【正文】 重慶市電力公司超高壓局 變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人系統(tǒng) 項(xiàng)目方案 變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人系統(tǒng)項(xiàng)目小組 20203/a.9 概述 項(xiàng)目背景 傳統(tǒng)的變電站巡檢工作主要由工作人員來(lái)完成，但對(duì)于無(wú)人值守或少人值守的變電站，巡檢工作是一件非常困難的工作，尤其對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的變電站，需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間；其次，由于變電站多為高壓、高輻射設(shè)備，人工巡檢具有很大的危險(xiǎn)性；同時(shí)對(duì)于無(wú)人值守或少人值守的變電站，當(dāng)變電站故障時(shí)的應(yīng)急指揮調(diào)度難度也非常大。因此運(yùn)用機(jī)器人在一定程度上代替人工對(duì)變電站實(shí) 行自動(dòng)巡檢成為變電站巡檢的發(fā)展趨勢(shì)。 為了更好的實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)和無(wú)人值守變電站的安全、可靠地巡檢，重慶市電力公司超高壓局建設(shè)巡檢機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遙控巡檢。系統(tǒng)通過(guò)定位系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人準(zhǔn)確導(dǎo)航、定位，采集電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，即時(shí)向控制中心返回設(shè)備狀態(tài)和機(jī)器人本體工作狀態(tài)。中心通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器人實(shí)施監(jiān)控，對(duì)返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的外觀(guān)異常和內(nèi)部熱缺陷等故障，從而達(dá)到可靠的巡檢。 應(yīng)用效果 通過(guò)開(kāi)發(fā)、安裝變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，可達(dá)到以下預(yù)期成果： 機(jī)器人本體能夠沿著指 定的巡檢線(xiàn)路進(jìn)行巡游； 機(jī)器人在巡游過(guò)程中對(duì)待檢設(shè)備定位； 通過(guò)攝像儀和紅外熱像儀對(duì)變電站電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)； 采集機(jī)器人本體的狀態(tài)參數(shù)，并將這些參數(shù)傳送至控制中心； 對(duì)機(jī)器人本體的硬件進(jìn)行檢測(cè)，一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)給出報(bào)警提示并采取相應(yīng)措施，確保機(jī)器人在工作過(guò)程中的可靠性和安全性； 控制中心能夠通過(guò)上傳的視頻和紅外圖像對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控； 控制中心通過(guò)電子地圖來(lái)展現(xiàn)機(jī)器人巡檢的工作過(guò)程； 工作人員能夠?qū)C(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制； 工作人員能夠?qū)σ曨l和紅外設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制； 工作 人員能夠?qū)C(jī)器人本體的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控； 機(jī)器人本體和控制中心之間能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。 設(shè)計(jì)方案 建設(shè)思路 通過(guò)重慶創(chuàng)格科技有限責(zé)任公司和重慶大學(xué)專(zhuān)家一起研討，制定出一套切實(shí)可行的方案。在該方案的基礎(chǔ)上定制或研發(fā)相應(yīng)的設(shè)備，經(jīng)過(guò)組裝、調(diào)試研制出機(jī)器人本體部分。再根據(jù)項(xiàng)目的需求制定出配套軟件的設(shè)計(jì)方案，然后通過(guò)編碼完成項(xiàng)目的軟件部分。最后到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，最終將成果交付超高壓局。 建設(shè)過(guò)程中堅(jiān)持以下原則： 能夠完成巡檢任務(wù)； 不破壞變電站任何裝置； 不影響電氣設(shè)備的正常 運(yùn)行； 機(jī)器人在工作中保證可靠性； 在一定程度上減輕工作人員的巡檢工作量。 整體架構(gòu) 系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：變電站控制中心軟件、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)巡檢機(jī)器人?？刂浦行能浖\(yùn)行在變電站控制室的計(jì)算機(jī)上，主要功能是對(duì)巡檢現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行監(jiān)控。該軟件包括以下幾個(gè)主要功能： 電子地圖的展現(xiàn)?？刂浦行能浖鶕?jù)變電站平面圖繪制出電子地圖，對(duì)巡檢機(jī)器人的工作過(guò)程進(jìn)行展現(xiàn)。 視頻、紅外圖像的顯示。機(jī)器人采集的視頻圖像信息和紅外圖相信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心軟件就?huì)在相應(yīng)的窗口中顯示視頻圖像和紅外圖像。 工作人員可以通過(guò)這兩個(gè)窗口監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的工作情況和設(shè)備的運(yùn)行情況。 機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)和電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示。