基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的井下無人值守變電所智能巡檢研究

賈藝棟

（山西汾西礦業(yè)（集團）有限責任公司雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

引言

變電所是實現(xiàn)礦井電力供應的主要設(shè)備，變電所設(shè)備運行穩(wěn)定性直接關(guān)系著供電網(wǎng)運行可靠性[1-2]。巡檢可及時掌握變電所設(shè)備運行狀況，進而發(fā)現(xiàn)潛在的隱患、故障。隨著礦井綜合自動化程度的提升，傳統(tǒng)的人工巡檢方式已難以滿足生產(chǎn)需要，同時人工巡檢也存在供電設(shè)備故障、隱患等發(fā)現(xiàn)難度大等問題[3-5]。針對上述情況，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的變電所智能巡檢系統(tǒng)，以便提升變電所巡檢效率及可靠性。

1 變電所智能巡檢系統(tǒng)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電所智能巡檢系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示，整個系統(tǒng)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應用層，其中數(shù)據(jù)采集層以智能巡檢機器人作為載體，主要功能是接收巡檢任務、優(yōu)化巡檢策略，同時可實現(xiàn)巡檢業(yè)務數(shù)據(jù)的查詢及被巡檢設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理等，最后將采集到的數(shù)據(jù)通過傳輸系統(tǒng)傳輸給應用層；網(wǎng)絡(luò)層是以新型通信技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸通道，網(wǎng)絡(luò)層具備多種通信方式，可依據(jù)電力應用場景需要自動選擇最優(yōu)通信方式；平臺層的主要功能是存儲、管理巡檢系統(tǒng)獲取到的巡檢數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與共享；應用層基于巡檢數(shù)據(jù)并結(jié)合設(shè)備巡檢周期及運行特點，生成相應的巡檢策略并發(fā)送至數(shù)據(jù)采集層，同時應用層結(jié)合變電所設(shè)備運行特點及要求，采用內(nèi)置智能算法對變電所設(shè)備進行評估、診斷。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電所智能巡檢系統(tǒng)架構(gòu)

2 智能巡檢模式

基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建井下變電所智能巡檢模式，對應的架構(gòu)如圖2 所示。該巡檢管理系統(tǒng)可細分為調(diào)度模塊、通信模塊、感知模塊、控制模塊及應用模塊等，其中調(diào)度模塊是智能巡檢管理系統(tǒng)中的最頂層架構(gòu)，服務接口（通信協(xié)議為標準通信協(xié)議）接收來源于調(diào)度中心的巡檢任務，并將任務經(jīng)由通信子模塊傳輸給控制模塊。通信模塊的基本功能是通過無線、有線方式為感知模塊、調(diào)度模塊提供信息傳輸通道。感知模塊接收指令信息并對信息進行融合處理，為控制模塊提供信息源。控制模塊是智能巡檢系統(tǒng)執(zhí)行層，是依據(jù)感知層獲取到的巡檢信息生成巡檢任務指令，從而控制智能機器人位置、速度。應用模塊是通過可見光、紅外等傳感器對無人值守變電所進行故障分析，并依據(jù)分析結(jié)果發(fā)出預警信息，實現(xiàn)井下變電所異常檢測。

圖2 變電所智能巡檢系統(tǒng)框架

2.1 智能巡檢系統(tǒng)巡檢流程

1）智能巡檢機器人獲取到巡檢任務指令后，通過無線通信單元將接收到的巡檢策略、巡檢任務等傳輸給內(nèi)置的巡檢管理模塊。

2）巡檢機器人依據(jù)巡檢任務、巡檢策略進行自動巡檢，依據(jù)導向系統(tǒng)智能識別變電所內(nèi)機電設(shè)備信息，并導航至指定位置。

3）通過巡檢機器人內(nèi)置的智能傳感器、圖像識別模塊等對變電所內(nèi)相關(guān)機電設(shè)備信息進行信息采集，并將采集到的信息通過信息存儲、處理模塊等進行存儲、預處理，并通過無線方式將采集到的設(shè)備信息傳輸?shù)綉脤印?/p>

4）應用層依據(jù)接收到的信息對井下變電所內(nèi)機電設(shè)備進行評估及故障診斷，并存儲變電所內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)，以便為后續(xù)巡檢優(yōu)化提供借鑒。

