变电站巡检机器人软件系统的设计

1、0引言随着社会经济和科学技术的发展,电力体制改革的不断深入,电力系统自动化水平有了很大的提高,自动化装置和远程监控系统的应用范围越来越广,变电站值班渐渐趋于无人化和少人化12。传统的人工设备巡检耗时耗力,并且设备存在的一些隐患不易被发现。为了保证变电站设备的安全可靠运行,更快地推进变电站无人值守的进程,山东鲁能智能技术有限公司成功研制开发了一种集自动化、机械、人工智能、计算机等高新领域的尖端科技的变电站巡检机器人,并成功的在多个变电站投入运行。变电站巡检机器人巡检在一定程度上代替了人工巡检,提高了变电站的自动化程度34。变电站设备巡检机器人主要应用于室外变电站,替代巡视人员进行巡视检查。该机器

2、人可以携带红外热像仪、可见光摄像机等有关的检测装置,代替人对站内设备进行巡检,能够及时发现电力设备故障,给运行人员提供事故隐患和故障先兆数据。在值班人员不方便巡视的时间和环境下,无须人员参与即可按照设定路线进行巡检。作为变电站巡检机器人系统的一个重要组成部分,软件系统的设计和实现对于整个系统起着举足轻重的作用。为了适应目前机器人系统不断发展的要求,软件系统的设计应该充分考虑系统的可扩充性和灵活性。使用接口和虚拟设备,是一种比较好的设计方式,可以将实际设备的变化进行屏蔽,在具体的接口处理中应对物理设备的变化。变电站巡检机器人软件系统的设计Software System Design of Rob

3、ot for Substation Inspection刘凌1,2,韩国政3(1.山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061;2.济南铁道职业技术学院电工教研室,山东济南250013;3.山东鲁能智能技术有限公司,山东济南250002摘要:变电站巡检机器人主要应用于室外变电站的设备巡视检查,一定程度上代替了人工巡检,提高了变电站的自动化程度。其软件系统包括移动站、基站、集控站,为了适应整个系统不断变化的要求,软件系统需要具有很好的灵活性和可扩展性。采用代理机制,将具体的设备屏蔽,可以很好的应对物理设备的变化。在此基础上给出了移动站、机器人代理、基站、集控站的设计和实现,并将基站和集控站作

4、为后台软件进行统一设计和实现。关键词:设备巡检;移动机器人;变电站自动化;代理Abstract:Substation inspection robots are mainly used in outdoor substation equipment inspection,raising the degree of automation of the substation.They will be a substitute for manual inspections in the future.Its software systems are composed by mobile statio

5、ns,base stations,central control station.In order to adapt to changing requirements of the entire system software system has good flexibility and scalability.Proxy used to shield the specific equipment can be very good to deal with the physical equipment changes.By using proxy this paper give a desi

6、gn and implementation of mobile station, and base stations,central control station design and implementation.The base station and the centralized control station are design and realization in the same way as background software.Key words:equipment inspection;mobile robot;substation automation;proxy中

7、图分类号:TM76文献标识码:A文章编号:1007-9904(200902-44-041系统结构变电站巡检机器人系统的典型实现包括移动站、基站、集控站,如图1所示 :图1变电站巡检机器人系统的典型实现移动站是变电站巡检机器人系统的移动本体,包括移动车体及其导航系统、控制系统和设备检测装置等。基站是变电站巡检机器人系统的本地后台系统,一般位于变电站,用来实现对移动站进行有效的监视、控制和管理。集控站是变电站巡检机器人系统的远程后台系统,一般位于集控中心或者调度中心,是整个变电站巡检机器人集中监控系统的监控和管理中心,通过集控站可以实施对变电站巡检机器人的远程控制、管理、维护,同时可以获取变电站巡

8、检机器人送来的数据。系统的设计和实现需要适应不同的设备进行统一处理,系统的整体框架图如图2 。图2系统整体框架图从网络上信息流的角度来分,机器人系统包括数据信息和视频信息两部分,这两部分从信息的传输和处理上的区别都比较大,在系统设计的时候将这两者分离开来各自进行单独设计。2视频部分设计视频部分的整体设计框图如图3所示 。图3视频部分设计移动站和基站之间采用的是无线网络,无线网络的布置比较灵活,能够适应机器人移动站户外巡检的要求5。但是在变电站环境下,无线网络比较容易受到电磁的干扰,为此可以采用降低无线网络带宽来提高网络稳定性的方案。为了降低无线网络的带宽,保证视频通信的质量,采用这种视频转发的

9、模式,通过在基站上增加视频转发模块,作为视频代理,将各种视频信息的需求都由视频转发模块来响应67。2.1视频转发模块视频转发模块接收视频服务器传来的视频信号,并将视频信号转发给相应的视频客户端进行展示。采用视频转发方案的另一个好处是对于不同的网络通道,可以根据带宽设计合适的视频转发方案,采用合理的参数(数据压缩标准、图像大小、每秒传送的图像帧数等等来进行图像传输。视频转发模块采用视频服务器SDK提供的函数来实现,通过网络传输的视频流采用MPEG4压缩,最大码率可设置为512k,这样两路视频共占用1024k。目前变电站与集控中心之间采用的是2M 的网络通信,所以以上方案能够满足生产实际的要求。2

