CN218504527U - 一种配电室有线通讯方式的联动操作平台及平台系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力系统配电技术领域，具体涉及一种配电室有线通讯方式的联动操作平台及平台系统。配电室有线通讯方式的平台系统包括机器人本体以及后台控制系统，机器人本体包括用于控制分合闸的机械臂系统、带电检测工具、移动平台系统、安全I区通讯协议转换器以及安全II区通讯协议转换器，后台控制系统包括安全I区交换机、安全II区交换机；安全I区通讯协议转换器一端电性连接机械臂系统，另一端电性连接安全I区交换机；安全II区通讯协议转换器一端电性连接带电检测工具，另一端电性连接安全II区交换机。通过上述有线连接方式，将操作平台上安全等级高的设备与后台控制系统连接，避免了无线通讯可能出现黑客侵入，造成安全威胁的问题。

Description

一种配电室有线通讯方式的联动操作平台及平台系统

技术领域

本实用新型属于电力系统配电技术领域，具体涉及一种配电室有线通讯方式的联动操作平台及平台系统。

背景技术

有线通信技术是一种需要借助有型传播媒介来进行信息数据传输的通信技术。现在有线通信技术应用最多的就是电线和光缆，他们可以从数据起点通过电线和光缆将数据信息传输到接收终端上，通过一些特殊设备进行数据和信息的破译和解析，转化成人们可以识别的形式让用户获取和了解信息。因此，电线和光缆总体来说在运输信息上要更加稳定和安全，光缆的特性能够进行一定的抗干扰和减少信息传递的损耗。无线通信技术应用的电磁波等无形介质本身具有自己的特性，随着传播的时间就会慢慢地衰弱甚至消失，因此在传输信号和信息时随着时间长短以及辐射的距离长远的因素下，信号传输的稳定性会比较弱，而且有一些信号甚至会出现损耗的情况，会对人们在接受信息和知识产生不良影响。在这一点上，有线通信技术的相对来说更加具有优势，因为有型传播媒介本身是不容易对信号传输产生影响的，传输的平稳性较高，而且随着技术的发展，传播媒介对于信号本身的影响程度会越来越小，还能够抵抗外界的一些干扰因素，因此一般国防和国家安全等重要工作都是采用有线通信技术进行信息传输，这样可以有效降低无线通信技术所带来的弊端，保证信息数据的完整性。

配电是电力系统中直接与用户相连并向用户分配电能的环节，配电设备的状态是否正常直接关系到用户用电质量，保证配电设备的正常运行至关重要。由于目前国内配电室内的设备如进线柜、出线柜、电容柜等均不自带数据采集模块，不能自动向工作人员发送自身状态信息，仍需要人工巡检。由于设备数量较多、巡检工作量较大、工作人员的技术水平良莠不齐，因此人工日常巡检维护不能得到充分的保障，有时甚至不能发现设备的异常状况，无法及时处理问题，造成错检、漏检等现象，带来巨大的损失。而配电网的运行质量直接影响用户对于整体电网的满意度，并且随着配电网的投资建设速度的不断加快，配电网规模将迎来持续的增长，社会发展对供电可靠性的更高要求，都对配电网检修维护工作提出了更高的要求。因此对配电网的智能巡检操作平台的研究具有重大意义，国内科研院所及装备企业做了一些研究：例如，申请公布号为CN110086103A的中国实用新型专利公开了配电房机器人的作业方法，配电房机器人接收作业任务后，移动至待操作配电设备处，进行操作，避免了人工进行操作耗时长以及效率低的问题，有效提高对配电房中配电设备的操作效率；再如，申请公布号为CN210732465U的中国实用新型专利公开了配电房巡检机器人，该配电房机器人能够实现对不同高度、不同位置进行巡视，并有无线通信设备，用于将采集的信息传递给远程终端。这些研究能在一定程度上提升了配电室检修维护的效率和水平，但仍存在一些安全问题和一些技术上的不足：

(1)安全威胁，无线通信在传输过程中常常会因为无线信号与无线资源的问题影响，这种现象在某种程度上将会容易遭到黑客的偷袭与抢占资源。无线通信信号不稳定，在无线设备传输过程中常常因为不同类型设备的接入，造成信号不稳定现象的发生。尤其在封闭环境当中常常会出现各种通信不顺畅现象。