控制中心軟件能夠接收機(jī)器人回傳的本體狀態(tài)數(shù)據(jù)和電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)并將其在窗口中顯示出來(lái)。這樣工作人員可以及時(shí)地了解現(xiàn)場(chǎng)的巡檢狀況。 遠(yuǎn)程遙操作?？刂浦行能浖试S工作人員通過(guò)軟件提供的操作面板對(duì)機(jī)器人本體、攝像儀和紅外熱像儀實(shí)施遠(yuǎn)程遙操作，不僅可以遠(yuǎn)程控制機(jī)器人行走而且可以控制攝像儀和紅外熱像儀的云臺(tái)、焦距等。 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)中心軟件和巡檢機(jī)器人之間的通訊。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)要求高帶寬、高可靠性和低延遲，能 夠穩(wěn)定地傳輸視頻數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中誤碼率低。 巡檢機(jī)器人主要承擔(dān)設(shè)備巡檢的任務(wù)并將采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)上傳到控制中心。其主要功能包括： 機(jī)器人導(dǎo)航定位。機(jī)器人要能夠沿著巡檢路線(xiàn)巡游，同時(shí)還要能夠?qū)﹄娏υO(shè)備的位置進(jìn)行定位。 機(jī)器人本體故障診斷和自保護(hù)。機(jī)器人本體軟件系統(tǒng)對(duì)硬件進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息并采取相應(yīng)措施進(jìn)行自我保護(hù)。 電力設(shè)備的監(jiān)測(cè)。機(jī)器人通過(guò)其所攜帶的攝像儀和紅外熱像儀對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將采集的圖像數(shù)據(jù)和紅外數(shù)據(jù)上傳至控制中心。 拓?fù)?結(jié)構(gòu) 機(jī)器人本體攜帶導(dǎo)航設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。控制中心軟件運(yùn)行在監(jiān)控室的服務(wù)器上。服務(wù)器與機(jī)器人之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。在機(jī)器人上安裝全向天線(xiàn)，確保在任何方向上都能夠接收到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。服務(wù)器通過(guò)交換機(jī)和無(wú)線(xiàn) AP相連，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置上保證機(jī)器人和服務(wù)器處于同一個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段中，這樣機(jī)器人和服務(wù)器就能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信。 系統(tǒng)工作方式 系統(tǒng)采用客戶(hù)端 /服務(wù)器的工作模式?？刂浦行能浖鳛榭蛻?hù)端，機(jī)器人作為服務(wù)器。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，機(jī)器人首先啟動(dòng)，然后啟動(dòng)控制中心的軟件系統(tǒng)。在這個(gè)過(guò)程中機(jī)器人會(huì) 和服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接。機(jī)器人開(kāi)機(jī)啟動(dòng)后，就會(huì)在導(dǎo)航系統(tǒng)的控制下沿著巡檢路線(xiàn)行進(jìn)，在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，機(jī)器人會(huì)停下來(lái)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)的工作。機(jī)器人所采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和本體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至控制中心。 控制中心接收機(jī)器人發(fā)回的數(shù)據(jù)，其中，視頻和紅外數(shù)據(jù)通過(guò)控制中心軟件窗口顯示；機(jī)器人本體數(shù)據(jù)在狀態(tài)窗口中顯示?？刂浦行能浖€以電子地圖的方式展現(xiàn)機(jī)器人在現(xiàn)場(chǎng)的工作情況。另外，工作人員還可以通過(guò)軟件控制面板對(duì)機(jī)器人的行走和攝像儀、紅外熱像儀的焦距、云臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙操作。 系統(tǒng)可靠性 可靠性隱患 1機(jī)器人在行走 過(guò)程中出現(xiàn)無(wú)法檢測(cè)到磁條、標(biāo)簽時(shí)會(huì)與行走路線(xiàn)產(chǎn)生較大偏差，超出了系統(tǒng)的控制范圍； 機(jī)器人攜帶的設(shè)備可能出現(xiàn)故障； 網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)出現(xiàn)中斷。 可靠性解決方案 1. 可靠的導(dǎo)航控制：采用多種導(dǎo)航定位技術(shù)相融合的方案，確保機(jī)器人在行走過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)大的偏差和失控的情況。一旦出現(xiàn)無(wú)法控制的情況，機(jī)器人采用多種處理方式使自己停止運(yùn)行。用戶(hù)可以采用遠(yuǎn)程人工控制的方法，一旦系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則可以采取人工對(duì)機(jī)器人的行走加以控制。 2. 故障檢測(cè)和機(jī)器人的自我保護(hù)：機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中不斷檢測(cè)自身硬件設(shè)備的 運(yùn)行狀況。一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的故障處理程序會(huì)采取相應(yīng)的處理措施，必要時(shí)可以讓機(jī)器人停止工作。