CN110286684A - 一种变电站巡检机器人及变电站巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变电站巡检机器人和变电站巡检系统，该巡检机器人包括：RFID标志位、可见光摄像机、红外摄像仪和通信模块；RFID标志位、设置于所述巡检机器人的外壳上，变电站里的设定位置的RFID读卡器读取到所述巡检机器人的RFID标志位时，确定该巡检机器人移动到设定位置；可见光摄像机和红外摄像仪设置于巡检机器人的头部，获取对应的变电站设备的红外图像和可见光图像，通过所述通信模块将变电站设备的红外图像和可见光图像发送给后台监控系统。实现变电站设备的远程视频监控、热故障诊断和仪表读数等，不仅大大提高了作业效率，也可验证变电站设备的可靠性与安全性。
Description
技术领域
本发明涉及变电站设备状态检查技术领域，尤其涉及一种变电站巡检机器人及变电站巡检系统。
背景技术
对变电站设备进行例行巡检是保障电力设备安全稳定运行的常规手段。随着电网规模的不断扩大，设备的数量和种类越来越多，但在现有电力体制下，主要靠运维人员进行人工巡检完成设备状态的检查，可能会有如下问题产生：
1、现场作业工作量大、效率较低：监控人员在现场根据作业指导书按步骤进行检验工作时，需要不停设置校验设备的状态和输入校验数据，部分数据甚至需要通过现场计算方可获得，效率较低；此外，校验结束后还需要将大量临时记录的数据整理成校验报告，工作量大，并容易造成一些校验数据的遗失。
2、人力资源要求高、缺口显现：现场教研工作需要经验丰富的专业技术人才，对校验流程熟悉，对设备操作熟练。这类人员的培养一般需要一定周期，随着目前电力系统中二次设备的不断增加，能满足上述技术要求的专业人员开始变得紧张。
3、现场监管难：从现场检修及校验任务下达，到任务执行操作，再到结果情况反馈等，各个环节的工作靠的是监控人员的责任心，检修和校验的情况仅能从校验报告中有所反映。但在实际工作中，尤其是在一些新建工程的校验工作中发现遗漏校验、杜撰校验报告的现象，为日后二次设备的安全运行留下了隐患。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供变电站巡检机器人及变电站巡检系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种变电站巡检机器人，所述巡检机器人包括：RFID标志位、可见光摄像机、红外摄像仪和通信模块；
所述RFID标志位设置于所述巡检机器人的外壳上，所述变电站里的设定位置的RFID读卡器读取到所述巡检机器人的所述RFID标志位时，确定所述巡检机器人移动到设定位置；
所述可见光摄像机和红外摄像仪设置于所述巡检机器人的头部，获取对应的变电站设备的红外图像和可见光图像，通过所述通信模块将所述变电站设备的红外图像和可见光图像发送给后台监控系统。
一种变电站巡检系统，包括上述巡检机器人，还包括后台监控系统和移动设备；
所述后台监控系统接受监控人员的控制命令，对所述巡检机器人发送控制指令；
所述巡检机器人按照控制指令进行巡检后，利用无线传输将所述可见光摄像机和所述红外热像仪采集到的视频图像信息传输到所述后台监控系统上；
所述后台监控系统根据巡检机器人发送的信息，在设定条件触发时推送触发消息至移动设备。
本发明的有益效果是：通过读取RFID标志位判断巡检机器人位于设定位置，通过可见光摄像机和红外摄像仪分别获取变电站设备的可见光图像和红外图像并发送给后台监控系统，实现变电站设备的远程视频监控、热故障诊断和仪表读数，不仅大大提高了作业效率，也可验证变电站设备的可靠性与安全性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述巡检机器人的载体为四轮的移动车体；所述巡检机器人还包括设置在所述移动车体上端的云台；
所述可见光摄像机和所述红外摄像仪设置于所述云台上。
所述云台为与所述通信模块连接的全方位电动云台；
所述云台通过通信模块接收所述后台监控系统的控制命令，进行上、下、左、右的旋转，调整可见光摄像机和红外摄像仪的镜头到合适的拍摄视角。
