鏡像動態裝置對工具管理與檢測技術研究與應用

云南電網有限責任公司德宏供電局 李勁松

電力工具的管理是保障電力生產安全的重要組成部分，帶電作業工具的管理更為重要。現階段對于帶電作業工具的管理較為粗放，環境實現的是最基本的溫濕度控制，工具的出入庫管理較為混亂，無法做到精細化，大多情況下需要“人”的配合與干預，沒法做到真正的無人值守。工具管理人為干預環節越多，出問題的風險越高，對于帶電工具管理缺少有效、安全、高效、智能、環保的手段和方法，目前大多采用RFID射頻技術對工具管理，此方式的識別率差、標簽易脫落、易損壞等，工作人員需經常更換新標簽，寫入新數據，造成重復工作、也起不到對工具的有效管理與監督作用[1]。

1 國內外研究水平的現狀和發展趨勢

目前國內對帶電作業工具的管理與檢測方式為人力參與為主，大多用RFID射頻管理帶電作業工具，需先建立臺賬庫，對電子標簽進行人工掃描寫入，標簽受電磁、污染、碰撞等影響較大，易造成不能正常讀取數據；不同的工具，標簽的固定容易脫落，有一定的誤掃率、多個工具借出時，掃描影響大，做不到精準掃描；RFID電子標簽受金屬干擾大，穩定性不強；人員拿工具頻繁經過射頻的磁場下，長期對身體有一定的影響。國內外RFID射頻識別讀取與電子標簽沒有統一的標準，各自按自己的規格設計，通用性差；RFID技術對電子標簽要求環境很高，帶電作業的環境，容易造成標簽的失效，電子標簽本身對方向性也有要求，無論如何調整，都存在3%的漏識別率。電子標簽屬于較為“嬌氣”的產品，價格不低，帶電作業工具不是一次性工具，帶電作業過程中碰撞、沾污等在所難免，也就造成了電子標簽的頻繁報廢，電子標簽里面寫入的工具信息報廢，實際工具沒有報廢，這對工具的管理上建立了一個大的漏洞，要解決，就要人為的操作處理；無法提高工作效率、也無法保障帶電作業的安全性[2-3]。

本項目針對于目前國內外的工具管理與檢測的技術進行了調查、研究，通過鏡像裝置對帶電作業部分工具樣品進行了管理試驗，鏡像對樣品的識別與辨認試驗達到預想效果，工具樣品辨識響應速度快、靈敏度高、無需人干預。現提出了鏡像動態裝置對工具進行管理與檢測裝置，將針對性解決現有帶電作業工具在管理與檢測需要粘貼二維碼、電子標簽來作為識別源，要人為的輔助操作的弊端、掃描效果差、浪費資源、勞動強度大、影響職業健康等問題。能有效提升帶電作業工具在無人輔助操作下的管理與檢測效果，保障帶電作業的安全性，確保電網的安全穩定運行。

2 研究的必要性

目前，對帶電作業工具環境與管理方法主要為手工臺賬、二維碼標簽人工掃描、RFID射頻掃描。存在以下缺陷及不足。

2.1 手工臺賬

記錄不規范，隨意性強，不易保存，不能形成一套成體系的借出、歸還記錄，人為成分太多，屬于被動性臺賬記錄。

2.2 二維碼標簽人工掃描

標簽易損壞，重復打印，掃描為人工操作，需要一件一件的借出，一件一件的歸還，費時費力。

2.3 RFID射頻掃描

需先建立臺賬庫，對電子標簽進行人工掃描寫入，標簽受電磁、污染、碰撞等影響較大，易造成不能正常讀取數據；不同的工具，標簽的固定容易脫落，有一定的誤掃率、多個工具借出時，掃描影響大，做不到精準掃描；RFID電子標簽受金屬干擾大，穩定性不強；人員拿工具過頻繁過射頻的磁場下，長期對身體有一定的影響。

因此，研制出新型、便捷、安全、穩定的鏡像動態裝置對工具進行管理與檢測系統設備，能解決當前帶電作業工具細微化管理與檢測的瓶頸，提高帶電作業工具管理與檢測方面的安全性、高效性、節能性、環保性，降低作業人員勞動強度，提升作業風險管控能力。本設備具有自動化程度高、操作便捷、通用性強、節能高效、作業成本低、清除無損壞等特點，能有效解決變電站戶外設備帶電清除覆冰作業問題。隨著電網智能化的提升，保障智能電網運行的管理手段也需要不斷的提升，因此，研究先進的帶電作業工具環境與管理的方式，將為以后電網的安全運行提供重要保障。