這樣可以避免機(jī)器人出現(xiàn)失控的情況下對(duì)自身和電力設(shè)備造成損害。 3. 采用高可靠性的網(wǎng)絡(luò)：采用高可靠性、高傳輸帶寬的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，一方面保證了機(jī)器人和控制中心之間的通訊暢通，另一方面可以使監(jiān)控室的視頻、紅外圖像保持流暢，減少了控制中心與機(jī)器人失去聯(lián)系的情況。同時(shí)為了以防網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷，機(jī)器人配置了網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)模塊，該模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的連接狀況，一旦檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)中斷，機(jī)器人會(huì)停止運(yùn)行。 開(kāi)發(fā)環(huán)境 以 Visual C++ ，電子地圖采用 MapX，數(shù)據(jù)庫(kù)采用 SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。 功能設(shè)計(jì) 導(dǎo)航定位 機(jī)器人本體沿著指定路線(xiàn)行走?？紤]到機(jī)器人兩個(gè)電機(jī)性能的差異性以及在行走過(guò)程中出現(xiàn)的偏差，因此機(jī)器人控制系統(tǒng)包含對(duì)在行走過(guò)程中出現(xiàn)的偏差進(jìn)行校正。在路徑轉(zhuǎn)彎處能夠識(shí)別轉(zhuǎn)彎標(biāo)志并且能夠正確做出轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。 在巡檢過(guò)程中能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)以及特殊位置實(shí)現(xiàn)定位。機(jī)器人本體能夠比較準(zhǔn)確地讀取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)信息，從而使機(jī)器人停止前進(jìn)并對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。在路徑轉(zhuǎn)彎處，機(jī)器人也能夠讀取轉(zhuǎn)彎標(biāo)識(shí)從而使機(jī)器人能夠做出正確的轉(zhuǎn)彎 動(dòng)作。 設(shè)備監(jiān)測(cè) 在監(jiān)測(cè)點(diǎn)，機(jī)器人本體可通過(guò)實(shí)現(xiàn)設(shè)定的預(yù)置位將可見(jiàn)光攝像儀和紅外熱像儀自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)待監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備，并對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)、溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，之后將采集的視頻圖像、紅外圖像以及溫度等參數(shù)傳送至控制中心，工作人員通過(guò)控制中心軟件窗口在線(xiàn)檢測(cè)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在巡檢過(guò)程中，用戶(hù)還可以對(duì)云臺(tái)位置和焦距等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可使用錄像和圖像截取功能，還可對(duì)紅外熱像儀的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 數(shù)據(jù)采集 機(jī)器人本體通過(guò)各種傳感器采集機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所需的各種數(shù)據(jù)，包括超聲波、磁傳感器、 RFID標(biāo)簽、溫度，這些數(shù)據(jù)能夠傳送到控制中 心軟件并顯示出來(lái)。 機(jī)器人本體硬件檢測(cè) 機(jī)器人本體軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)自身硬件的檢測(cè)，包括超聲波、磁傳感器、 RFID 讀寫(xiě)器、網(wǎng)絡(luò)等，確保系統(tǒng)各硬件能夠正常工作。一旦發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用故障處理程序來(lái)作出相應(yīng)的處理。 故障報(bào)警處理 針對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，故障報(bào)警處理程序會(huì)根據(jù)不同故障的類(lèi)別給出報(bào)警提示信息并采取相應(yīng)的故障處理，這樣就保證了系統(tǒng)的可靠性。 參數(shù)設(shè)置 機(jī)器人本體軟件允許用戶(hù)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這樣使得系統(tǒng)可以運(yùn)行在不同的配置環(huán)境下，從而提高了系統(tǒng)的靈活性。 開(kāi)機(jī)自啟動(dòng) 機(jī)器人系統(tǒng)加電后，下位機(jī) 軟件自動(dòng)啟動(dòng)，讀取設(shè)定的配置信息，進(jìn)入工作狀態(tài)。 遠(yuǎn)程控制 控制中心軟件能夠?qū)C(jī)器人本體和監(jiān)測(cè)設(shè)備（攝像儀和紅外熱像儀）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。工作人員通過(guò)操作遠(yuǎn)程控制界面或鍵盤(pán)控制機(jī)器人本體前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止。 控制中心軟件提供對(duì)可見(jiàn)光攝像儀和紅外攝像儀遠(yuǎn)程操作面板，可對(duì)其進(jìn)行云臺(tái)控制、焦距控制、錄像、圖像截取以及紅外攝像儀各種功能的遠(yuǎn)程控制。 