所述巡检机器人包括输入输出接口，所述输入输出接口包括CAN总线、网络接口、RS485、RS232、继电器、数字与模拟拓展口中的一个或多个；
各个功能器件通过所述输入输出接口与所述巡检机器人进行通信连接。
监控人员通过所述后台监控系统向该巡检机器人发送控制命令，依据实际位置和环境情况对采用闭环PID控制所述巡检机器人的移动速度。
所述巡检机器人的底部设有电磁传感器，所述电磁传感器的位置与所述变电站内部设置的电磁轨道的位置相对应。
所述巡检机器人运动模式包括智能巡检模式和人工控制巡检模式；
所述巡检机器人在所述智能巡检模式时，当遇到障碍物时停车，否则继续行走；巡检结束时则等待下一步命令，否则按所述电磁轨道的引导，走向下一个指定位置；
所述巡检机器人在人工控制巡检模式时，监控人员通过所述后台监控系统给机器人发送移动指令，巡检作业完成则返回模式选择，重新选定模式，否则结束巡检。
所述后台监控系统向所述巡检机器人发送的控制指令包括巡检机器人行驶模式的串口指令、云台转动指令、视频录像与拍照以及RFID标签识别与设定。
所述后台监控系统根据所述巡检机器人拍摄到的视频图像信息生成报表；
所述设定条件包括所述后台监控系统在对所述报表进行校核的过程中发现所述变电站设备运行错误；
所述监控人员在所述移动设备上接收到所述触发消息时选择忽略或者进行现场操作。
采用上述进一步方案的有益效果是：
巡检机器人中设置电动云台通过通信模块接收外部的控制命令进行上、下、左、右的旋转，可以调整可见光摄像机和红外摄像仪的镜头到合适的拍摄视角；提供接口实现不同功能的器件的接入。
将变电站设备巡检流程标准化，以规范、有序的对校验工作进行引导和控制，使检验工作全过程安全可控、科学标准；采用先进的通信技术，保证校验过程安全性、准确性；采用自动化技术，自动完成试验、计算、报告等功能，提高整体工作效率；采用可视化友好界面，操作简单快捷，降低对现场监控人员的技术要求，节省大量人力物力。
附图说明
图1为本发明提供的一种变电站巡检机器人的实施例的部分结构框图；
图2为本发明本发明提供的一种变电站巡检机器人的实施例的外部结构示意图；
图3为本发明提供的一种变电站巡检系统的实施例的结构框图；
图4为本发明提供的一种变电站巡检系统的实施例的信息交互图；
图5为本发明提供的一种变电站巡检系统的部分工作流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、RFID标志位，2、可见光摄像机，3、红外摄像仪，4、通信模块，5、云台，6、电磁传感器，7、拾音器，8、夜视灯，9、状态灯，10、天线，11、激光雷达，12、激光导航模块，13、激光测振仪，14、测距传感器，15、底盘，16、防撞开关，17、急停按钮。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示为本发明提供的一种变电站巡检机器人的实施例的部分结构框图，如图2所示为本发明提供的一种变电站巡检机器人的实施例的外部结构图。
由图1和图2可知，本发明提供的一种变电站巡检机器人包括：RFID标志位1、可见光摄像机2、红外摄像仪3和通信模块4。
RFID标志位1设置于所述巡检机器人的外壳上，变电站里的设定位置的RFID读卡器读取到所述巡检机器人的RFID标志位1时，确定该巡检机器人移动到设定位置。
可见光摄像机2和红外摄像仪3设置于巡检机器人的头部，获取对应的变电站设备的红外图像和可见光图像，通过所述通信模块4将变电站设备的红外图像和可见光图像发送给后台监控系统。
具体实施过程中，巡检机器人根据指示在变电站中移动时，如果变电站里的设定位置的RFID读卡器读取到该巡检机器人的RFID标志位1，说明该巡检机器人位于正确的指定位置。此时巡检机器人可以对需要检测的指定变电站设备进行检测，通过可见光摄像机2获取变电站设备的可见光图像，通过红外摄像仪3获取变电站设备的红外图像，进行双光谱图像拍摄后将该双光谱图像通过通信模块4发送给后台监控系统。实现变电站设备的远程视频监控、热故障诊断和仪表读数等，不仅大大提高了作业效率，也可验证保护装置的可靠性与安全性。