(2)目前所公开的配电室巡检机器人仅具备巡检功能，不具有一键顺控控制方式以及地刀操作的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种配电室有线通讯方式的联动操作平台及平台系统，用以解决配电室巡检操作平台无线通讯存在的通讯安全的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种配电室有线通讯方式的联动操作平台，包括机器人本体，所述机器人本体包括用于控制分合闸的机械臂系统、带电检测工具、移动平台系统、安全I区通讯协议转换器以及安全II区通讯协议转换器；所述安全I区通讯协议转换器一端电性连接机械臂系统，另一端用于电性连接安全I区后台控制系统；安全II区通讯协议转换器一端电性连接带电检测工具，另一端用于电性连接安全II区后台控制系统；所述移动平台系统包括底盘车和移动控制系统，所述移动控制系统电性连接底盘车，用于控制底盘车移动。

其有益效果为：通过上述有线连接方式，将操作平台上安全等级高的设备与后台控制系统连接，避免了无线通讯可能出现黑客侵入，造成安全威胁的问题，并且通过设置安全I区通讯协议转换器以及安全II区通讯协议转换器，将控制安全I区设备(即机械臂系统)与控制安全II区设备(即带电检测工具)形成两条独立的通讯路线，保证安全等级不同设备之间的通讯不影响，进而提升安全I区设备与安全II区设备之间的通讯安全。

进一步地，所述机器人本体还包安全IV区通讯协议转换器，所述安全IV区通讯协议转换器一端电性连接移动控制系统，另一端用于无线或有线连接安全IV区后台控制系统。机器人本体中设置有移动平台系统，并设置单独的安全IV区通讯协议转换器，与移动平台系统进行通讯的过程，实现移动平台系统的单独控制，并且此单独控制线路并不能控制安全I区与安全II区涉及的控制设备，进而提升了对安全I区设备以及安全II区设备的控制安全。

进一步地，安全I区通讯协议转换器与机械臂系统通过RS485串口通信；安全II区通讯协议装换器与带电检测工具通过RS485串口通信。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种配电室有线通讯方式的平台系统，包括机器人本体以及后台控制系统，所述机器人本体包括用于控制分合闸的机械臂系统、带电检测工具、移动平台系统、安全I区通讯协议转换器以及安全II区通讯协议转换器，所述后台控制系统包括安全I区交换机、安全II区交换机；安全I区通讯协议转换器一端电性连接机械臂系统，另一端电性连接安全I区交换机；安全II区通讯协议转换器一端电性连接带电检测工具，另一端电性连接安全II区交换机；所述移动平台系统包括底盘车和移动控制系统，所述移动控制系统电性连接底盘车，用于控制底盘车移动。

其有益效果为：通过上述有线连接方式，将操作平台上安全等级高的设备与后台控制系统连接，避免了无线通讯可能出现黑客侵入，造成安全威胁的问题，并且通过设置安全I区通讯协议转换器以及安全II区通讯协议转换器，将控制安全I区设备(即机械臂系统)与控制安全II区设备(即带电检测工具)形成两条独立的通讯路线，保证安全等级不同设备之间的通讯不影响，进而提升安全I区设备与安全II区设备之间的通讯安全。

进一步地，所述机器人本体还包括安全IV区通讯协议转换器，所述后台控制系统还包括安全IV区交换机，所述安全IV区通讯协议转换器一端电性连接移动控制系统，另一端用于无线或有线连接安全IV区后台控制系统。机器人本体中设置有移动平台系统，并设置单独的安全IV区通讯协议转换器，与移动平台系统进行通讯的过程，实现移动平台系统的视频信息上传至安全IV区后台系统的过程，并且此通讯线路并不能控制安全I区与安全II区涉及的控制设备，进而提升了对安全I区设备以及安全II区设备的控制安全。

进一步地，还包括正向隔离装置和反向隔离装置；所述正向隔离装置设置在安全I/II区交换机的输出端与安全IV区交换机的接收端之间；所述反向隔离装置设置在安全I/II区交换机的接收端与安全IV区交换机的发送端之间。通过设置正向隔离装置与反向隔离装置，使得安全I/II区与安全IV区之间的通讯隔离，即安全I区设备在进行操作任务时或安全II区设备在进行检测任务时，当进行至需使用云台相机数据，则安全I/II区将指令通过正向隔离装置到达安全IV区分析控制系统，分析控制系统用于管理相机，根据接收的信息控制相机以设定姿态进行信息采集；信息采集完毕后，平台系统将采集信息、状态信息以及报警信息上传至安全IV区后台系统，此时安全IV区后台系统经过信息的分析处理，将分析结果通过反向隔离装置发送给智能联动操作平台，用于平台根据分析结果进行防误逻辑判断以确定是否执行下一步操作指令。由此通过设置正向隔离装置与反向隔离装置保证了安全I区设备和安全II区设备与安全IV区设备之间信息隔离，即保证了配电室的设备安全。