10、.2视频展示模块视频转发模块作为服务端,集控站和基站的视频展示作为客户端,客户端可以调用视频服务器提供的SDK函数完成视频连接,视频播放。视频的压缩和解压都通过视频服务器SDK提供的函数来完成,实现起来比较简单。3巡检信息部分处理集控站系统、基站系统都不与移动站系统发生关系,而是通过中间的机器人代理模块。机器人代理模块起到一个上传下达的作用,将移动站的信息上传给基站、集控站,并将基站、集控站的控制命令下发到移动站 。图4巡检信息部分设计3.1移动站系统移动站主要负责导航定位信息的采集处理,根据后台机控制命令,控制机器人运动,并上报机器人状态信息、检测传感器的数据并上传。移动站负责和硬件交互实时

11、控制,操作人员通过基站或集控站控制机器人,因此操作系统选择的是WINCE嵌入式实时操作系统。移动站的功能:(1采集红外热图传输到基站;(2采集可见光图像传输到基站;(3依据传感器数据等,规划路径、巡检,并上传机器人运动状态;(4安全防护报警;移动站控制程序是基于WINCE嵌入式实时多任务操作系统,采用Microsoft Embedded Visual C+作为开发工具。3.2机器人代理模块基站代理用来连接基站系统和集控站系统,将集控站的操作命令转发到基站系统,将基站系统采集的移动站的信息传递给集控站进行处理。机器人代理模块的采用可以将集控站、基站的一些差异进行屏蔽,基站、集控站都是与机器人代理

12、模块进行通信,并展示机器人的相关信息。另一方面,采用机器人代理模块方便系统的扩展与互联,当不同厂家的机器人系统进行互联时,仅仅需要修改相应的机器人代理模块即可。代理模块的引用将移动站和基站、集控站之间加了一层隔离,对于移动站所发生的改变只需要在移动站做相应的处理,提高了系统的灵活性。操作系统选择Windows2000或者Windows XP,开发工具可以选择Visual C+或者Visual C#。3.3基站、集控站系统基站、集控站作为整个机器人系统的后台是操作人员与机器人之间进行交互的平台,主要完成的功能包括:基站的功能:(1显示分析移动站位置、速度,并在电子地图上进行相应的标注;(2显示分

13、析移动站采集的可见光图像和红外热图;(3显示分析移动站的电源使用情况、设备故障情况;(4手动控制移动站的运动;(5手动控制移动站云台的状态;(6任务规划及任务下达;基站和集控站都是移动站的后台系统,具有很多的相似之处,为此整个系统在设计的时候充分考虑他们的相同和不同的地方,决定采用一套程序,具体连接的机器人采用信息配置的方法来实现。操作系统选择的是Windows2000或者Win-dows XP,系统的开发工具可以选择Visual C+或者Visual C#。制跳线正误差,保持合理长度,使跳线绝缘子串保持7左右的预偏角。(3跳线绝缘子采用复合绝缘子时,应对其风偏进行验算。(4输电线路处于全天候

14、运行,线路的安全运行在很大程度上受气候的影响,故获取更符合实际的气象数据十分重要;而线路一般远离气象观测站,所处地形千变万化,设计标准难以完全适应复杂的野外情况。建议对高山、山口、峡谷等特殊地带,适当放宽裕度,提高设备防风能力。参考文献1东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册M .北京:中国电力出版社,2003,1.2.亚历山大罗夫苏.超高压送电线路的设计M .北京:水利电力出版社,1987,6.收稿日期:2009-2-10作者简介:郭志红(1959-,女,高级工程师,从事高电压技术监督工作。!(上接第5页4其它辅助模块为了完成变电站巡检机器人系统的相关配置及功能设置需要一些辅助程序主要

15、包括电子地图模块、与其它系统的接口模块、系统的配置模块等。4.1电子地图模块基站、集控站系统中都需要电子地图,在电子地图上标识出变电站的平面图和巡检路线图。在机器人进行巡检任务时,根据收到的机器人的位置信息在电子地图上模拟机器人移动站的运行情况。电子地图模块需要完成的功能为电子地图的绘制和巡检任务点的标识。4.2与其它系统的接口模块8随着变电站巡检机器人系统应用的不断扩大,与其它系统之间的联系也越来越紧密,目前需要的接口包括与调度自动化系统的接口和与生产MIS 系统的接口等。与调度自动化系统的接口可以获取到变电站设备的实时运行信息,有利于机器人系统对设备的运行状况做出更为合理准确的判断,同时将

16、设备的一些巡检信息及时提供给调度人员,可以增加调度人员对运行设备的了解。与生产MIS 系统的接口,可以将设备巡检信息提够给MIS 系统,从而扩大MIS 系统的信息量,也使得机器人系统发挥更大的作用。5结语变电站巡检机器人的研制和应用目前还属于一个比较新的课题,随着应用的不断推广,其功能和实用性也将得到很大的提高4。其软件系统的设计由于需求的不断变化、相关硬件设备的变化等等,使得对系统的灵活性和可扩展性有比较高的要求。本文给出的软件系统的设计方案比较灵活,易于实现,能够适应相关设备的变化。参考文献1赵家庆.220kV 无人值班变电站远方监控系统建设J .电力系统自动化,2003,27(8:78-80.2沈祥,祝项英,金乃正.无人值班变电站远方监控系统的设计和应用J .电力系统自动化,2004,28(2:89-90.3李向东,鲁守银,王宏,等.一种智能巡检机器人的体系结构分析和设计J .机器人,2005,27(6:502-506.4鲁守银,钱庆林,张斌等.变电站设备巡检机器人的研制J .电力系统自动化,2006,30(13:94-98.5所旭,张萍.无线通信技术应用于变电站自动化的探讨J .电力系统自动化,2004,28(17:88-91.6唐志童陆园.W