變電站巡檢機器人軟件系統的設計

1、0引言隨著社會經濟和科學技術的發(fā)展，電力體制改革的不斷深入，電力系統自動化水平有了很大的提高，自動化裝置和遠程監(jiān)控系統的應用范圍越來越廣，變電站值班漸漸趨于無人化和少人化12。傳統的人工設備巡檢耗時耗力，并且設備存在的一些隱患不易被發(fā)現。為了保證變電站設備的安全可靠運行，更快地推進變電站無人值守的進程，山東魯能智能技術有限公司成功研制開發(fā)了一種集自動化、機械、人工智能、計算機等高新領域的尖端科技的變電站巡檢機器人，并成功的在多個變電站投入運行。變電站巡檢機器人巡檢在一定程度上代替了人工巡檢，提高了變電站的自動化程度34。變電站設備巡檢機器人主要應用于室外變電站，替代巡視人員進行巡視檢查。該機器

2、人可以攜帶紅外熱像儀、可見光攝像機等有關的檢測裝置，代替人對站內設備進行巡檢，能夠及時發(fā)現電力設備故障，給運行人員提供事故隱患和故障先兆數據。在值班人員不方便巡視的時間和環(huán)境下，無須人員參與即可按照設定路線進行巡檢。作為變電站巡檢機器人系統的一個重要組成部分，軟件系統的設計和實現對于整個系統起著舉足輕重的作用。為了適應目前機器人系統不斷發(fā)展的要求，軟件系統的設計應該充分考慮系統的可擴充性和靈活性。使用接口和虛擬設備，是一種比較好的設計方式，可以將實際設備的變化進行屏蔽，在具體的接口處理中應對物理設備的變化。變電站巡檢機器人軟件系統的設計SoftwareSystemDesignofRobotfo

3、rSubstationInspection劉凌1,2,韓國政3(1.山東大學控制科學與工程學院，山東濟南250061;2.濟南鐵道職業(yè)技術學院電工教研室，山東濟南250013;3 .山東魯能智能技術有限公司，山東濟南250002摘要:變電站巡檢機器人主要應用于室外變電站的設備巡視檢查，一定程度上代替了人工巡檢提高了變電站的自動化程度。具軟件系統包括移動站、基站、集控站,為了適應整個系統不斷變化的要求，軟件系統需要具有很好的靈活性和可擴展性。采用代理機制，將具體的設備屏蔽，可以很好的應對物理設備的變化。在此基礎上給出了移動站、機器人代理、基站、集控站的設計和實現，并將基站和集控站作為后臺軟件進行

4、統一設計和實現。關鍵詞:設備巡檢；移動機器人；變電站自動化；代理Abstract:Substationinspectionrobotsaremainlyusedinoutdoorsubstationequipmentinspection,raisingthedegreeofautomationofthesubstation.Theywillbeasubstituteformanualinspectionsinthefuture.Itssoftwaresystemsarecomposedbymobilestations,basestations,centralcontrolstation.Ino

5、rdertoadapttochangingrequirementsoftheentiresystemsoftwaresystemhasgoodflexibilityandscalability.Proxyusedtoshieldthespecificequipmentcanbeverygoodtodealwiththephysicalequipmentchanges.Byusingproxythispapergiveadesignandimplementationofmobilestation,andbasestations,centralcontrolstationdesignandimpl

6、ementation.Thebasestationandthecentralizedcontrolstationaredesignandrealizationinthesamewayasbackgroundsoftware.Keywords:equipmentinspection;mobilerobot;substationautomation;proxy中圖分類號：TM76文獻標識碼:A文章編號：1007-9904(200902-44-041系統結構變電站巡檢機器人系統的典型實現包括移動站、基站、集控站，如圖1所示圖1變電站巡檢機器人系統的典型實現移動站是變電站巡檢機器人系統的移動本體，包括

