配电室巡检机器人解决方案室内挂轨式

一、某车间配电房需求分析

某车间配电房共有31个，主变2个，且在地域上分布非常分散，导致对配电房的巡检工作量急剧增加。传统配电室的日常巡检工作以人工为主，通过固定的监控检测设备和手持式检测设备进行辅助巡检。

目前传统巡检方式存在很多问题，主要有以下几点。

1）巡检工作量大

配电房、IDC、继保室、开关室等数量巨大，巡检内容多，人员巡检难以按照实际业务需求全面覆盖。

2）缺少提前预测

由于缺少提前预测功能，相关值守人员只能在异常发生之后进行“事后响应”，无法提前进行预警和避免事故的发生。

3）缺乏统一调度

现场监测未联网，大量现场设备和环境数据未整合，缺乏一个统一的调度单元。

4）工作安全隐患

人员对现场环境感知度差，在巡检过程中，无法预测有毒有害气体，一些辐射场所也有可能对人体产生重大影响。

二、系统方案设计

电科恒钛室内挂轨式巡检机器人系统以巡检机器人为核心，集移动视频巡检、红外测温、环境监控、数据智能分析等功能于一体，实现对巡检区域设备的实时监控、数据分析管理。巡检机器人主要由控制中心、水平运动机构、轨道总成、升降运动机构以及视、音频设备等五大部分组成，所搭载的各类摄像机、拾音器设备在采集了相应的数据后，通过系统的数据传输通道（有线、无线、载波等方式），将网络数字信号或模拟信号传输给监控中心的控制平台； 核心解码器支持TCP/IP网络或RS485串行通信模式直接控制，实现监控平台的在线控制功能。

2.1运行轨道

室内轨道式智能巡检机器人沿着室内顶部铺设的工字铝轨道运行。机器人行走导轨选择在室内顶端敷设轨道，机器人在轨道上运行，不影响下方通道的人员通行。

在工程实施时，可根据现场测绘进行轨道的设计。在不需要转弯的情况下，每隔3m安装一个吊架，在转弯处每隔1.5米安装1个吊架。为保证机器人的定位精度，每隔一定距离安装1个定位标签，弯轨处标签距离减小。轨道采用特殊定制铝合金型材，具有强度高，重量轻，耐腐蚀的优点。便于运输及施工，集中载荷承重能力200Kg。轨道通过吊架安装在室内顶端，将高度可调的安装支架安装在预先安装好的膨胀螺栓上，然后将轨道抬起，通过T型槽内的T型螺栓固定在安装支架上。支架具有能上下、左右调节的能力，螺栓可以在工型轨道的安装槽内前后滑动，从而降低对预埋螺栓精度的要求。

通过对室内室的勘测，按转弯、爬坡和直轨对轨道进行预制，现场只需调整轨道，无需切割，从而提高施工效率。

定制铝合金型材。截面尺寸:80mmx68mm，采用阳极氧化的处理方式，设计使用寿命>50年。规格长度为：3000mm，具体结构以及尺寸如下图所示。

最小弯轨半径：500mm。规格参数根据现场具体情况而定。

2.2移动平台

机器人终端运动平台采用电机驱动、摩擦轮提供动力的方式进行。摩擦轮与工型轨道接触，通过自身重力与轨道压牢，产生较大的摩擦力。摩擦轮材质耐磨，且与铝合金工型轨道面之间有较大的摩擦系数，以便提供较大的驱动力。

2.3升降机构

在检测组件的升降上，采用升降机构来实现。升降机构以对称式的两根固定升降云台进行升降。升降机构设置了限位，当机器向下运动时，碰到人或物体时机器会自动停止下降，以此避免发生机器撞坏或人体受到伤害。收回状态的高度与行程成正比。

运动控制系统通过增加位置检测装置，控制板卡可以实时的获取当前的升降位置，从而实现位置控制的功能。

2.4通信组件

机器人系统采用PLC电力线载波通讯，机器人本机控制信号和视频信号均转换为网络接口，并与PLC电力猫采用同一交换机，实现机器人与后台的通讯。 由于受电力猫通讯距离的限制，在机器人导轨末端采用PLC电力猫将网络信号转换为有线形式。

