CN204557098U - 变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统，包括：主控制系统包括遥控模块、车载控制器和信息采集模块，遥控模块与车载控制器之间通过无线方式连接；信息采集模块采集装设于水冲洗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、磁场测距传感器以及激光测距仪，控制机器人与绝缘子串之间的距离保持在安全距离之内；应急开关与主控制系统连接，手动杆与车载控制器连接。本实用新型有益效果：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，保证了机器人在突发状况下能够立即停止工作，有效地保护内部器件以及外部冲洗的设备。

Description

变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统。

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。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；带电水冲洗技术要求较高，受环境、积污情况、设备爬距、设备布置方式等多种因素影响，人工冲洗时容易发生设备闪络。

3、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。

4、现有的水冲洗设备自动化程度不高、效率低、能耗大、存在着很大的安全隐患。且现有水冲洗设备不具备纯水制备功能，需要配套专门的纯水制备装置，设备占地面大，在场地空间较小的环境下，不能够实现灵活的控制；或者纯水制备能力较差，导致冲洗作业时存在安全隐患。

5、机器人工作过程中，如果遇到突发事件，不能够保证水冲洗机器人及时做出相应的调整，容易导致内部器件以及冲洗设备的损坏。

因此研发能够实现自动、远程控制以及应急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

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统，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，同时在遇到突发状况时，实现对带电水冲洗机器人的应急控制，保证电网的安全运行。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统，包括变电站带电水冲洗机器人主控制系统、测距控制系统以及应急控制装置；

所述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；所述信息采集模块采集装设于水冲洗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、磁场测距传感器以及激光测距仪，控制机器人与绝缘子串之间的距离保持在安全距离之内；所述应急控制装置包括用于实现机器人急停的应急开关以及实现自动控制与手动控制切换的手动杆；所述应急开关与主控制系统连接，手动杆与车载控制器连接。

所述车载控制器包括电控开关，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采集带电水冲洗机器人的冲洗高度以及冲洗角度信息，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，实现水枪云台上传感器信息的实时采集，工控机收集信息采集模块采集的传感器信息，通过TRIO控制器实现对变电站水冲洗机器人的控制。

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。

所述变电站带电水冲洗机器人包括车体移动机构、升降机构和水枪冲洗机构；所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连，升降机构的回转平台上安装有三节两级伸缩臂，所述三节两级伸缩臂通过调平油缸与水枪冲洗机构连接。

所述三节两级伸缩臂包括大臂、连接臂及小臂，大臂铰接到回转平台上，连接臂前、后端均设置有滑块，滑块与连接臂螺栓连接，连接臂通过滑块与大臂、小臂滑动连接，连接臂的头部安装有链轮；所述三节两级伸缩臂的大臂、小臂上通过螺栓连接有变幅链条，大臂前端绕过链轮与伸缩链条的前端铰接，伸缩链条的末端与小臂末端铰接。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型代替操作人员，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)本实用新型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；同时应急控制装置保证了机器人在突发状况下能够立即停止工作，有效地保护内部器件以及外部冲洗的设备。

(3)本实用新型可实现水阻率、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，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为本实用新型变电站带电水冲洗机器人结构示意图；

图2为本实用新型变电站带电水冲洗机器人制图支撑时结构俯视图；

图3为本实用新型变电站带电水冲洗机器人工作极限位置的结构示意图；

图4本实用新型的主控系统整体方框图；

图5本实用新型的机器人控制系统车载控制器与遥控模块方框图；

图6本实用新型的控制系统框图。

其中，1、从动轮，2、承重轮，3、张紧缓冲装置，4、驱动轮，5、履带，6、履带底盘，7、比例控制阀组B，8、回转平台，9、调平油缸Ⅰ，10、变幅链条，11、大臂，12、变幅油缸，13、伸缩链条，14、链轮，15、工作台，16、俯仰油缸，17、水枪架，18、调平油缸Ⅱ，19、跟踪摄像机，20、激光测距仪，21、水枪，22、电气控制箱，23、后液压支腿Ⅰ，24、后液压支腿Ⅱ，25、液压油箱，26、前液压支腿Ⅰ，27、前液压支腿Ⅱ，28、柴油箱，29、连接臂，30、小臂，31、应急控制装置。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

变电站带电水冲洗水冲洗机器人包括机器人本体和机器人控制系统。

带电水冲洗机器人结构示意图如图1-图3所示，主体由机械本体和远程遥控装置组成。其中，机械本体主要由车体移动机构、三节两级伸缩臂升降机构、水枪冲洗机构、液压控制系统和电气控制系统组成。车体移动机构为履带式移动底盘结构，履带底盘的一边为柴油箱，另一边为液压油箱，机器人的动力源为车载柴油机；所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台8相连，升降机构的回转平台8上还安装有三节两级伸缩臂，三节两级伸缩臂的小臂30通过调平油缸Ⅱ18与水枪冲洗机构的工作台15相连，所述回转平台8上还连接有液压控制系统的比例控制阀组；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利用液压控制系统通过无线方式完成对机器人的车体移动机构、升降机构及水枪冲洗机构的控制。