进一步地，还包括滑线吊轨，所述滑线吊轨用于机器人本体与后台控制系统有线连接；所述滑线吊轨包括悬设于配电室空中的轨道，所述轨道上滑动连接有滑车，有线连接的电缆间隔设定距离固定在滑车上。通过滑线吊轨实现有线连接的方式，能够避免有线线路在地面时，移动平台移动会导致线路缠绕的情况，进而避免了移动平台在移动中因线路缠绕导致无法移动的问题，保证了移动平台的安全移动。

进一步地，安全I区通讯协议转换器与机械臂系统通过RS485串口通信；安全II区通讯协议装换器与带电检测工具通过RS485串口通信。

进一步地，安全I区通讯板与安全I区交换机通过RJ45网线有线连接；安全II区通讯板与安全II区交换机通过RJ45网线有线连接；安全IV区通讯板与安全IV区交换机有线连接时通过RJ45网线有线连接。

附图说明

图1是本实用新型的智能联动操作平台通讯架构示意图；

图2是本实用新型的智能联动操作平台通讯方式示意图；

图3是本实用新型的滑线吊轨结构示意图；

图4是本实用新型的滑线吊轨安装示意图。

其中，1、C型钢轨道；2、接头；3、吊夹；4、端阻；5、端帽；6、牵引首车；7、中间滑车；8、固定尾车；9、支架；10、电缆；11、钢丝。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

配电室有线通讯方式的平台系统实施例：

本实用新型的智能联动操作平台总体尺寸大小为：700×1100×1400mm(收缩、行走状态)，展开作业时，机械手臂的最大作业高度可达2100mm。智能联动操作平台系统(即配电室有线通讯方式的平台系统)主要由三部分组成，分别为移动式电力智能联动操作平台本体(即机器人本体)、充电桩和后台系统(即后台控制系统)。其中，移动式电力智能联动操作平台本体位于开关室内，并在开关室内运行移动，执行相关作业，是所有业务的执行的最前端。

如图1，智能联动操作平台包括：带电检测工具、机械臂系统以及机器人控制系统，根据电力二次系统的特点，划分为生产控制大区和管理信息大区，生产控制大区又分为控制区(安全区I)和非控制区(安全区II)，信息管理大区又分为生产管理区(安全区III)和管理信息区(安全区IV)，其中安全区I典型系统包括：调度自动化系统、变电站自动化系统、继电保护、安全自动控制系统等；安全区II典型系统包括：水库调动自动化系统、电能量计量系统、继保及故障录波信息管理系统等；安全区III典型系统包括：调度生产管理系统(DMIS)、雷电监测系统、统计报表系统等；安全区IV典型系统包括：管理信息系统(MIS)、办公自动化系统(OA)、客户服务系统等。因此智能平台中带电检测工具隶属于安全II区设备，机械臂系统隶属于安全I区设备。如图1，机器人本体还包括云台相机，用于配电室内部日常的巡检，将变电室内的图像信息和视频信息发送至后台监视系统，所以本实用新型的智能操作平台还包括安全IV区设备。

如图1，机器人本体上还设置I区通信卡(安全I区通讯协议转换器)、II区通信卡(安全II区通讯协议转换器)以及IV区通信卡(安全IV区通讯协议转换器)，并且I区通信卡通过有线方式连接I区(安全I区后台控制系统)；II区通信卡通过有线方式连接II区(安全II区后台控制系统)；IV区通信卡通过有线或无线方式连接IV区(安全IV区后台控制系统)，并且通信卡还对应连接相应的设备，建立相应的通信关系。智能联动操作平台与安全I区的通信：安全Ⅰ区通信板位于操作平台上，与操作平台机械臂控制系统使用RS485串口通信，使用RJ45网线与安全Ⅰ区通信，协议使用IEC61850；智能联动操作平台与安全Ⅱ区的通信：安全Ⅱ区通信板位于操作平台上，与操作平台带电检测工具控制系统使用RS485串口通信，使用RJ45网线与安全Ⅱ区通信，协议使用IEC61850；智能联动操作平台与安全IV区的通信：安全IV区通信板位于操作平台上，与移动平台控制系统有线连接，若用有线方式连接安全IV区，则使用RJ45网线与安全IV区通信，因此上述通信板相当于通讯协议转换器，用于实现安全区与智能操作平台之间的通信协议转换，进而实现安全区与智能操作平台之间的通信。整个智能联动操作平台使用通信线缆与各个模块通讯，在进行巡检作业时，带电检测工具模块的RS485信号通过Ⅱ区通讯卡使用网线与安全Ⅱ区进行通讯；在进行操作作业时，机械臂模块的RS485信号通过Ⅰ区通讯卡使用网线与安全Ⅰ区进行通讯。

