编码器)16、俯仰限位锁零部件22。其中，轴承座一13和轴承座二14固定安装在方位部件9的方位支架20上，轴承座一13和轴承座二14相互平行，跟随方位部件9转动；俯仰力矩电机15位于轴承座一13中，可实现0～90度俯仰旋转。联接部件17横架在俯仰力矩电机15和俯仰角度测量装置(旋变发送机或电子编码器)16之间，作为传动结构，并与视觉传感器8和激光发射头26相连，带动它们一起转动；俯仰角度测量装置(旋变发送机或电子编码器)16置于轴承座二14中，通过与联接部件17转动得到实际俯仰转动的角度，通过电信号发送给控制驱动部件29；俯仰限位锁零部件22位于轴承座二14内侧，用于机械限定俯仰力矩电机15的俯仰角度。方位支架20固定在方位底座19的上，用于连接俯仰部件10，带动其在方位上转动。

激光部件2包括激光发射头21和激光控制箱25；其中，激光发射头21通过光纤与激光控制箱25连接，发射激光，是激光光源处；激光发射头21安装在联接部件17上，与视觉传感器8随联接部件17一起转动。

电源系统包括激光蓄电池23和直流电源24。直流电源24主要用于给转台1、输入输出装置5及视觉传感器8供电。激光蓄电池23主要用于给激光部件2供电。

输入输出装置包括显示器27和输入装置28。显示器27通过HDMI接口接收工控机26信号，显示控制系统6控制界面；输入装置28用于输入操作人员的操作信息，发送给工控机26。

如图9所示，控制系统包括工控机26和控制驱动部件29。工控机26通过RS485串口发送命令给视觉传感器8，用于实现焦距、广角窄角、预置位图像参数改变；工控机26通过同轴电缆接收视觉传感器8图像及信息，识别线路和异物，得到异物位置信息反馈给控制驱动部件29；工控机26通过RS422串口与控制驱动部件29连接实现转台1转动切割；工控机26与输入输出装置5连接实现人机交互；控制驱动部件29位于方位部件9中的方位底座19中，通过方位角度测量装置(旋变发送机或电子编码器)12、俯仰角度测量装置(旋变发送机或电子编码器)16分别接收方位部件9和俯仰部件10的角度信息，并通过RS422串口传给工控机26，同时接收工控机26信息控制方位部件9和俯仰部件10，进行两自由度运动。

通信模块包括无线发射模块30和无线接收模块，主要用于实现工控机26无线监控功能；通信模块具有无线唤醒功能和组网功能。

视觉传感器8固定安装在俯仰部件10的联接部件17上，跟随其一起转动，并实时采集前方图像信息通过同轴电缆传送给控制系统，并接收工控机26信号指令。

底座3位于装置的最底部，给整个装置提供稳定的支撑。

综上所述，本发明激光清除异物装置监控系统，具有灵活性强，适应性强，可辅助与增强激光清除异物装置性能的可靠性与稳定性，自动化水平高的特点。首先，系统可对监测设备的工作状态与异物清除结果进行监控，或按照工作人员操作自由选择监控指令；其次，可进行有线通信和无线通信方式的选择，适合多种距离、天气、地形等的工作条件；最后，系统能够对装置从执行到结束的工作状态反馈进行持续的过程监控，极大的提高了自动化水平。

Claims (8)

1.一种激光清除异物装置监控系统，其特征在于：包括终端监控系统、通信模块、目标监控系统和激光清除异物装置；

该激光清除异物装置包括转台(1)、激光部件(2)、输入输出装置、控制系统、视觉传感器(8)；其中，转台(1)包括方位部件(9)和俯仰部件(10)，方位部件(9)安装在底座上方，俯仰部件(10)安装在方位部件(9)上方，激光部件(2)包括激光发射头(21)，激光发射头(21)和视觉传感器(8)安装俯仰部件(10)上；控制系统与视觉传感器(8)连接，调整视觉传感器(8)参数，视觉传感器(8)用于捕获异物点，将图像传给控制系统进行图像识别；控制系统分别与方位部件(9)、俯仰部件(10)相连，控制系统对图像识别的结果进行处理，驱动方位部件(9)、俯仰部件(10)进行方位和俯仰两自由度的转动，从而带动激光部件(2)和视觉传感器(8)转动；输入输出装置与控制系统连接，用于显示控制系统的控制界面和输入操作信息；

通信模块用于连接目标监控系统和终端监控系统；终端监控系统和控制系统连接，用于发送针对激光清除异物装置的监控指令，包括图像处理、转台、视觉传感器(8)和激光的工作状态；控制系统按照通信协议要求将监控指令处理为协议帧，交给通信模块传送出去，或者获取和处理通信模块传递过来的远程信息；目标监控系统与激光异物清除装置相连，接收通信模块传递过来的协议指令帧，监控指令后进行解析处理，并传送给激光清除异物装置，当装置反馈指令信息时，将相应参数数据按照通信协议要求传送给通信模块；激光异物清除装置用于执行除异物操作，根据监控指令，将工作状态、参数数据信息进行反馈。