变电站带电水冲洗机器人工作动力来源车载柴油机。采用自带动力源，柴油机提供动力，可以进入密集设备区内作业，解决了现场的电源配置问题。

车体移动机构采用履带式移动底盘结构，主要由履带底盘6、左右行走马达、驱动轮4、承重轮2、履带5、张紧缓冲装置3以及两侧的四个液压支腿组成。底盘左边为柴油箱28，右边为液压油箱25，后液压支腿Ⅰ23，后液压支腿Ⅱ24，前液压支腿Ⅰ26，前液压支腿Ⅱ27铰接在履带底盘6上。

三节两级伸缩臂组成的升降机构主要由回转平台8、三节两级伸缩臂，调平机构组成。回转平台8通过回转支承与车体移动机构连接，由回转马达驱动实现回转平台8及其附属各部件360°连续回转运动，比例控制阀组7通过螺栓连接在回转平台8上；两级伸缩臂主要由大臂11、连接臂29、小臂30组成，两级伸缩臂安装于回转平台8上，大臂11铰接到回转平台8上，连接臂29前后端有滑块，滑块与连接臂29螺栓连接，连接臂29与大臂11、小臂30滑动连接，连接臂29的头部安装链轮14；变幅油缸12与大臂11、回转平台8铰接连接，伸缩油缸与大臂11、连接臂29铰接连接；调平机构主要由调平油缸Ⅰ9和调平油缸Ⅱ18组成，调平油缸Ⅰ9安装在回转平台8和大臂11间，与回转平台8、大臂11铰接连接，调平油缸Ⅱ18安装在工作台15与小臂30之间，与工作台15、小臂30铰接连接；变幅链条10通过螺栓分别连接在大臂11、小臂30上，伸缩链条13的前端铰接在大臂11前端，绕过链轮14，末端铰接小臂30末端。

变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统如图4-图6所示，包括主控制系统和测距控制系统以及应急控制装置31，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水冲洗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；应急控制装置31包括用于实现机器人急停的应急开关以及实现自动控制与手动控制切换的手动杆；应急开关与主控制系统连接，手动杆与车载控制器连接。机器人遇到突发故障时，工控机控制启动应急开关，使机器人停止工作；机器人运行过程中，通过操作手动杆，使得机器人在手动控制与自动控制工作状态之间进行切换。

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。

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实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统，其特征是，包括变电站带电水冲洗机器人主控制系统、测距控制系统以及应急控制装置；

所述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；所述信息采集模块采集装设于水冲洗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、磁场测距传感器以及激光测距仪，控制机器人与绝缘子串之间的距离保持在安全距离之内；所述应急控制装置包括用于实现机器人急停的应急开关以及实现自动控制与手动控制切换的手动杆；所述应急开关与主控制系统连接，手动杆与车载控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统，其特征是，所述车载控制器包括电控开关，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机器人用应急控制系统，其特征是，所述遥控模块包括工控机、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机器人用应急控制系统，其特征是，所述信息采集模块及车载控制器采集带电水冲洗机器人的冲洗高度以及冲洗角度信息，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机器人用应急控制系统，其特征是，所述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，实现水枪云台上传感器信息的实时采集，工控机收集信息采集模块采集的传感器信息，通过TRIO控制器实现对变电站水冲洗机器人的控制。

6.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统，其特征是，所述无线方式为采用无线AP模块和无线CLIENT设备。

7.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统，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。

8.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统，其特征是，所述变电站带电水冲洗机器人包括车体移动机构、升降机构和水枪冲洗机构；所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连，升降机构的回转平台上安装有三节两级伸缩臂，所述三节两级伸缩臂通过调平油缸与水枪冲洗机构连接。

9.如权利要求8所述的一种变电站带电水冲洗机器人用应急控制系统，其特征是，所述三节两级伸缩臂包括大臂、连接臂及小臂，大臂铰接到回转平台上，连接臂前、后端均设置有滑块，滑块与连接臂螺栓连接，连接臂通过滑块与大臂、小臂滑动连接，连接臂的头部安装有链轮；所述三节两级伸缩臂的大臂、小臂上通过螺栓连接有变幅链条，大臂前端绕过链轮与伸缩链条的前端铰接，伸缩链条的末端与小臂末端铰接。