基于無人機遙感設備的自動化智能控制系統(tǒng)

萬柏晗

（南昌工程學院機械與電氣工程學院，江西南昌 330099）

0 引言

目前需要人工操作電氣設備測試的各種任務中，因危險性較大，無法與變電站和電廠產(chǎn)生聯(lián)系。無人機系統(tǒng)的開發(fā)和利用為自動化管理提供了一種新型技術設備。主要包括動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，以及穩(wěn)定平臺裝置等。在研究的過程中可以借助無人機系統(tǒng)需要提高監(jiān)測系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)的水平，將其重心轉(zhuǎn)移到技術檢測上。若自動化系統(tǒng)缺乏分析判斷功能就會浪費許多人力和物力，尤其在檢測系統(tǒng)的管理上，如果缺乏這項必要的功能，就會降低設備的安全性和自動化水平。

1 自動化智能控制系統(tǒng)

1.1 硬件設計

（1）無人機遙感設備主要分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以安裝在自動化智能控制系統(tǒng)中，利用數(shù)據(jù)采集部分檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參數(shù)。此外，利用壓力傳感器和溫度傳感器將模擬的信號傳送到采集卡中。通過A/D轉(zhuǎn)換采集卡的轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在交由控制程序處理。數(shù)據(jù)采集部分可以接收傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，運用控制系統(tǒng)向自動化智能控制系統(tǒng)發(fā)送指令，對整個系統(tǒng)進行實時控制。自動化智能控制系統(tǒng)可以通過無人機遙感設備存儲數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的采集和分析。系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)中還有故障報警功能，應用無人機遙感設備對自動化智能控制系統(tǒng)進行實時的監(jiān)控，自動化智能控制系統(tǒng)結構如圖1 所示。

（2）自動化智能控制系統(tǒng)結構，主要由系統(tǒng)菜單、通訊模塊、實時監(jiān)控、報警模塊和數(shù)據(jù)庫組成。其中通訊模塊與自動化設備的控制接口相互連接，可以完成數(shù)據(jù)雙向傳遞的功能。從通訊模塊發(fā)送的指令都需要實行全封閉式的自動控制傳遞方式，提高傳感器發(fā)送信號的質(zhì)量。

圖1 自動化智能控制系統(tǒng)結構

報警模塊是在自動化智能控制系統(tǒng)的第二層，若系統(tǒng)在工作中出現(xiàn)故障，會及時做出反應，判別系統(tǒng)故障的主要原因以及故障點所對應的相關信息和畫面。警報器響起就會提示工作人員，啟動傳感器將數(shù)據(jù)信息進行備份。在處理相關信息記錄和備份數(shù)據(jù)時，需要將報警數(shù)據(jù)庫中的信息數(shù)據(jù)和正在傳送的數(shù)據(jù)進行打印，避免數(shù)據(jù)流失。

實施監(jiān)控模塊是控制整個自動化智能控制系統(tǒng)的核心部分，也是保障數(shù)據(jù)傳輸真實性和安全性的主要部分。處于整個自動化智能控制系統(tǒng)的第三層，主要對系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息進行檢測，為了能夠更好的控制整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率，會將其產(chǎn)生的影響以及相關參數(shù)進行實施監(jiān)控。綜合智能控制系統(tǒng)結合無人機遙感設備的優(yōu)勢設計自動化智能控制系統(tǒng)。

（3）在傳輸數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)時，會將初步計算的參數(shù)值輸入到數(shù)學模型中，但是系統(tǒng)擁有較強的檢測能力，要考慮到控制傳輸過程中所有控制系統(tǒng)是相互對立和互相匹配的獨立個體。特別在使用通訊模塊采集數(shù)據(jù)時，傳感器會將自動化智能控制系統(tǒng)中的被控對象作為需要檢測的信息。自動化智能控制系統(tǒng)運用了無人機遙感設備的基本原理，選擇適合數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O備。要想提高自動化智能控制系統(tǒng)的水平，就需要不斷引用先進的技術提升自動化智能系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。

1.2 軟件設計

（1）無人機遙感設備的控制系統(tǒng)為自動化智能控制系統(tǒng)提供了一個穩(wěn)定的平臺，在其軟件設計中引入了PLC 編寫程序，優(yōu)化自動化智能控制系統(tǒng)的界面。PLC 編寫程序主要強調(diào)信息數(shù)據(jù)傳遞的可靠性和真實性，在信息傳輸?shù)倪^程中要在具有一定安全性的網(wǎng)絡環(huán)境中傳輸數(shù)據(jù)，以便工作人員安裝和拆卸。在設計軟件系統(tǒng)的過程中需要調(diào)試系統(tǒng)的配置功能，了解硬件配置的狀態(tài)，通過PLC 編寫程序建立安全通道，確保信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。PLC 編寫程序擁有獨特的語言，研發(fā)者要按照PLC 編程語言的基本要求發(fā)揮控制核心的作用。自動化智能控制程序，如圖2。