3 主要研究內容

3.1 主要技術內容

3.1.1 鏡像動態裝置對工具管理與檢測技術研究

鏡像動態裝置對工具管理與檢測在帶電工具存放的庫房里面進行，庫房的大小各不盡相同，由于帶電作業對時間與安全要求極高，因此帶電作業任務下達后第一時間帶適合的帶電工具要求嚴格。本系統采用后臺程序遠程操作鏡像動態裝置設備的方式，根據不同電壓等級、不同作業方式的作業現場，按照提前預設參數與工作環境、按工作票要求進行控制鏡像動態裝置設備，自動來完成帶電作業工具拿取到指定庫房窗口，工作人員只需身份認證后拿取工具去現場作業即可，確保拿取工具的高效性與準確性[4-5]。

3.1.2 鏡像動態裝置的主要工作原理

鏡像動態裝置主要構成單元有自動平衡運輸裝置、鏡像物品識別系統、多功能抓取裝置、帶電工具的定位與篩選裝置、通訊系統、機器學習系統、數據編碼系統、自動充電系統、控制及管理系統。鏡像動態裝置主要通過控制及管理系統作為大腦，控制著包括線路規劃、三維定位、物品及人員識別、數據編碼、數據庫、帶電工具的定位與篩選、行走、抓取、自動充電等自動化控制。鏡像動態裝置對工具管理與檢測技術主要采用無人為干預與參與的方式，通過機器學習系統，指導學習使機器自動實現針對不同物品進行操作的功能。

鏡像動態裝置的鏡像物品識別系統根據作業現場工作票或實際對工具的要求指令自動識別工作票等指令，通過視覺識別系統與采集數據進行比對來識別所需物資及工具，通過三維坐標對目標物品定位，然后啟動通訊系統，通過抗干擾數字通訊技術實現物品定位，建立行走路線，到達所要拿取的工具的位置；啟動多功能抓取裝置系統，針對不同的作業要求，不同的帶電作業工具，鏡像動態裝置均可以進行自動調整拿取不同的帶電作業工具，根據帶電工具類型及大小調整拿取方式，采用預設的執行機構進行抓取操作，同時確保不損壞帶電作業工具；通過自動平衡運輸裝置系統，識別行程過程中的障礙物，進行測距預警，實現運輸過程中能夠自動平衡功能，以保證運輸過程中的安全性。作業結束后，鏡像動態裝置接到指令，達到工具提取位置，通過視覺識別系統與采集數據進行比對來識別所需物資及工具，把從現場回來的帶電作業工具進行清潔、檢測后，數據編碼系統對各操作對象通過圖像采集形成機器唯一識別編碼，記錄工具出入庫數據，帶電工具的定位與篩選裝置通過機器記憶優化工器具的使用頻率，確保工具頻繁使用造成疲勞損壞；自動充電系統自動識別電量，電量不足時通過定位使機器在電能缺損的情況下自動進行充電操作，最終通過這些綜合系統的操作運行達到整個鏡像動態裝置對工具管理與檢測功能。

其原理可概括為：通過上傳的工作票或實際工具需求，觸發指令鏡像動態裝置，鏡像識別到所需的工具是什么，在什么位置，建立行走路線，到達所要拿取的工具的位置；鏡像動態裝置可根據帶電工具類型及大小調整拿取方式，同時確保不損壞帶電作業工具；鏡像動態裝置拿取到所需的帶電作業工具后，按優化的行走路線把工具送到庫房指定的平臺窗口，便于施工人員帶去現場；鏡像動態裝置把從現場回來的帶電作業工具進行清潔、檢測后，把工具歸還到庫房指定的位置上，便于下次使用；鏡像動態裝置可以定時對庫房內的環境進行清潔與維護，成為帶電作業工具的好保姆與守護者。

3.2 主要技術難點

3.2.1 鏡像物品識別系統的研發

帶電作業工器具每種類別數量較多，從外部形態上不具有唯一性，傳統的標簽方式容易脫落并影響工器具現場使用。

3.2.2 多功能抓取裝置

帶電作業工具的類別較多，形狀各不相同，也就造成對帶電作業工具的拿取方式的不同。帶電作業工器具的絕緣性能關系到作業人員的安全，也就要求在抓取作業時操作方法及抓取裝置的接觸面、材質等需要符合較高的標準。

