變電站巡檢機器人軟件系統(tǒng)的設(shè)計

1、0引言隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力體制改革的不斷深入，電力系統(tǒng)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(tǒng)的應(yīng)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(tǒng)的人工設(shè)備巡檢耗時耗力，并且設(shè)備存在的一些隱患不易被發(fā)現(xiàn)。為了保證變電站設(shè)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(shù)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(lǐng)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(shè)備巡檢機器人主要應(yīng)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(guān)的檢測裝置，代替人對站內(nèi)設(shè)備進行巡檢，能夠及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備故障，給運行人員提供事故隱患和故障先兆數(shù)據(jù)。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(shè)定路線進行巡檢。作為變電站巡檢機器人系統(tǒng)的一個重要組成部分，軟件系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)對于整個系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。為了適應(yīng)目前機器人系統(tǒng)不斷發(fā)展的要求，軟件系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該充分考慮系統(tǒng)的可擴充性和靈活性。使用接口和虛擬設(shè)備，是一種比較好的設(shè)計方式，可以將實際設(shè)備的變化進行屏蔽，在具體的接口處理中應(yīng)對物理設(shè)備的變化。變電站巡檢機器人軟件系統(tǒng)的設(shè)計SoftwareSystemDesignofRobotfo

3、rSubstationInspection劉凌1,2,韓國政3(1.山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟南250061;2.濟南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院電工教研室，山東濟南250013;3 .山東魯能智能技術(shù)有限公司，山東濟南250002摘要:變電站巡檢機器人主要應(yīng)用于室外變電站的設(shè)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(tǒng)包括移動站、基站、集控站,為了適應(yīng)整個系統(tǒng)不斷變化的要求，軟件系統(tǒng)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(shè)備屏蔽，可以很好的應(yīng)對物理設(shè)備的變化。在此基礎(chǔ)上給出了移動站、機器人代理、基站、集控站的設(shè)計和實現(xiàn)，并將基站和集控站作為后臺軟件進行

4、統(tǒng)一設(shè)計和實現(xiàn)。關(guān)鍵詞:設(shè)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(tǒng)結(jié)構(gòu)變電站巡檢機器人系統(tǒng)的典型實現(xiàn)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(tǒng)的典型實現(xiàn)移動站是變電站巡檢機器人系統(tǒng)的移動本體，包括

7、移動車體及其導(dǎo)航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和設(shè)備檢測裝置等?；臼亲冸娬狙矙z機器人系統(tǒng)的本地后臺系統(tǒng)，一般位于變電站，用來實現(xiàn)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(tǒng)的遠程后臺系統(tǒng)，一般位于集控中心或者調(diào)度中心，是整個變電站巡檢機器人集中監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)。系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)需要適應(yīng)不同的設(shè)備進行統(tǒng)一處理，系統(tǒng)的整體框架圖如圖2圖2系統(tǒng)整體框架圖從網(wǎng)絡(luò)上信息流的角度來分，機器人系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)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(tǒng)設(shè)計的時候?qū)⑦@兩者分

8、離開來各自進行單獨設(shè)計。2視頻部分設(shè)計工忤站槐獨崛T視頻部分的整體設(shè)計框圖如圖3所示象控站0圖3視頻部分設(shè)計移動站和基站之間采用的是無線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)的布置比較靈活，能夠適應(yīng)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(wǎng)絡(luò)比較容易受到電磁的干擾，為此可以采用降低無線網(wǎng)絡(luò)帶寬來提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的方案。為了降低無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬，保證視頻通信的質(zhì)量，采用這種視頻轉(zhuǎn)發(fā)的模式，通過在基站上增加視頻轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)模塊來響應(yīng)67。視頻轉(zhuǎn)發(fā)模塊接收視頻服務(wù)器傳來的視頻信號，并將視頻信號轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的視頻客戶端進行展示。采用視頻轉(zhuǎn)發(fā)方案的另一個好處是對于不同的網(wǎng)絡(luò)通

9、道，可以根據(jù)帶寬設(shè)計合適的視頻轉(zhuǎn)發(fā)方案，采用合理的參數(shù)（數(shù)據(jù)壓縮標準、圖像大小、每秒傳送的圖像幀數(shù)等等來進行圖像傳輸。視頻轉(zhuǎn)發(fā)模塊采用視頻服務(wù)器SDK提供的函數(shù)來實現(xiàn)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l流采用MPEG4壓縮，最大碼率可設(shè)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(wǎng)絡(luò)通信，所以以上方案能夠滿足生產(chǎn)實際的要求。4 .2視頻展示模塊視頻轉(zhuǎn)發(fā)模塊作為服務(wù)端，集控站和基站的視頻展示作為客戶端，客戶端可以調(diào)用視頻服務(wù)器提供的SDK函數(shù)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(wù)器SDK提供的函數(shù)來完成，實現(xiàn)起來比較簡單。3巡檢信息部分處理集控站系統(tǒng)、基站系

