CN204178179U - 变电站带电水冲洗机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了变电站带电水冲洗机器人控制系统，该系统包括遥控模块、车载监控模块和平台信息采集模块；所述遥控模块与车载监控模块之间及车载监控模块和平台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；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

变电站带电水冲洗机器人控制系统

技术领域

本实用新型涉及变电站带电水冲洗机器人控制系统。 

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。绝缘子表面沉积了污秽物质是造成变电站设备污闪的主要原因，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。采取有效措施防止电网大面积污闪事故的发生,是提高电网供电可靠性的重要内容之一。 

而对于污秽若采用停电清扫的方式，不仅需要耗费巨大的人力和物力，还严重影响供电的连续性。随着电网容量增长，设备停电的机会越来越少、停电时间也越来越短。设备停电清扫成为难于实现的措施。为及时清扫设备表面污秽、防止设备污闪事故、带电水冲洗是目前较为通用的一种手段。然而，带电水冲洗劳动强度大，且由于距离带电设备很近，对操作人员的人身安全有一定影响。 

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；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； 

2、考虑到带电水冲洗作业受到冲洗角度、水压等多方面的影响，人工作业有时不能把设备外绝缘表面的污秽物完全冲走；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。 

实用新型内容

为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了变电站带电水冲洗机器人控制系统，变电站带电作业水冲洗机器人系统，可以代替操作人员，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。 

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下： 

变电站带电水冲洗机器人控制系统，其特征是，包括遥控模块、车载监控模块和平台信息采集模块；所述遥控模块与车载监控模块之间及车载监控模块和平台信息采集模块之间均通过无线设备相连；遥控模块通过无线WIFI向TRIO控制器下发机械臂控制命令，实现机械臂的开环控制；工控机、TRIO控制器、液压比例阀及各轴的角度传感器又组成闭环控制系统，实现对机械臂的闭环伺服控制。 

所述遥控模块包括有工控机、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控制器下发机械臂控制命令，实现机械臂的开环控制；另一方面，工控机、TRIO控制器、液压比例阀及各轴的角度传感器又组成闭环控制系统，实现对机械臂的闭环伺服控制。 

所述车载监控模块布置在水冲洗机器人运载平台之上，液压比例阀是车载监控模块的末端执行机构，其控制电压的范围为0-12V，6V为中位，此时液压比例阀控制液压马达停止运动；当输入电压大于6V时，控制液压马达正向旋转，当输入电压小于6V时，控制液压马达反向旋转，通过TRIO控制器IO输出口与各关节液压比例阀输入口连接，通过控制TRIO控制器输出口的输出电压，实现机器人液压执行机构的运动方向及运动速度的控制。 

所述平台信息采集模块及车载监控模块的角度传感器采集机械臂各关节的角度信息，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。 

所述平台信息采集模块布置在水冲洗机器人水枪平台之上，平台信息采集模块通过无线CLIENT与主控模块中的无线AP建立WIFI通讯连接，平台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平台俯仰、平台倾角数据，并通过WIFI网络上传至遥控模块的工控机中，实现从而水枪平台上传感器器信息的实时采集。 

所述车载监控模块用于实现大臂旋转、大臂俯仰、小臂伸缩、平台俯仰、平台旋转及车体运动的控制和各关节角度信息的采集； 

所述平台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平台俯仰及平台倾角数据，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，工控机收集平台信息采集模块采集的传感器信息，通过TRIO控制器实现机械臂及车体的控制。 

所述无线设备为无线AP和无线CLIENT设备。 

变电站带电水冲洗机器人控制方法,包括以下步骤： 

机器人主控制系统的平台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平 台俯仰、平台倾角数据，并通过WIFI网络上传至遥控模块的工控机中，实现从而水枪平台上传感器器信息的实时采集； 

工控机收集各信息采集模块采集的传感器信息，对信息的分析处理，生成机器人控制策略，通过主控模块中的TRIO控制器实现机械臂及车体的控制； 

遥控模块可通过无线WIFI向TRIO控制器下发机械臂控制命令，实现机械臂的开环控制；工控机、TRIO控制器、液压比例阀及各轴的角度传感器又组成闭环控制系统，实现对机械臂的闭环伺服控制。 