預(yù)置位設(shè)置 系統(tǒng)提供對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)置位設(shè)置，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)用戶(hù)可以記錄下云臺(tái)的方位、俯仰角等信息，在實(shí)際巡檢時(shí)機(jī)器人根據(jù)預(yù)置位自動(dòng)將云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)先設(shè)定的方位，便 于工作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 電子地圖展現(xiàn) 該功能根據(jù)機(jī)器人本體回傳的數(shù)據(jù)展現(xiàn)機(jī)器人的巡檢狀況。這使得工作人員以非常直觀(guān)的方式了解現(xiàn)場(chǎng)的情況，也使得人機(jī)界面十分友好。 視頻和紅外圖像的顯示 機(jī)器人本體采集的變電站設(shè)備視頻和紅外圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后在窗口中顯示，工作人員可以通過(guò)視頻窗口紅外窗口觀(guān)察電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?shù)據(jù)傳輸包括數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收，機(jī)器人本體軟件和控制中心軟件能夠發(fā)送和接收不同格式、不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行正確的處理和顯示。 用戶(hù)管理 系統(tǒng) 提供用戶(hù)登錄、添加、刪除、用戶(hù)信息修改等基本用戶(hù)管理功能。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 系統(tǒng)擁有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 實(shí)施方案 實(shí)施策略 1. 了解甲方的需求并給出切實(shí)可行的實(shí)施方案。 乙方在充分了解甲方的需求后，就項(xiàng)目的實(shí)施方案咨詢(xún)有關(guān)專(zhuān)家、學(xué)者，在與專(zhuān)家、學(xué)者進(jìn)行充分研討后制定出符合甲方要求的可行的項(xiàng)目方案。 2. 研制或定制項(xiàng)目有關(guān)的硬件設(shè)備。 本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需要硬件的支持。乙方根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)施方案，研制或定制相關(guān)的硬件設(shè)備，使得在硬件層次上保證項(xiàng)目滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。 3. 制定軟件設(shè)計(jì)方案并開(kāi) 發(fā)軟件系統(tǒng)。 根據(jù)項(xiàng)目的整體方案和客戶(hù)需求，制定出軟件設(shè)計(jì)方案，如概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后開(kāi)發(fā)出符合需求的軟件系統(tǒng)。 4．采取先試點(diǎn)后推廣的策略，確保實(shí)施工作穩(wěn)步推進(jìn)。 為保證項(xiàng)目實(shí)施工作有序、穩(wěn)步進(jìn)行，可采取先試點(diǎn)、后推廣的策略。通過(guò)試點(diǎn)，一方面驗(yàn)證軟、硬件系統(tǒng)，另一方面為全局推廣積累經(jīng)驗(yàn)。 項(xiàng)目組織機(jī)構(gòu) 1. 甲方項(xiàng)目組織 甲方成立項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組，協(xié)調(diào)各項(xiàng)工作，并對(duì)重大事項(xiàng)作出決策；成立項(xiàng)目工作小組，負(fù)責(zé)本項(xiàng)目協(xié)調(diào)溝通、組織管理和其它各項(xiàng)具體工作。 2. 乙方項(xiàng)目組織 乙方成立變電站設(shè)備 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)項(xiàng)目組，負(fù)責(zé)本項(xiàng)目具體實(shí)施工作。乙方項(xiàng)目組的工作由乙方項(xiàng)目管理組織進(jìn)行統(tǒng)一管理。 項(xiàng)目計(jì)劃安排 項(xiàng)目整體工作分為七個(gè)階段：（ 1）項(xiàng)目啟動(dòng)及業(yè)務(wù)需求交流、分析；（ 2）制定硬件系統(tǒng)的方案；（ 3）硬件設(shè)備的研制、定制及測(cè)試；（ 4）制定軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；（ 5）軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、測(cè)試；（ 6）系統(tǒng)整體的測(cè)試；（ 7）項(xiàng)目驗(yàn)收。 項(xiàng)目整體計(jì)劃及各階段工作時(shí)間見(jiàn)下圖： 采取先試點(diǎn)后推廣的策略，確保實(shí)施工作穩(wěn)步推進(jìn) SHAPE \* MERGEFORMAT 項(xiàng)目各階段的主要工作 項(xiàng)目各階段具 體工作內(nèi)容見(jiàn)下圖： SHAPE \* MERGEFORMAT 項(xiàng)目管理 項(xiàng)目管理目的 1. 確保項(xiàng)目范圍清晰且沒(méi)有不必要的重疊 2. 解決項(xiàng)目之間可能發(fā)生的沖突，當(dāng)項(xiàng)目之間發(fā)生資源沖突時(shí)確定資源分配的優(yōu)先次序 3. 將項(xiàng)目相互之間的依賴(lài)關(guān)系溝通給相關(guān)項(xiàng)目，并有效地執(zhí)行 4. 減少項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的影響 5. 向總部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)提供有效和一致的項(xiàng)目狀態(tài)匯報(bào) 6. 加強(qiáng)貫串不同項(xiàng)目的項(xiàng)目規(guī)范的一致性 項(xiàng)目管理范圍 1. 在支撐機(jī)構(gòu)與每個(gè)獨(dú)立項(xiàng)目之間