3.2.3 帶電工具的定位與篩選裝置

對于在帶電作業庫房中對每件工器具的定位，必須建立三維立體坐標數字圖來定置定位每個物品的存放地點，才能實現精準的抓取操作。

3.2.4 控制及管理系統的研發

控制系統包括線路規劃、三維定位、物品及人員識別、數據編碼、數據庫、帶電工具的定位與篩選、行走、抓取、自動充電等自動化控制。

4 達到的效果

4.1 鏡像動態裝置對工具進行管理與檢測系統設備解決的問題及特點

鏡像動態裝置對工具進行管理與檢測是一種從根本上解決現有方式對帶電作業工具無法做到精細化、精準化的管理與檢測，能解決要人為參與制作標簽、粘貼標簽、人拿取工具的管理流程，徹底告別“人”對帶電作業工具的管理與干預，做到真正的對帶電作業工具管理的無人化，立體化的管控風險，保證電網運行安全。

鏡像動態裝置對工具進行管理與檢測終端可以通過網絡操作，與庫房內鏡像動態裝置配合，自動便捷地實現將本次現場作業的工具或要求的工具經過檢測后自動送入到庫房工具窗口處。遠距離全程自動化進行記錄臺賬與數據調配上傳，各監管部門能立體化直觀的看到工具的動態效果。

鏡像動態裝置對工具進行管理與檢測能夠對配電帶電作業工具、輸電帶電作業工具、安全工器具、搶修工具等進行管理與檢測，能做到相互獨立又統一兼顧。

鏡像動態裝置對工具進行管理與檢測效率高、通用性強，徹底解決“人”對工具管理存在的漏洞與風險，也能解決大多班組上沒有專職庫管員的問題，提高了效率，降低了成本。

4.2 鏡像動態裝置對工具管理與檢測技術研究與應用范圍

本項目擬研發完成的鏡像動態裝置，適用于全國范圍內帶電作業工器具及電力工具的全自動無人化管理。

鏡像動態裝置可以自動選擇所需工具，避免工具重復使用，降低工具疲勞；增加了工器具的使用壽命，節約了成本。

鏡像動態裝置可以對工具的存放環境進行監測調節、衛生清潔等；對工具的試驗提醒，對到期試驗的工具進行分類提取等，節約了人力資源的同時降低了作業人員的勞動強度。

鏡像動態裝置具有學習系統，可以滿足工器具更新所帶來的不適用性。

4.3 主要技術經濟指標

4.3.1 裝置便捷和安全性

鏡像動態裝置對工具管理與檢測，可以實現帶電作業工器具自動準備，無需人工輔助，提高了帶電作業的效率，降低了作業人員的勞動強度，避免工器具重復使用，減低工具疲勞，增加了帶電作業的安全性。

4.3.2 裝置可靠性

鏡像動態裝置采用最新通訊技術及圖形算法，設置有預警系統及機器學習系統，有較高的可靠性及實用性。

4.3.3 裝置節能性

鏡像動態裝置對工具管理與檢測，可以實現每次帶電作業所用工器具的自動調配，避免工具重復使用，降低工具疲勞；增加了工器具的使用壽命，節約了成本。

4.4 創新點

鏡像動態裝置對工具管理與檢測技術研究與應用項目具有以下創新點：鏡像物品識別系統的研發；多功能抓取裝置；帶電工具的定位與篩選裝置；自動平衡運輸裝置；機器學習系統的研發；控制及管理系統的研發。

5 結語

本項目基于現有方式對帶電作業工具無法真正管理的特點，研制的鏡像動態裝置對工具進行管理與檢測可以有效解決無法做到精細化、精準化的問題等；鏡像動態裝置對工具進行管理與檢測終端可以通過網絡操作，與庫房內鏡像動態裝置配合，自動便捷地實現將本次現場作業的工具或要求的工具經過檢測后自動送入到庫房工具窗口處。遠距離全程自動化進行記錄臺賬與數據調配上傳，各監管部門能立體化直觀的看到工具的動態效果；項目將由傳統的人工記錄、二維碼掃描與RFID射頻對工具的管理都是由“人”全程參與的模式轉向“自動化、可視化、輕便化、無人化”模式。鏡像動態裝置對工具進行管理與檢測方式將成為電網對智能化運維的推廣方式。有助于帶電作業大數據的建立，促進帶電作業的發展，使項目的直接及間接效益得到更大的發揮，將大幅提升對帶電作業工具進行管理與檢測的便捷化與高效化，符合高效、可靠、綠色電網的發展要求。