2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述终端监控系统置于远程服务站，包括终端主机、输入输出设备、报警模块和电源模块；终端主机用于发送针对激光清除异物装置的监控指令以及接收相应指令反馈数据，包括整个装置的工作状态，具体包括：图像处理的识别状态、跟踪状态两个方面的监控指令，转台的开锁、关锁、调转三个方面的监控指令，视觉传感器(8)的焦距、广角两个方面的监控指令，激光的开关状态、工作功率、工作温度三个方面的监控指令；输入输出设备用于人机交互和显示异常信息；报警模块用于进行声光报警，电源模块用于给终端主机、输入输出设备、报警模块提供稳定的工作电源。

3.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述控制系统按照通信方式的通信协议要求，将监控指令处理成协议传输所需的协议消息帧形式后，发送给通信模块传送出去；同样的，从通信模块传递过来的监控反馈为消息帧，控制系统解析为数据并进行校验，如果校验出错则发送请求重发命令，经过通信模块往回发送给目标监控系统，否则保存为协议解析出来的原始数据，并将原始数据信息与相应阈值进行比较和判断，若发现异常则将异常信息发送给输出设备，同时将异常命令发送给报警模块；控制系统保存每次监控反馈解析出来的原始数据、分析判断结果以及异常信息3种数据信息。

4.根据权利要求1或3所述的监控系统，其特征在于：所述协议帧为Modbus_RTU协议帧。

5.根据权利要求3所述的监控系统，其特征在于：所述控制系统将原始数据信息进行比较和判断，具体为：

控制系统对于图像处理工作状态的判断，包括图像识别状态和图像跟踪状态；对线缆和异物进行图像识别的成功与否具有相应的初步识别结果编码，首先，控制系统根据反馈的结果编码直接判断初步识别是否成功，若失败则判定目标的图像识别失败；若成功，进一步根据反馈的目标位置与识别范围进行判断，若目标位置在识别范围之内，则整个图像识别的工作状态为正常，否则为失败；图像跟踪状态建立在图像识别正常的前提下，根据多组目标位置与识别范围进行分析，判断每次目标位置与识别范围中心位置的像素差，当存在连续10组的像素差大于设定阈值时，判定为不在跟踪状态；

控制系统对于转台工作状态的判断，包括转台的开锁、关锁、以及调转三个方面；开锁、关锁具有对应的指令编码，控制系统根据反馈的编码，直接判断转台所处的工作状态；对调转的工作状态判断有两方面：其一，是否处于调转状态，根据与调转对应的指令编码直接判断；其二，是否调转到位，记录每一组反馈回来的转台位置、根据异物位置计算出的调转角度，将当前转台位置与上一次的调转角度比较，判断转台调转是否到位；

控制系统对于视觉传感器(8)工作状态的判断，包括转台的焦距、广角两个方面；焦距、广角具有对应的指令编码，控制系统根据反馈的编码，直接判断视觉传感器(8)所处的工作状态；

控制系统对于激光工作状态的判断，包括激光的开关状态、工作功率、工作温度四个方面；激光的开启与关闭具有对应的指令编码，根据指令编码进行判断；反馈的工作功率与工作温度值根据激光厂方提供的正常工作状态下的功率与温度进行判断。

6.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述通信模块包括无线通信模块和有线通信模块，用于传输监控指令和监控反馈；无线通信模块包括无线数据传输模块一、无线数据传输模块二，无线数据传输模块二与终端监控系统相连，将控制系统处理后的监控指令消息帧发送给无线数据传输模块一，无线数据传输模块一与目标监控系统相连，将来自目标监控系统的监控反馈消息帧发送给无线数据传输模块二；有线通信模块通过数据线完成终端监控系统和目标监控系统之间的消息帧传输。

7.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述目标监控系统和通信模块相连，用于处理监控指令协议，解析出监控指令并进行校验，如果校验出错则发送请求重发命令，经通信模块往回发给终端监控系统；目标监控系统和激光清除异物装置连接，用于将解析出来的监控指令传递给激光清除异物装置，并在完成激光清除异物装置监控指令反馈数据的接收后，将数据处理成协议传输所需的协议消息帧形式，发送给通信模块反馈回去。

8.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述控制系统包括工控机(26)与控制驱动部件，工控机(26)与视觉传感器(8)连接，工控机(26)通过控制驱动部件(29)与方位部件(9)、俯仰部件(10)相连，控制驱动部件(29)设于方位部件(9)中的方位底座(19)中，通过方位角度测量装置(12)、俯仰角度测量装置(16)分别接收方位部件(9)和俯仰部件(10)的角度信息。