7、移動車體及其導航系統、控制系統和設備檢測裝置等?；臼亲冸娬狙矙z機器人系統的本地后臺系統，一般位于變電站，用來實現對移動站進行有效的監(jiān)視、控制和管理。集控站是變電站巡檢機器人系統的遠程后臺系統，一般位于集控中心或者調度中心，是整個變電站巡檢機器人集中監(jiān)控系統的監(jiān)控和管理中心，通過集控站可以實施對變電站巡檢機器人的遠程控制、管理、維護，同時可以獲取變電站巡檢機器人送來的數據。系統的設計和實現需要適應不同的設備進行統一處理，系統的整體框架圖如圖2圖2系統整體框架圖從網絡上信息流的角度來分，機器人系統包括數據信息和視頻信息兩部分，這兩部分從信息的傳輸和處理上的區(qū)別都比較大，在系統設計的時候將這兩者分

8、離開來各自進行單獨設計。2視頻部分設計工忤站槐獨崛T視頻部分的整體設計框圖如圖3所示象控站0圖3視頻部分設計移動站和基站之間采用的是無線網絡，無線網絡的布置比較靈活，能夠適應機器人移動站戶外巡檢的要求5。但是在變電站環(huán)境下，無線網絡比較容易受到電磁的干擾，為此可以采用降低無線網絡帶寬來提高網絡穩(wěn)定性的方案。為了降低無線網絡的帶寬，保證視頻通信的質量，采用這種視頻轉發(fā)的模式，通過在基站上增加視頻轉發(fā)模塊，作為視頻代理，將各種視頻信息的需求都由視頻轉發(fā)模塊來響應67。視頻轉發(fā)模塊接收視頻服務器傳來的視頻信號，并將視頻信號轉發(fā)給相應的視頻客戶端進行展示。采用視頻轉發(fā)方案的另一個好處是對于不同的網絡通

9、道，可以根據帶寬設計合適的視頻轉發(fā)方案，采用合理的參數（數據壓縮標準、圖像大小、每秒傳送的圖像幀數等等來進行圖像傳輸。視頻轉發(fā)模塊采用視頻服務器SDK提供的函數來實現，通過網絡傳輸的視頻流采用MPEG4壓縮，最大碼率可設置為512k,這樣兩路視頻共占用1024k。目前變電站與集控中心之間采用的是2M的網絡通信，所以以上方案能夠滿足生產實際的要求。4 .2視頻展示模塊視頻轉發(fā)模塊作為服務端，集控站和基站的視頻展示作為客戶端，客戶端可以調用視頻服務器提供的SDK函數完成視頻連接，視頻播放。視頻的壓縮和解壓都通過視頻服務器SDK提供的函數來完成，實現起來比較簡單。3巡檢信息部分處理集控站系統、基站系

10、統都不與移動站系統發(fā)生關系，而是通過中間的機器人代理模塊。機器人代理模塊起到一個上傳下達的作用，將移動站的信息上傳給基站、集控站，并將基站、集控站的控制命令下發(fā)到移動站o圖4巡檢信息部分設計3.1移動站系統移動站主要負責導航定位信息的采集處理，根據后臺機控制命令打制機器人運動，并上報機器人狀態(tài)信息、檢測傳感器的數據并上傳。移動站負責和硬件交互實時控制，操作人員通過基站或集控站控制機器人，因此操作系統選擇的是WINCE嵌入式實時操作系統。移動站的功能：(1采集紅外熱圖傳輸到基站；(2采集可見光圖像傳輸到基站；(3依據傳感器數據等，規(guī)劃路徑、巡檢，并上傳機器人運動狀態(tài)；(4安全防護報警；移動站控制

11、程序是基于WINCE嵌入式實時多任務操作系統，采用MicrosoftEmbeddedVisualC+乍為開發(fā)工具。3.2機器人代理模塊基站代理用來連接基站系統和集控站系統，將集控站的操作命令轉發(fā)到基站系統，將基站系統采集的移動站的信息傳遞給集控站進行處理。機器人代理模塊的采用可以將集控站、基站的一些差異進行屏蔽，基站、集控站都是與機器人代理模塊進行通信，并展示機器人的相關信息。另一方面，采用機器人代理模塊方便系統的擴展與互聯，當不同廠家的機器人系統進行互聯時，僅僅需要修改相應的機器人代理模塊即可。代理模塊的引用將移動站和基站、集控站之間加了一層隔離，對于移動站所發(fā)生的改變只需要在移動站做相應的

