配電室巡檢機器人室內掛軌式巡檢機器人解決方案

石初 楊開九 吉小亮 楊春江

摘 要：文章闡述了一種室內配電室掛軌式巡檢機器人解決方案，該方案有效提高了巡檢效率，可以大力解決配網范圍廣、設備多、人手不足等難題，是一套智能配電房綜合在線監測系統，能夠清楚展示配電房在線監測情況，包括綜合環境、綜合電氣、設備狀態的監控等。

關鍵詞：配電;機器人;巡檢;自動化

1 ? 公司需求分析

韓泰輪胎有限公司車間配電房共有31個，主變2個，且在地域上分布非常分散，導致對配電房的巡檢工作量急劇增加。傳統配電室的日常巡檢工作以人工為主，通過固定的監控檢測設備和手持式檢測設備進行輔助巡檢。目前傳統巡檢方式存在很多問題，主要有以下幾點。

1.1 ?巡檢工作量大

配電房、IDC、繼保室、開關室等數量巨大，巡檢內容多，人員巡檢難以按照實際業務需求全面覆蓋。

1.2 ?缺少提前預測

由于缺少提前預測功能，相關值守人員只能在異常發生之后進行“事后響應”，無法提前進行預警和避免事故的發生。

1.3 ?缺乏統一調度

現場監測未聯網，大量現場設備和環境數據未整合，缺乏一個統一的調度單元。

1.4 ?工作安全隱患

人員對現場環境感知度差，在巡檢過程中，無法預測有毒有害氣體，一些輻射場所也有可能對人體產生重大影響。

2 ? 系統方案設計

室內掛軌式巡檢機器人系統以巡檢機器人為核心，集移動視頻巡檢、紅外測溫、環境監控、數據智能分析等功能于一體，實現對巡檢區域設備的實時監控、數據分析管理。巡檢機器人的配置為巡檢機器人本體、智能終端監控軟件、軌道及其他輔助設施[1] 。

2.1 ?后臺管理系統

2.1.1 本地監控后臺

本地監控后臺作為巡檢機器人系統的中心，主要由實時監控模塊、數據統計模塊、報表系統、地圖編輯模塊、任務管理模塊、系統設置模塊和系統集成模塊等組成;除了能控制機器人執行相關巡邏任務外，還應具有數據采集、儲存、統計、檢索、報表、智能分析等多種功能。

2.1.2 ?遠程集控后臺

多個本地監控后臺，對多個管道智能巡檢機器人進行控制及相關數據分析，對所轄管道進行更高層次的綜合控制和管理。

（1）軌道系統：掛軌機器人采用自動行走的懸掛軌道式設計，軌道豎向尺寸小，整體安裝尺寸需求空間小，在滿足機器人順暢通行的前提下，增加了耐磨性。

（2）通信系統：掛軌機器人采用PLC通信系統（兼容無線WiFi）與整套控制系統通信。通信系統為機器人提供不小于50 Mbps有效網絡帶寬，可以保證巡檢機器人系統所有的控制信號、視頻數據、音頻數據及報警信息等各類數據實時可靠傳輸。

（3）供電系統：掛軌機器人采用滑觸線的方式進行取電，滑觸線安裝在鋁型材軌道上，供電系統直接從主電氣室取電，機器人供電模塊采用濾波技術，濾除外界電網的高頻脈沖對電源的干擾，使機器人獲得穩定的電源。

（4）導航定位方式：掛軌機器人在運動過程中通過激光條碼掃描、伺服電機里程碼盤（脈沖）和RFID結合的方式進行定位和路徑校核，RFID定位輔助糾錯系統，能夠將室內定位精度提高到3 cm以內[2]，保證智能巡檢機器人和遠程中心可以實時了解機器人的位置信息。

2.2 ?方案舉例 （以韓泰輪胎 11PS 配電房為例）

2.2.1 ?硬件配置

在配電房布置1套掛軌式智能巡檢機器人系統。配電房現場地面距房頂距離6 791 mm，因層高較高，采用現場加裝龍門架作為軌道的支撐，現場采用軌道巡檢路徑。

變電站巡檢機器人具有電機驅控制系統、云臺導航定位避障模塊可見光攝像機、紅外熱成儀、視頻服務器音編解碼工業無線等基本硬件功能模塊[3]，此外增加了環境監測模塊、應急廣播及聲光告警模塊。

掛軌式巡檢機器人配置具體包括：LED補光燈、可見光攝像機、防撞雷達、熱成像儀、環境檢測模塊、行走機構、升降機構、檢測機構（雙臂型，支持垂直±90°旋轉）、揚聲器、交互觸摸屏、狀態燈、云臺（支持云臺水平360°旋轉）。