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。 

本实用新型的有益效果： 

(1)变电站带电作业水冲洗机器人智能控制系统，可以代替操作人员，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。 

(2)变电站带电作业水冲洗机器人智能控制系统，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)变电站带电作业水冲洗机器人智能控制系统，实现水阻率、水压、水柱长度的实时在线监测，并依据该数据修改机器人运行状态，有效提高了水冲洗作业的安全性。 

附图说明

图1本实用新型水冲洗机器人主控系统整体方框图； 

图2本实用新型机器人控制系统车载监控模块与遥控模块方框图； 

图3本实用新型的控制系统框图。 

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明： 

变电站带电作业水冲洗机器人系统由机器人本体子系统系统和高压纯水制备子系统两大部分组成。机器人本体子系统采用移动式机械臂结构设计，其末端安装由水枪机构，通过对该子系统的控制，可以完成较复杂的带电水冲洗作业；高压纯水制备子系统主要实现高电阻率纯净水的制备及该高纯水的加压操作。高压水管与高压纯水制备系统中的高纯水制备装置的进水口相连，与水冲洗机器人本体的水枪进水口连接，由高压纯水制备子系统向机器人本体子系统提供高电阻率纯净水。机器人本体子系统包括底部的履带式行走机构、安装在履带 式行走机构上方的五自由度机械臂、安装在机械臂末端的水枪控制平台组成。其中履带式行走机构采用柴油式发动机驱动；五自由度机械臂包括大臂旋转、大臂俯仰、小臂伸缩、腕部俯仰及腕部回转五个关节，各关节均采用液压驱动方式，由控制系统控制液压比例阀的开口方向及开口大小，实现液压马达运动方向和运动速度的精确控制； 

高压纯水制备子系统，包括：所述高纯水制备装置、及供水压力装置等组成。高纯水制备装置采用两级反渗透技术实现高电阻率纯净水的制备，其输出水的电阻率可以达到1MΩ；供水压力装置采用输出压力可调的压力柱塞泵将高纯水制备装置产生的高纯水加压，通过高压水管将高压纯水输送到水冲洗机器人本体系统，该装置的输出水的压力最大可以达到10MPa。该高压纯水制备装置所需水源为普通自来水，经过该装置过滤后，可达到电力设备带电水冲洗导则所要求的水电阻率要求。 

变电站水冲洗机器人控制系统通过控制液压比例阀的开度控制实现和大臂旋转、大臂俯仰、小臂伸缩、平台俯仰、平台旋转及移动车体的移动精确控制，并通过在机械臂各关节处安装的角度及位移传感器，实现水冲洗机器人运动信息的实时监控； 

水冲洗机器人主控系统由机器人遥控模块、车载监控模块和平台信息采集模块组成，其连接框图如图1所示。由于变电站带电水冲洗机器人工作在高压电磁场环境下，考虑到设备运行的安全性，各模块间不能采用有线电气连接，故本实用新型采用无线AP和无线CLIENT设备，构建WIFI网络，实现上述三模块间的数据交互。 

车载监控模块布置在水冲洗机器人运载平台之上，用于实现机大臂旋转、大臂俯仰、小臂伸缩、平台俯仰、平台旋转及车体运动的控制和上述各关节角度信息，包括大臂旋转角度、大臂俯仰角度、小臂伸缩的距离等数据的采集。 

在该监控模块中，液压比例阀是其末端执行机构，其控制电压的范围为0-12V，6V为中位，此时液压比例阀控制液压马达停止运动；当输入电压大于6V时，控制液压马达正向旋转，且输入电压偏离中位电压越多，马达旋转速度越快，当输入电压小于6V时，控制液压马达反向旋转，且输入电压偏离中位电压越多，马达旋转速度越快；TRIO控制器是一种工业用多轴运动控制器，通过控制器IO输出口与各关节液压比例阀输入口连接，通过控制TRIO控制器输出口的输出电压，实现机器人液压执行机构的运动方向及运动速度的控制。 