实施例1
本发明提供的实施例1为本发明提供的一种巡检机器人的实施例，如图2所示为本发明提供的一种变电站巡检机器人的实施例的外部结构图，由图1和图2可知。本发明提供的一种巡检机器人的实施例中：
通信模块4与外部的后台监控系统通过5.8GHz工业级无线网桥连通。
TDMA(时分多址)通信协议的通讯速率可达40Mb/s，可视传输距离可达1000m以上，能实现移动站与多基站连接的快速切换。通过多基站的设定与连接，可实现大范围内计算机与巡检机器人的实时通讯。
进一步的，该巡检机器人的载体为四轮移动车体。
该巡检机器人还包括设置在移动车体上端的云台5。可见光摄像机2和红外摄像仪3设置于该云台5上。
该云台5可以为与通信模块4连接的全方位电动云台。
全方位电动云台既能左右旋转又能上下旋转，具体巡检过程中，该电动云台5通过通信模块4接收后台监控系统的控制命令，进行上、下、左、右的旋转，调整可见光摄像机2和红外摄像仪3的镜头到合适的拍摄视角。
优选的，本发明提供的一种巡检机器人，还包括输入输出接口，该输入输出接口包括CAN总线、网络接口、RS485、RS232、继电器、数字与模拟拓展口中的一个或多个。
具体实施中，根据需要实现的功能对应接入功能器件，该巡检机器人的输入输出接口的接口类型与接入的功能器件的接口类型相匹配。
进一步的，本发明提供的一种巡检机器人，其底部设有电磁传感器6，该电磁传感器6的位置与变电站内部设置的电磁轨道的位置相对应。
具体实施中，巡检机器人通过通信模块4与外部的后台监控系统连接，接受后台监控系统下发的控制命令，巡检机器人底盘采用双轮前驱，电磁传感器从变电站里的电磁轨道感应电磁信号，使该巡检机器人按照设定的轨迹行走，经RFID读卡器识别到RFID标志位1确定该巡检机器人到达指定位置，实现线路和位置的准确识别。其中，巡检机器人移动到路口处时，路口处设置有RFID读卡器对RFID标志位1进行读取与识别，按后台监控命令的设定实现巡检机器人直行或转弯，该后台监控系统在路口设定转弯路线的同时，也设定了巡检机器人的左转、右转与直行的双轮速度目标值。
巡检机器人跟随电磁轨道按预定轨迹行走时，为满足实际巡检需要，将车体行驶速度设定为1m/s，爬坡能力高于30°，连续行走运行时间超过5小时。具体实施中，监控人员通过后台监控系统向该巡检机器人发送控制命令，依据实际位置和环境情况对采用闭环PID(proportion、integral、differential比例、积分、微分)控制该巡检机器人的移动速度，保证车体的相对稳定、平衡，并提升巡检效率，不受环境路面凹凸不平、坡度、转弯、启停的影响。
巡检机器人运动模式包括智能巡检模式和人工控制巡检模式。巡检机器人在智能巡检模式时，当遇到障碍物时停车，否则继续行走。然后开启双光谱系统对指定位置的变电站设备进行检测。将获得的变电站设备红外图像、可见光图像传输至后台监控系统。如果巡检结束，则等待下一步命令，否则按电磁轨道的引导，走向下一个指定位置。巡检机器人在人工控制巡检模式时，监控人员通过后台监控系统给机器人发送移动指令，电磁传感器从变电站里的电磁轨道感应电磁信号，使该巡检机器人按照设定的轨迹行走，当变电站巡检机器人到达指定位置后，进行双光谱图像拍摄与图像传输。巡检作业完成则返回模式选择，重新选定模式，否则结束巡检。
具体的，在巡检机器人行进过程中，得到速度目标值，经PID调节，输出功率可匹配当前实际速度，实现了平滑转弯与匀速直行。行进至停车检测点，读取RFID标志位信息，实现定时定点停车及设备检测。
进一步的，如图2所示，本发明提供的一种巡检机器人还包括用于收音的拾音器7、用于照明的夜视灯8以及用于指示巡检机器人是否处于工作状态的状态灯9中的一个或多个。
为了本发明提供的一种巡检机器人，为了防止巡检机器人在行驶过程中产生碰撞，该巡检机器人上还设置有天线10、激光雷达11、激光导航模块12和激光测振仪13。
激光雷达11和激光导航模块12向巡检机器人的运动方向发出激光信号，天线10接收返回的该激光信号判断前方是否有障碍物。激光测振仪13判断该巡检机器人本身的振动是否超过设定限度。