2.2.2 ?軟件配置

（1）視頻識別。掛軌機器人視頻識別是室內掛軌式巡檢機器人系統的核心功能之一，通過機器人自身攜帶的可見光攝像機，完成視頻圖像的數據采集，通過高精度圖像識別算法，對視頻數據進行智能分析處理，識別視頻內容。

（2）紅外測溫。掛軌機器人利用自身攜帶的紅外熱成像儀對室內電力設備溫度數據進行采集、分析，進而診斷出致熱型設備故障及熱缺陷，觸發相應報警。巡檢任務執行完成后會自動生成任務報表，對設備溫度進行有效的診斷。

（3）環境檢測。掛軌機器人攜帶的環境監測模塊，能夠監測環境中的有害氣體、溫度、濕度、煙霧等環境信息。實時將采集的環境信息傳輸到控制中心，當監測到有害氣體超標時，系統將進行報警，以提示運維人員及時處理。

（4）音頻采集。掛軌機器人本體搭載高靈敏度的拾音器，并隨云臺一同轉動，定向采集電力設備的音頻信息。機器人采用國際領先的音頻降噪算法和聲音識別技術，增強音頻信息識別的準確性和可靠性。音頻數據經過軟件壓縮后傳回服務器進行存儲，可雙向語音通話。

（5）任務管理。在監控平臺中，將任務管理分成全面巡檢、例行巡檢、專項巡檢、特殊巡檢、自定義任務、地圖選點以及任務展示7大模塊，每個大模塊又拆分為不同的小模塊，可以根據各種情況建立不同類型的任務。在任務系統中既可以手動進行任務的執行，也可按照日程進行任務分配執行，實現自動巡檢功能。

2.3 ?軟件功能說明

2.3.1 自動巡檢

自動巡檢是掛軌機器人按照預設規劃路徑自動巡視方式，機器人根據高清攝像機、高靈敏紅外熱成像儀、拾音器等多種檢測設備，按照既定的規則完成室內各處的設備拍照、表計讀數、紅外測溫及環境監測等巡檢活動，將巡檢數據自動傳輸到后臺管理系統保存，生成檢測分析報告。

2.3.2 ?人工遙控巡檢

系統可以通過遙控巡檢的方式對機器人進行實時遙控。

2.3.2 ?數據統計

平臺具備對監控數據進行儲存、分析、統計、檢索的功能。監控平臺對數據進行標準化的整理與排序，支持Excel報表導出保存。運維人員可根據任務或監控點在監控平臺內對數據進行檢索，快速查看監控數據。

2.3.3 ?報表輸出

掛軌機器人在執行完一個任務之后會自動生成報表，運維人員可以在監控平臺根據時間、巡檢類型、任務名稱等進行檢索并查看報表。運維人員可根據需求檢索、查看、導出各類表報。

2.3.4 ?預警與聯動

掛軌機器人在巡檢過程中，通過數值分析、閾值對比、趨勢分析、數據庫等相關技術，對異常數據進行自動預警。預警信息通過界面告警和聲光告警兩種方式呈現，及時提醒運維人員注意。

3 ? 結語

3.1 ?直接效益分析

3.1.1 ?降低設備巡檢人工成本

智能機器人的運用，在一定程度上可以替代人工，完成設備的巡檢工作，減少運維人員投入，降低人員成本。

3.1.2 提高操作、檢修快速反應能力，有效控制設備受損率

通過集成紅外熱成像、聲音、高清在線監測功能，為設備的安全正常運行提供可靠的科學依據，從而縮短維修時間。

3.2 ?社會效益分析

3.2.1 ?實現數字化電網，提升整體管理水平

在安全生產領域高效地開展生產工作、提高專業技能水平，實現配電房的數字化管理水平，提高企業競爭力。

3.2.2 ?規范設備操作流程，加強安全管理

采用智能機器人可以規范配電房設備的巡視流程，減少人員人身傷害。人員管理資源得到充分利用，減少生產管理成本。

3.2.3 ?提升企業社會形象

有助于提升公司在行業中的地位，同時帶動人力水平的提升，獲得良好的社會效益。

[參考文獻]

[1]宋文軒.智能配電巡檢機器人在三河口選煤廠的應用[J].煤炭加工與綜合利用，2021（2）：50-52

[2]呂小文.懸掛軌道式智能巡檢機器人研究[D].杭州：浙江大學，2019.

[3]王凱.變電站巡檢機器人關鍵技術及系統的研究與實現[D].成都：電子科技大學，2015.

（編輯 何 琳）