因智能联动操作平台上设置有安全I区设备、安全II区设备以及安全IV区设备，为了保证配电室的通讯安全，即为了保证安全等级最高的安全I区设备的控制不受其他通讯设备的威胁，对上述不同安全区设备设置相应的通讯卡，并将通信卡连接到相应的安全区，实现设备的分区通讯，并且是基于有线连接的通信方式，能够有效避免无线通信中黑客入侵而造成的安全威胁，提高了智能联动操作平台与安全区之间的通讯安全，保障了智能联动操作平台的操作安全。

当智能联动操作平台在执行检测和操作任务时，会将采集信息、状态信息以及报警信息发送至后台系统，所以为了实现安全I/II区设备的安全操作，在安全IV区与安全I/II区之间增设正向隔离装置和反向隔离装置，如图2所示，正向隔离装置与反向隔离装置设置在安全I/II区设备与安全IV区设备之间，通过RJ45网线的方式与安全Ⅳ区通信。使用有线方式时，隔离装置接入Ⅳ区交换机；平台视频监控部署在安全Ⅳ区。

其中，平台视频监控部署在安全Ⅳ区。正反隔离装置满足的技术条件：两个安全区之间的正向隔离装置非网络方式的安全数据交换，并且保证安全隔离装置内外两个处理系统不同时连通；表示层与应用层数据完全单向传输，即从安全区III/IV到安全区I/II的TCP应答禁止携带应用数据；透明工作方式：虚拟主机IP地址、隐藏MAC地址；基于MAC、IP、传输协议、传输端口以及通信方向的综合报文过滤与访问控制；持NAT；防止穿透性TCP联接：禁止两个应用网关之间直接建立TCP联接，将内外两个应用网关之间的TCP联接分解成内外两个应用网关分别到隔离装置内外两个网卡的两个TCP虚拟联接。隔离装置内外两个网卡在装置内部是非网络连接，且只允许数据单向传输；具有可定制的应用层解析功能，支持应用层特殊标记识别。

具体的通讯过程为：当智能联动操作平台的后台系统发送操作控制信号时，通过网线与安全Ⅰ区交换机连接，同时Ⅰ区通讯卡也通过网线连接到交换机上，Ⅰ区通讯卡将后台发送的IEC61850信号转化为RS485信号传递给智能联动操作平台控制AGV小车根据路径规划建模运行到指定位置，操作机械臂完成手车的摇进摇出等操作命令；当智能联动操作平台的后台系统发送检测控制信号时，通过网线与安全Ⅱ区交换机连接，同时Ⅱ区通讯卡也通过网线连接到交换机上，Ⅱ区通讯卡将后台发送的IEC61850信号转化为RS485信号传递给联动操作平台控制AGV小车根据路径规划建模运行到指定位置，操作带电检测工器具完成检测命令；当智能联动操作平台在执行检测和操作任务时，当进行至需使用云台相机数据，安全I/II区将指令通过正向隔离装置到达安全IV区分析控制系统，分析控制系统用于管理相机，根据接收的信息控制相机以设定姿态进行信息采集；信息采集完毕后，会将云台相机获取的采集信息、状态信息以及报警信息经过正向隔离装置，使用网线与安全Ⅳ区交换机相连，上传到后台系统，后台系统经过信息的分析处理，将分析结果通过反向隔离装置发送给智能联动操作平台，用于平台根据分析结果进行防误逻辑判断以确定是否执行下一步操作指令，使移动平台完成下一步的操作指令。

为解决有线通讯方式智能联动操作平台在运行作业时电缆缠绕、电缆难以跨越的问题，采用滑线吊轨系统对智能联动操作平台的电源线和信号线进行铺设。如图3，本实用新型采用的C型钢轨道1、接头2、吊夹3、端阻4、端帽5、牵引首车6、中间滑车7、固定尾车8、支架9、电缆10以及钢丝11组成。具体安装方式如下：在配电室的屋顶安装支架，并使支架的长度低于配电室母线桥的高度，使用吊夹将每段滑轨与支架固定，整个滑轨距离地面的高度2.5m左右；将牵引滑车、中间滑车以及固定滑车依次安装在滑轨的每段上，再将线缆和牵引钢丝穿过滑车并间隔设定距离固定在滑车上，最后将端阻和端帽安装在每段滑轨上。机器人本体与滑线吊轨安装效果如图4所示。

有线通信方式采用以太网，使用超六类屏蔽RJ45网线。移动式智能联动操作平台本体部分，使用增高支架与悬挂滑线机构相连，带载通信网线。移动式智能联动操作平台移动过程中，滑线车自动跟随移动平台进行移动，提供有线网络。