进一步的，巡检机器人上还设置有朝向为斜向前下方的距离传感器14，测量其与巡检机器人运动方向的地面的距离。当该测距传感器14测量的距离变化超过设定范围时，说明巡检机器人运动方向的前方的地面有凸起或者凹陷，可以用于探沟。
同时，该巡检机器人的载体四轮移动车体的底盘15的前端设有防撞开关16，该巡检机器人上还设置有急停按钮17，可以人工控制按下该急停按钮17是巡检机器人停止运行。
实施例2
本发明提供的实施例2为本发明提供的一种变电站巡检系统的实施例，如图3和图4分别为本发明提供的一种变电站巡检系统的实施例的结构框图和信息交互图，由图3和图4可知，本发明实施例提供的一种变电站巡检系统包括：巡检机器人、后台监控系统和移动设备。
后台监控系统接受监控人员的控制命令，对所述巡检机器人发送控制指令，该控制指令包括巡检机器人行驶模式的串口指令、云台转动指令、视频录像与拍照、RFID标签识别与设定等。
巡检机器人按照控制指令进行巡检后，利用无线传输将可见光摄像机和红外热像仪采集到的视频图像信息传输到该后台监控系统上。
后台监控系统根据巡检机器人发送的信息，在设定条件触发时推送触发消息至移动设备。
具体在运行过程中，如图5所示为本发明提供的一种变电站巡检系统的部分工作流程图。
后台监控系统运行在MFC系统下，MFC程序主体思想是进入主程序之后，配置巡检机器人的3个IP地址，分别为巡检机器人总IP地址，红外热像仪IP，可见光摄像机IP。三者须统一网段，本发明提供的实施例中将三者统一为192.168.192.XX。经网络配对，连接总IP地址，进入主界面(CMainFrame)，生成后台操作界面(CMainFrame：Create)。通过头文件(SelectDevice.h)中的子程序(CRealPlayDlg：OpenIR)和(CRealPlayDlg：Login)设置红外热像仪与可见光摄像机的IP地址。调用Resource中可见光摄像机的SDK(SoftwareDevelopment Kit，软件开发工具包)红外热像仪的SDK，实现对两者的综合管理，显示红外热像(CVideoInfraredDisplay)和可见光图像(CVideoDisplay)的窗口。连接巡检机器人总IP后，在后台监控系统的界面与巡检机器人之间建立通信系统，运用SendDataInSocket来实现接收、发送指令。
界面设计作为人机交互界面，是整个系统的控制面板，包含了大部分操作指令的控制与双光谱系统视频的呈现。文件操作是指在上位机监控系统的操控界面上对巡检机器人运动、云台控制的操作按键。点击按键向集中控制器发送控制指令，进而完成对巡检机器人的整体操控。双光谱系统、电磁传感器、超声波传感器与RFID读卡器等都可作为多媒体应用。
巡检机器人在接收到后台监控系统的控制指令后，在判断自身电量充足时开始执行该控制指令，进行智能巡查，图像识别以及数据上传等。
后台监控系统根据该巡检机器人拍摄到的视频图像信息生成报表，对该报表进行校核时发现变电站设备错误时推送触发消息至移动设备，监控人员在移动设备上接收到触发消息时选择忽略或者进行现场操作。
本发明提供的一种变电站巡检系统，将变电站设备巡检流程标准化，以规范、有序的对校验工作进行引导和控制，使检验工作全过程安全可控、科学标准；采用先进的通信技术，保证校验过程安全性、准确性；采用自动化技术，自动完成试验、计算、报告等功能，提高整体工作效率；采用可视化友好界面，操作简单快捷，降低对现场监控人员的技术要求，节省大量人力物力。
利用机器人取代人工对变电站设备进行例行巡检，是电力设备状态检测领域的一个重要发展趋势。针对目前巡检机器人面临的自主行走精度不高、系统稳定性与结构紧凑性差的问题，本套系统研制了以STM32芯片为控制核心、以磁轨道和PID调速为行进方式、以射频识别(RFID)为定位手段的巡检机器人系统，采用微软基础类库(MFC)应用程序开发出一套集多维运动方式控制、多种传感数据融合、多光谱通道扫描显示和故障诊断为一体的系统监控软件。实验结果表明，巡检机器人能够按照预定路线对线路上的设备进行自动检测，并向运维人员提供基本数据与报表，实现对变电站设备巡检的目的。系统的综合性能满足应用要求，应用前景较好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变电站巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人包括：RFID标志位(1)、可见光摄像机(2)、红外摄像仪(3)和通信模块(4)；