10、統(tǒng)都不與移動站系統(tǒng)發(fā)生關(guān)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(shè)計3.1移動站系統(tǒng)移動站主要負責(zé)導(dǎo)航定位信息的采集處理，根據(jù)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(shù)據(jù)并上傳。移動站負責(zé)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(tǒng)選擇的是WINCE嵌入式實時操作系統(tǒng)。移動站的功能：(1采集紅外熱圖傳輸?shù)交荆?2采集可見光圖像傳輸?shù)交荆?3依據(jù)傳感器數(shù)據(jù)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(wù)操作系統(tǒng)，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(tǒng)和集控站系統(tǒng)，將集控站的操作命令轉(zhuǎn)發(fā)到基站系統(tǒng)，將基站系統(tǒng)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(guān)信息。另一方面，采用機器人代理模塊方便系統(tǒng)的擴展與互聯(lián)，當不同廠家的機器人系統(tǒng)進行互聯(lián)時，僅僅需要修改相應(yīng)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(yīng)的

12、處理，提高了系統(tǒng)的靈活性。操作系統(tǒng)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(tǒng)基站、集控站作為整個機器人系統(tǒng)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(yīng)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(shè)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(wù)規(guī)劃及任務(wù)下達基站和集控站都是移動站的后臺系統(tǒng)，具有很多的相似之處，為此整個系統(tǒng)在設(shè)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(xiàn)。操作系統(tǒng)選擇的是Windows2000或者Win-dowsXP,系統(tǒng)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(yù)偏角。(3跳線絕緣子采用復(fù)合絕緣子時，應(yīng)對其風(fēng)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(shù)據(jù)十分重要；而線路一般遠離氣象觀測站，所處地形千變?nèi)f化設(shè)計標準難以完全適應(yīng)復(fù)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(shè)備防風(fēng)能力。參考文獻1東北電力設(shè)計院.電力工程高壓送電線路設(shè)

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(shè)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(shù)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(tǒng)的相關(guān)配置及功能設(shè)置需要一些輔助程序主要包括電子地圖模塊、與其它系統(tǒng)的接口模塊、系統(tǒng)的配置模塊等。4.1 電子地圖模塊基站、集控站系統(tǒng)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(wù)時，根據(jù)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(wù)點的標識。4.2 與其它系統(tǒng)的接口模塊8隨著變電站巡檢機器人系統(tǒng)應(yīng)用的不斷擴大，與其它系統(tǒng)之間的聯(lián)系也越來越緊密，目前需要的接口包括與調(diào)度自動化系統(tǒng)的接口和與生產(chǎn)MIS系統(tǒng)的接口等。與調(diào)度自動化系統(tǒng)的接口可以獲取到變電站設(shè)備的實時運行信息，有利于機器人系統(tǒng)對設(shè)備的運行狀況做出更為合理準確的判斷，同時將設(shè)備的一些巡檢信息及時提供給調(diào)度人員，可以增加調(diào)度人員對運行設(shè)備的了解。與生產(chǎn)MIS系統(tǒng)的接口，可以將設(shè)備巡檢信息提夠給MIS系統(tǒng)，從而擴大MIS系統(tǒng)的信息量，也使得機器人系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用。5結(jié)語變電站巡檢機器人的研制和應(yīng)用目前還屬于一個比較新的課題，隨著應(yīng)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(tǒng)的設(shè)計由于需求的不斷變化、相關(guān)硬件設(shè)備的變化等等，使得對系統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計方案比較靈活易于實現(xiàn)，能夠適應(yīng)相關(guān)設(shè)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(tǒng)建設(shè)J.電力系統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用J.電力系統(tǒng)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(jié)構(gòu)分析和設(shè)計J.機器人,2005,27(6:502-506.4魯守銀，錢慶林，張斌等.變電站設(shè)備巡檢機器人的研制J.電力系統(tǒng)自動化，2006,30(13:94-98.5所旭，張萍.無線通信技術(shù)應(yīng)用于變電站自動化的探討J.電力系統(tǒng)自動化,2004,28(17:88-91.6唐志童陸園.Win