2.5摄像机

摄像机是挂载设备，可以挂载不同的摄像机。

三、轨式巡检机器人功能配置

3.1视频监控功能

视频成像系统包含高清可见光相机、高精度云台。

云台为高速高精度云台，旋转速度最高为80°/s，可迅速找到目标位置，旋转角度水平方向为360度连续旋转，垂直方向为±90°，确保全视野无盲区。定位精度高，能准确捕捉预置位置的图像信息。

云台内搭载一体化高清相机用于室内可见光成像，其具备大倍数光学镜头控制。同时，该可见光一体化机芯具备防抖动功能，对5-15Hz的振动有明显抑制作用。可见光摄像机采用200万像素CCD成像单元，在实现大范围监控的同时，还能获得高清的画质，有利于实现机器人的智能识别功能。采用高性能处理芯片及硬件平台，性能可靠、稳定，采用先进的视频压缩技术，压缩比高，且处理灵活，超低码率。具有全自动聚焦功能，使用方便。支持TCP/IP、HTTP、DDNS等网络通讯协议。

3.2红外测温检测

智能巡检系统可实现红外视频图像采集功能，控制云台自由转动，拍摄配电机房内各种设备红外热成像，并将采集到的信息经局域网实时传输到主控室，自动巡检过程中，自动发现温度超限节点和区域，依照DLT664规范对站内设备进行温度检测，对电流、电压致热型缺陷或故障进行自动分析判断，并预警。并保存拍照的时间、地点、图片信息，在主控室的工作人员便可根据图像判断出区域内的各种设备是否安全。

3.3仪表检测读数图像识别

智能巡检机器人可实现可见光视频图像采集功能，机器人可自动移动到指定位置，控制云台自由转动，拍摄区域内各种表计设备照片，并将采集到的信息经无线局域网实时传输到主控室，系统自动根据图像信息，识别表计读数，并记录在数据库，当发现表计数据冲超过预设的报警值时，进行声光报警。

3.4局放检测

开关柜局部放电的检测采用瞬态地电波（TEV）检测法，瞬态地电波（TEV）传感器实时监测开关柜局放信号的主要特征量，包括局放脉冲次数、脉冲幅值，通过对不同缺陷模型下的时域相位、脉冲数和测量阀值之间关系的研究，结合超高频传感器和脉冲电流传感器，排除场干扰信号，对开关柜绝缘故障情况进行报警。

物理形式上采用分布式传感器设计，在开关柜合适位置固定放置局放传感器，传感器为自供电一体式设计，采用高能电池供电。传感器采用吸附式设计，体积小，安装时无损耗品。采集的数据通过zigbee无线通讯技术传输或有线传输。设计上采用独立的噪音处理通道，屏蔽现场噪音。现场数据处理传输单元自带操作系统，可根据现场环境单独设置环境参数，使数据更稳定准确。局放传感器检测频带：10K～100MHz，测量范围：-20～60dB/mV。

局放接收端通过zigbee无线或有线形式接收到局放信息，转换为网络信号，与机器人其他信息一同传输到控制终端，结合预存数据库对局放数据进行分析判断。

3.5信息预警与智能报警

系统具备预警功能，可完成历史数据统计与趋势分析，能够提前预测巡检区域可能出现的设备故障和运行环境缺陷，并及时发出预警信息通知后台管理人员。

设备高温报警

仪表读数超限报警

当出现通信中断、接收的报文内容异常的情况时，系统设备失去网络后可能无法正常工作，后台具备网络通信断开报警。每台设备巡检结果的多张照片统一归集于每台设备目录下，系统逻辑清晰，以便后期故障排查。