所述RFID标志位(1)设置于所述巡检机器人的外壳上，所述变电站里的设定位置的RFID读卡器读取到所述巡检机器人的所述RFID标志位(1)时，确定所述巡检机器人移动到设定位置；
所述可见光摄像机(2)和红外摄像仪(3)设置于所述巡检机器人的头部，获取对应的变电站设备的红外图像和可见光图像，通过所述通信模块(4)将所述变电站设备的红外图像和可见光图像发送给后台监控系统。
2.根据权利要求1所述一种巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人的载体为四轮的移动车体；所述巡检机器人还包括设置在所述移动车体上端的云台(5)；
所述可见光摄像机(2)和所述红外摄像仪(3)设置于所述云台(5)上。
3.根据权利要求2所述一种巡检机器人，其特征在于，所述云台(5)为与所述通信模块(4)连接的全方位电动云台；
所述云台(5)通过通信模块(4)接收所述后台监控系统的控制命令，进行上、下、左、右的旋转，调整可见光摄像机(2)和红外摄像仪(3)的镜头到合适的拍摄视角。
4.根据权利要求1所述一种巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人包括输入输出接口，所述输入输出接口包括CAN总线、网络接口、RS485、RS232、继电器、数字与模拟拓展口中的一个或多个；
各个功能器件通过所述输入输出接口与所述巡检机器人进行通信连接。
5.根据权利要求1所述一种巡检机器人，其特征在于，监控人员通过所述后台监控系统向该巡检机器人发送控制命令，依据实际位置和环境情况对采用闭环PID控制所述巡检机器人的移动速度。
6.根据权利要求1所述一种巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人的底部设有电磁传感器(6)，所述电磁传感器(6)的位置与所述变电站内部设置的电磁轨道的位置相对应。
7.根据权利要求5所述一种巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人运动模式包括智能巡检模式和人工控制巡检模式；
所述巡检机器人在所述智能巡检模式时，当遇到障碍物时停车，否则继续行走；巡检结束时则等待下一步命令，否则按所述电磁轨道的引导，走向下一个指定位置；
所述巡检机器人在人工控制巡检模式时，监控人员通过所述后台监控系统给机器人发送移动指令，巡检作业完成则返回模式选择，重新选定模式，否则结束巡检。
8.一种变电站巡检系统，其特征在于，所述巡检系统包括如权利要求1-7任一项所述的巡检机器人，还包括后台监控系统和移动设备；
所述后台监控系统接受监控人员的控制命令，对所述巡检机器人发送控制指令；
所述巡检机器人按照控制指令进行巡检后，利用无线传输将所述可见光摄像机和所述红外热像仪采集到的视频图像信息传输到所述后台监控系统上；
所述后台监控系统根据巡检机器人发送的信息，在设定条件触发时推送触发消息至移动设备。
9.根据权利要求8所述的巡检系统，其特征在于，所述后台监控系统向所述巡检机器人发送的控制指令包括巡检机器人行驶模式的串口指令、云台转动指令、视频录像与拍照以及RFID标签识别与设定。
10.根据权利要求8所述的巡检系统，其特征在于，所述后台监控系统根据所述巡检机器人拍摄到的视频图像信息生成报表；
所述设定条件包括所述后台监控系统在对所述报表进行校核的过程中发现所述变电站设备运行错误；
所述监控人员在所述移动设备上接收到所述触发消息时选择忽略或者进行现场操作。
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