12、處理，提高了系統的靈活性。操作系統選擇Windows2000或者WindowsXP,開發(fā)工具可以選擇VisualC+或者VisualC#。3.3基站、集控站系統基站、集控站作為整個機器人系統的后臺是操作人員與機器人之間進行交互的平臺,主要完成的功能包括：基站的功能：(1顯示分析移動站位置、速度，并在電子地圖上進行相應的標注；(2顯示分析移動站采集的可見光圖像和紅外熱圖；(3顯示分析移動站的電源使用情況、設備故障情況；(4手動控制移動站的運動；(5手動控制移動站云臺的狀態(tài)；(6任務規(guī)劃及任務下達基站和集控站都是移動站的后臺系統，具有很多的相似之處，為此整個系統在設計的時候充分考慮他們的相同和不同

13、的地方，決定采用一套程序，具體連接的機器人采用信息配置的方法來實現。操作系統選擇的是Windows2000或者Win-dowsXP,系統的開發(fā)工具可以選擇VisualC+或者VisualC#。制跳線正誤差保持合理長度，使跳線絕緣子用保持7。左右的預偏角。(3跳線絕緣子采用復合絕緣子時，應對其風偏進行驗算。(4輸電線路處于全天候運行，線路的安全運行在很大程度上受氣候的影響，故獲取更符合實際的氣象數據十分重要；而線路一般遠離氣象觀測站，所處地形千變萬化設計標準難以完全適應復雜的野外情況。建議對高山、山口、峽谷等特殊地帶，適當放寬裕度提高設備防風能力。參考文獻1東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設

14、計手冊M.北京:中國電力出版社，2003,1.2r.皿歷山大羅夫蘇.超高壓送電線路的設計M.北京:水利電力出版社，1987,6收稿日期:2009-2-10作者簡介：郭志紅(1959-,女，高級工程師，從事高電壓技術監(jiān)督工作。!(上接第5頁4其它輔助模塊為了完成變電站巡檢機器人系統的相關配置及功能設置需要一些輔助程序主要包括電子地圖模塊、與其它系統的接口模塊、系統的配置模塊等。4.1 電子地圖模塊基站、集控站系統中都需要電子地圖，在電子地圖上標識出變電站的平面圖和巡檢路線圖。在機器人進行巡檢任務時，根據收到的機器人的位置信息在電子地圖上模擬機器人移動站的運行情況。電子地圖模塊需要完成的功能為電子

15、地圖的繪制和巡檢任務點的標識。4.2 與其它系統的接口模塊8隨著變電站巡檢機器人系統應用的不斷擴大，與其它系統之間的聯系也越來越緊密，目前需要的接口包括與調度自動化系統的接口和與生產MIS系統的接口等。與調度自動化系統的接口可以獲取到變電站設備的實時運行信息，有利于機器人系統對設備的運行狀況做出更為合理準確的判斷，同時將設備的一些巡檢信息及時提供給調度人員，可以增加調度人員對運行設備的了解。與生產MIS系統的接口，可以將設備巡檢信息提夠給MIS系統，從而擴大MIS系統的信息量，也使得機器人系統發(fā)揮更大的作用。5結語變電站巡檢機器人的研制和應用目前還屬于一個比較新的課題，隨著應用的不斷推廣，其功

16、能和實用性也將得到很大的提高4。其軟件系統的設計由于需求的不斷變化、相關硬件設備的變化等等，使得對系統的靈活性和可擴展性有比較高的要求。本文給出的軟件系統的設計方案比較靈活易于實現，能夠適應相關設備的變化。參考文獻1趙家慶.220kV無人值班變電站遠方監(jiān)控系統建設J.電力系統自動化,2003,27(8:78-80.2沈祥祝項英，金乃正.無人值班變電站遠方監(jiān)控系統的設計和應用J.電力系統自動化，2004,28(2:89-90.3李向東，魯守銀，王宏，等.一種智能巡檢機器人的體系結構分析和設計J.機器人,2005,27(6:502-506.4魯守銀，錢慶林，張斌等.變電站設備巡檢機器人的研制J.電力系統自動化，2006,30(13:94-98.5所旭，張萍.無線通信技術應用于變電站自動化的探討J.電力系統自動化,2004,28(17:88-91.6唐志童陸園.Win