圖2 自動化智能控制程序

（2）自動化智能控制程序。

第一步，在收到系統(tǒng)發(fā)送的參數(shù)時，PLC 編寫程序會通過智能算法將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進行轉(zhuǎn)換。在數(shù)據(jù)發(fā)送環(huán)節(jié)的過程中需要定時向控制系統(tǒng)發(fā)送傳感器實時值，了解控制系統(tǒng)的狀態(tài)。人工界面會將控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)和校驗碼發(fā)送到數(shù)據(jù)模塊，統(tǒng)一整理廢棄和丟棄的數(shù)據(jù)。

第二步，控制檢驗模塊在完成手動和自動控制切換問題時，會將檢測結果和系統(tǒng)狀態(tài)傳遞給全局變量。若需要將自動切換模式轉(zhuǎn)換到手動操作可以利用控制算法，計算自動切換模式轉(zhuǎn)換到手動操作的時間，檢驗控制算法的有效性。控制算法公式如式（1）。

式（1）中，T 為換算時間，s；F 換算格式時間，s；S 為提取位置；G 發(fā)送時間，s；V 為發(fā)送位置。可以計算出自動切換模式轉(zhuǎn)換到手動操作的時間。

第三步，在提取結束后，控制系統(tǒng)會恢復到待機的狀態(tài)，在關閉程序后，會通知系統(tǒng)發(fā)送新一輪指令。待所有工作完成系統(tǒng)就會自動關閉。需注意，在處理歷史數(shù)據(jù)的過程中，需要準確記錄系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中設置了專門執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸任務的程序，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院驼鎸嵭浴Ｔ趻呙韬徒邮諗?shù)據(jù)的過程中需要預留緩沖時間，將接收的數(shù)據(jù)進行檢驗保存在實施數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。如果數(shù)據(jù)受到限制會自動發(fā)送報警信號，處理丟棄的數(shù)據(jù)。

第四步，在自動化智能控制的軟件設計中引入了數(shù)據(jù)庫，盡量縮短數(shù)據(jù)查詢的時間。數(shù)據(jù)庫的布局具有較強的合理性，可以有效減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?shù)據(jù)庫處理歷史數(shù)據(jù)中最重要的是歷史數(shù)據(jù)的清理工作，在采集數(shù)據(jù)的過程中經(jīng)常會受各種因素的影響產(chǎn)生誤差，在一定程度上會影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在自動化智能控制系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)的過程十分重要，需要及時將可疑數(shù)據(jù)監(jiān)測出來，利用數(shù)學模型辨別數(shù)據(jù)，并將其記錄下來。數(shù)學模型算法可以滿足自動化智能控制系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)的需求。利用該模型清理數(shù)據(jù)，可以有效提高數(shù)據(jù)的可靠性。

2 實驗結論

（1）為檢驗無人機遙感設備的自動化智能控制系統(tǒng)的有效性，對傳統(tǒng)自動化智能控制系統(tǒng)和基于無人機遙感設備的自動化智能控制系統(tǒng)進行分析。需注意，設備在安裝過程中需考慮整個生產(chǎn)體系的情況，并將其作為獨立的個體。實驗中運用該指令集分析傳統(tǒng)自動化智能控制系統(tǒng)和基于無人機遙感設備的自動化智能控制系統(tǒng)的安全性。

（2）對比結果見圖3。

圖3 對比結果

從圖3 中可以看出，基于無人機遙感設備的自動化智能控制系統(tǒng)，在采集數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)的過程中更加集中化，而采用傳統(tǒng)自動化智能控制系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)的過程中比較分散化。實驗結果表明，設計的系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸中具有較強的優(yōu)越性。

3 結束語

隨著科學技術的高速發(fā)展，人們逐漸意識到現(xiàn)代化信息技術的重要性，無人機遙感設備在自動化智能控制系統(tǒng)設計中可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴９ぷ魅藛T要豐富自動控制系統(tǒng)的功能，并根據(jù)實際需求優(yōu)化自動化智能控制系統(tǒng)，確保系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸中的穩(wěn)定性，推動信息技術的發(fā)展。從實驗結果中可以看出，設備在完成安裝和投入安裝的過程中都需要考慮整個生產(chǎn)體系的情況，并將其作為獨立的個體來加以考慮。