2.2 智能巡檢系統(tǒng)智能機器人

智能機器人無須專人值守即可實現(xiàn)自動巡檢。巡檢機器人依據(jù)變電所不同設(shè)備目標進行定期巡檢，并自動調(diào)整傳感器角度，以便獲取更好的巡檢效果。巡檢機器人在變電所內(nèi)可對機電設(shè)備運行環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測，并實時獲取變電所內(nèi)設(shè)備運行圖像。

巡檢機器人內(nèi)置的功能模塊包括導航定位模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、圖像識別模塊、電源模塊等。具體各功能模塊結(jié)構(gòu)組成如圖3 所示。

圖3 功能模塊結(jié)構(gòu)組成

1）導航定位模塊。智能巡檢機器人對導航定位有較高要求，本文選擇具有較高定位精度的多信息融合導航定位模塊。該模塊的多源信息采集單元結(jié)構(gòu)包括霍爾計數(shù)器、傾角傳感器及行走編碼器等，可滿足智能巡檢機器人巡檢過程中采集獲取信息、處理定位需要。其中導航定位是通過射頻識別技術(shù)（RFID）、超聲波及激光技術(shù)等相結(jié)合實現(xiàn)。

2）圖像識別模塊。在智能巡檢機器人上安裝高清防爆攝像機，依據(jù)圖像識別技術(shù)對變電所內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)進行分析，并對變電所內(nèi)設(shè)備的外觀進行實時記錄、分析，自動生成巡檢報表。為了提高視頻圖像的識別精度，巡檢過程中高清防爆攝像機應反復拍攝變電所內(nèi)設(shè)備運行情況，同時結(jié)合智能算法對變電所內(nèi)設(shè)備實現(xiàn)目標的識別、搜索。

3）信息存儲及處理模塊。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對變電所內(nèi)機電設(shè)備多源信息進行采集后，云計算服務器中的存儲及處理模塊能夠?qū)崟r存儲變電所內(nèi)機電設(shè)備運行數(shù)據(jù)，并生成巡檢記錄，以便后續(xù)進行綜合分析及管理。通過信息存儲及處理模塊可提高智能巡檢系統(tǒng)運行及管理能效。同時變電所內(nèi)機電設(shè)備多源信息在云計算服務器中存儲，有利于提高信息利用效率及數(shù)據(jù)共享水平。

4）網(wǎng)絡(luò)通信模塊。網(wǎng)絡(luò)通信是智能巡檢系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊間、調(diào)度控制中心間的信息傳輸通道，網(wǎng)絡(luò)通信模塊中的上行數(shù)據(jù)主要是調(diào)度中心向智能巡檢機器人發(fā)出的巡檢指令；下行數(shù)據(jù)主要為智能巡檢機器人獲取到的視頻圖像信息、監(jiān)測信息及機電設(shè)備巡檢狀態(tài)等。

3 現(xiàn)場應用分析

在山西某礦二采區(qū)無人值守變電所中使用智能巡檢系統(tǒng)，并對不同運行工況下的智能巡檢功能進行測試，具體應用效果如下：

1）自動巡檢。監(jiān)控中心可依據(jù)井下變電所內(nèi)設(shè)備巡檢目標、周期、時間等制定巡檢任務。在智能巡檢模式下可實現(xiàn)巡檢機器人的智能巡檢。

2）固定巡檢。監(jiān)控中心可根據(jù)需要將變電所內(nèi)特定巡檢目標作為巡檢對象進行固定巡檢。

3）遠程遙控巡檢。監(jiān)控中心可通過后臺管理模式對巡檢機器人進行遠程控制，從而實現(xiàn)變電所內(nèi)指定機電設(shè)備的自動巡檢。

在井下變電所現(xiàn)場應用表明，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的變電所智能巡檢系統(tǒng)可根據(jù)需要實現(xiàn)自動巡檢、固定巡檢及遠程遙控巡檢，可在一定程度上提升井下無人值守巡檢機器人運行維護及故障診斷能力。

4 結(jié)語

本文依據(jù)煤礦井下無人值守變電所巡檢需要，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電所智能巡檢系統(tǒng)，并給出了巡檢系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)，重點對智能巡檢系統(tǒng)中的導航定位、圖像識別、網(wǎng)絡(luò)通信等子系統(tǒng)進行闡述。在山西某礦井下無人值守變電所現(xiàn)場應用后，可滿足變電所智能巡檢需要。