在通用的机械臂控制系统中，考虑到实时性的要求，一般采用模拟量输出的角度或位移传感器与运动控制器采用有线电气连接的方式，但在本实用新型所述的高压电磁场环境下，考虑到设备运行的安全性，角度传感器采用RS485总线输出的绝对值编码器。其采集机械臂各关节的角度信息，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。 

平台信息采集模块布置在水冲洗机器人水枪平台之上，其与车载监控模块间不存在任何的电气连接，只是通过无线CLIENT与主控模块中的无线AP建立WIFI通讯连接。平台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平台俯仰、平台倾角数据，并通过WIFI网络上传至遥控模块的工控机中，实现从而水枪平台上传感器器信息的实时采集。采用该设计方式，将保证在工作时避免由于水枪平台距离高压带电设备距离很近而造成的设备接地放电的故障，保证机器人运行的安全性。 

遥控模块主要由工控机、触摸屏、遥控手柄和按键等组成，工控机是水冲洗机器人主控系统的核心模块，其收集各信息采集模块采集的传感器信息，对信息的分析处理，生成机器人控制策略，通过主控模块中的TRIO控制器实现机械臂及车体的控制。 

在该控制系统中，一方面，遥控手柄、触摸屏和按键与工控机连接，可通过无线WIFI向TRIO控制器下发机械臂控制命令，实现机械臂的开环控制；另一方面，工控机、TRIO控制器、液压比例阀及各轴的角度传感器又组成闭环控制系统，实现对机械臂的闭环伺服控制，其控制系统框图如下图2-3所示。 

本实用新型所述水冲洗机器人样机已经研制成功。其顺利通过了实验室内220KV等级高压、及电磁环境测试，并已顺利在220KV实验变电站内得到试验性应用，试验性应用表明，该控制系统能满足变电站带电水冲洗机器人的控制需求。 

本实用新型提供了一种变电站带电水冲洗机器人控制系统，该系统基于物联网技术和多传感器融合技术，构建变电站带电水冲洗机器人控制系统，采用该控制系统可以使变电站巡检机器人代替人的完成220kV变电站带电作业频率高的绝缘子水冲洗任务，一方面可减轻作业人员的劳动强度，另一方面也为作业人员的安全提供了保证的变电站水冲洗机器人无线遥控系统。后续将机器视觉技术引入该系统，利用图像处理、模式识别等功能，实现冲洗设备的自动识别，并利用视觉伺服技术进一步提高系统的智能型和自主性，随着系统的性能的不断提高，相信系统将会有相当大的应用空间。 

Claims (7)

1.变电站带电水冲洗机器人控制系统，其特征是，包括遥控模块、车载监控模块和平台信息采集模块；所述遥控模块与车载监控模块之间及车载监控模块和平台信息采集模块之间均通过无线设备相连；所述遥控模块包括有工控机、触摸屏、遥控手柄和按键，遥控手柄、触摸屏和按键均与工控机连接。 

2.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人控制系统，其特征是，所述车载监控模块布置在水冲洗机器人运载平台之上，液压比例阀是车载监控模块的末端执行机构，通过TRIO控制器IO输出口与各关节液压比例阀输入口连接。 

3.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人控制系统，其特征是，所述平台信息采集模块及车载监控模块的角度传感器采集机械臂各关节的角度信息，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。 

4.如权利要求3所述的变电站带电水冲洗机器人控制系统，其特征是，所述平台信息采集模块布置在水冲洗机器人水枪平台之上，平台信息采集模块通过无线CLIENT与主控模块中的无线AP建立WIFI通讯连接。 

5.如权利要求4所述的变电站带电水冲洗机器人控制系统，其特征是，所述平台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平台俯仰及平台倾角数据，并通过WIFI网络上传至遥控模块的工控机中。 

6.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人控制系统，其特征是，所述遥控模块包括工控机，工控机收集平台信息采集模块采集的传感器信息，通过TRIO控制器实现机械臂及车体的控制。 

7.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人控制系统，其特征是，所述无线设备为无线AP和无线CLIENT设备。