本实用新型设计了一种有线通讯方式的智能联动操作平台，解决配电室智能联动操作平台有线通讯的布线施工困难以及安全的问题。在接收到配电室监控系统发送的控制命令后，可控制智能联动操作平台基于建模路线运行，并精确运行至待测位置，通过携带的多种检测传感器，完成对设备柜体号、指示灯、开关按钮、仪表读数、柜体内部温度、柜体内部局部放电现象和室内环境温湿度等信息的采集，并操作断路器手车的摇进摇出、接地刀闸的分合等。同时将采集信息、状态信息以及报警信息实时传送至后台分析处理，大大提高了设备状态检测的准确性、实时性以及自动化水平，并采用有线的方式与安全Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅳ区进行通讯，通过正反隔离装置保证信息的安全性。

配电室有线通讯方式的联动操作平台实施例：

本实施例中的操作平台包括移动式电力智能操作平台本体(即机器人本体)，而机器人本体的具体结构以及具体结构产生的效果已在配电室有线通讯方式的平台系统实施例中介绍的足够清楚，此处不再赘述。

Claims (9)

1.一种配电室有线通讯方式的联动操作平台，其特征在于，包括机器人本体，所述机器人本体包括用于控制分合闸的机械臂系统、带电检测工具、移动平台系统、安全I区通讯协议转换器以及安全II区通讯协议转换器；所述安全I区通讯协议转换器一端电性连接机械臂系统，另一端用于电性连接安全I区后台控制系统；安全II区通讯协议转换器一端电性连接带电检测工具，另一端用于电性连接安全II区后台控制系统；所述移动平台系统包括底盘车和移动控制系统，所述移动控制系统电性连接底盘车，用于控制底盘车移动。

2.根据权利要求1所述的配电室有线通讯方式的联动操作平台，其特征在于，所述机器人本体还包括安全IV区通讯协议转换器，所述安全IV区通讯协议转换器一端电性连接移动控制系统，另一端用于无线或有线连接安全IV区后台控制系统。

3.根据权利要求2所述的配电室有线通讯方式的联动操作平台，其特征在于，安全I区通讯协议转换器与机械臂系统通过RS485串口通信；安全II区通讯协议装换器与带电检测工具通过RS485串口通信。

4.一种配电室有线通讯方式的平台系统，其特征在于，包括机器人本体以及后台控制系统，所述机器人本体包括用于控制分合闸的机械臂系统、带电检测工具、移动平台系统、安全I区通讯协议转换器以及安全II区通讯协议转换器，所述后台控制系统包括安全I区交换机、安全II区交换机；安全I区通讯协议转换器一端电性连接机械臂系统，另一端电性连接安全I区交换机；安全II区通讯协议转换器一端电性连接带电检测工具，另一端电性连接安全II区交换机；所述移动平台系统包括底盘车和移动控制系统，所述移动控制系统电性连接底盘车，用于控制底盘车移动。

5.根据权利要求4所述的配电室有线通讯方式的平台系统，其特征在于，所述机器人本体还包括安全IV区通讯协议转换器，所述后台控制系统还包括安全IV区交换机，所述安全IV区通讯协议转换器一端电性连接移动控制系统，另一端用于无线或有线连接安全IV区后台控制系统。

6.根据权利要求5所述的配电室有线通讯方式的平台系统，其特征在于，还包括正向隔离装置和反向隔离装置；所述正向隔离装置设置在安全I/II区交换机的输出端与安全IV区交换机的接收端之间；所述反向隔离装置设置在安全I/II区交换机的接收端与安全IV区交换机的发送端之间。

7.根据权利要求6所述的配电室有线通讯方式的平台系统，其特征在于，还包括滑线吊轨，所述滑线吊轨用于机器人本体与后台控制系统有线连接；所述滑线吊轨包括悬设于配电室空中的轨道，所述轨道上滑动连接有滑车，有线连接的电缆间隔设定距离固定在滑车上。

8.根据权利要求7所述的配电室有线通讯方式的平台系统，其特征在于，安全I区通讯协议转换器与机械臂系统通过RS485串口通信；安全II区通讯协议装换器与带电检测工具通过RS485串口通信。

9.根据权利要求8所述的配电室有线通讯方式的平台系统，其特征在于，安全I区通讯板与安全I区交换机通过RJ45网线有线连接；安全II区通讯板与安全II区交换机通过RJ45网线有线连接；安全IV区通讯板与安全IV区交换机有线连接时通过RJ45网线有线连接。

Images