3.6信息交换与通信网络功能

1、机器人后台应可以与其它视频监控系统实现互联互通，可以接入其它视频平台或者自身系统辅助增加的视频数据，进行高级智能分析和识别功能。

2、机器人后台可以与其它环境检测系统实现互联互通，可以接入其它平台，或者自身系统辅助增加的环境检测传感器的数据，进行存储、分析和报警。

3.7实时定位功能

采用光电编码器和RIFD电子标签配合，关键位置设置RIFD标签，对设定的工作位置、弯道进行精确定位。

当室室内轨道式智能巡检机器人接近任务点时，提前减速、停止，调整云台转向，对任务点设备进行信息采集。

当室内轨道式智能巡检机器人接近转弯点时，自动减速通过。根据设定的弯道允许速度，将机器人减速至允许速度通过。

室内轨道式智能巡检机器人在运动过程中通过伺服电机编码器和定位标签定位结合的方式进行定位，保证室内轨道智能巡检机器人控制器和远程中心管理平台可以实时了解巡检机器人的位置信息。

四、软件功能说明

4.1自动巡检

自动巡检是挂轨机器人按照预设规划路径自动巡视方式，机器人根据高清摄像机、高灵敏红外热成像仪、拾音器等多种检测设备，按照既定的规则完成室内各处的设备拍照、表计读数、红外测温及环境监测等巡检活动，将巡检数据自动传输到后台管理系统保存，生成检测分析报告。

4.2人工遥控巡检

系统可以通过遥控巡检的方式对机器人进行实时遥控。

4.3数据统计

平台具备对监控数据进行储存、分析、统计、检索的功能。监控平台对数据进行标准化的整理与排序，支持Excel报表导出保存。运维人员可根据任务或监控点在监控平台内对数据进行检索，快速查看监控数据。

4.4报表输出

挂轨机器人在执行完一个任务之后会自动生成报表，运维人员可以在监控平台根据时间、巡检类型、任务名称等进行检索并查看报表。运维人员可根据需求检索、查看、导出各类表报。

4.5预警与联动

挂轨机器人在巡检过程中，通过数值分析、阈值对比、趋势分析、数据库等相关技术，对异常数据进行自动预警。预警信息通过界面告警和声光告警两种方式呈现，及时提醒运维人员注意。

五、轨道机器人功能特点

5.1转弯&爬坡能力强

智能巡检机器人可沿轨道畅行，最小拐弯半径可低至500mm，最大爬坡能力可达30°。机器人在经过弯道、坡道等特定位置，在靠近这些路段前10米处，机器人读取RFID信息，机器人自动减速慢行，以保证机器人安全通过特殊路段，通过特殊路段后，又读取到新的RFID信息后，机器人确定通过特殊路段，开始自动提速正常巡检速度（10m/min）运行。

5.2灵活的检测机构

主检测单元由高清网络摄像机、红外热像仪和高精度云台等模块组成。采用全铝机身设计，耐候性极强，采用全新的传动系统，云台定位精度高，0~360°连续旋转，具备较大的保持力矩，不会因为摄像机的震动而使云台发生偏移。

5.3数据分析与报表报告功能

中心报表系统能够自动存储、统计和智能分析处理海量数据，如巡检点数据查询与统计，报警信息查询与缺陷异常分析，环境记录数据和红外测温数据分析。所有报告及报表支持查询、导出和打印。导出数据支持EXECL格式和文字格式，导出信息齐全，记录准确且完整，方便存储、汇报、决策和作归档处理等。

六、结语

6.1直接效益分析

1）降低设备巡检人工成本

智能机器人的运用，在一定程度上可以替代人工，完成设备的巡检工作，减少运维人员投入，降低人员成本。

2）提高操作、检修快速反应能力，有效控制设备受损率

通过集成红外热成像、声音、高清在线监测功能，为设备的安全正常运行提供可靠的科学依据，从而缩短维修时间。

6.2社会效益分析

1）实现数字化电网，提升整体管理水平

在安全生产领域高效地开展生产工作、提高专业技能水平，实现配电房的数字化管理水平，提高企业竞争力。

2）规范设备操作流程，加强安全管理

采用智能机器人可以规范配电房设备的巡视流程，减少人员人身伤害。人员管理资源得到充分利用，减少生产管理成本。

6.3提升企业社会形象

有助于提升公司在行业中的地位，同时带动人力水平的提升，获得良好的社会效益。

审核编辑 黄昊宇