智能巡检机器人解决方案.docx

室内轨道型智能巡检机器人系统设计方案1项目概述11.1项目简介11.2系统简介11.3系统设计目标11.4项目背景22主要技术方案42.1总体技术要求42.2系统的特点和优势52.3机器人自检92.4机器人电磁兼容92.5监控平台系统92.6机器人工作模式113主要分系统技术参数133.1机器人本体133.2轨道系统143.3供电及通讯方式143.4局放检测141项目概述1.1项目简介本项目实现开关柜红外测温、局放检测、柜面及保护装置信号状态指示等的 全自动识别，继保室保护屏柜压板状态、空开位置、电流端子状态、装置信号灯 指示以及数显仪表的全自动识别读数。并且采用导轨滑触式供电方式，实现24 小时不间断巡视，也可自定义周期和设备进行特殊巡视。1.2系统简介智能巡检监测机器人系统（含本地、远程监控平台）。主要包括： 轨道式智能巡检机器人1套，包括巡检机器人本体、高清可见光视频 监控模块、红外热成像模块、局放监测模块、温湿度环境监控模块、远程对讲 模块等。 轨道系统1套，包括轨道本体、轨道连接件、吊装组件、固定组件和 限位器等。 监控平台2套，包括本地监控平台1套、远程监控平台1套。 通讯及电源系统1套，包括通讯光纤收发器、电源、配电箱、动力线 缆及组件等。1.3系统设计目标本项目的实施将提高配电房、开关室、继保室的检修、维护效率，提高设 备健康水平和运维的智能化，增加电网运行可靠性，同时保障运维人员安全， 降低人工运维成本。1.4项目背景目前电力公司对于所管辖的配电房、开关室，例行巡检每月1次，红外测 温巡测每月1次，全部依赖于人工巡视作业。在高负荷期间和有特殊保供电要 求时，须增加巡检频次。随着近年来电网飞速发展，生产人员不足和巡检工作量增加之间的矛盾日 益突出，而运维一体化等工作在扩展业务范围的同时也给变电运维工作提出了 更高的要求，在这样的形势下，传统的“人工巡检、手动记录”的巡视作业方 式难以适应电力系统精益化、集约化的发展要求。目前传统的配电房、开关室巡检方法，主要依靠人工及少量环境监控器实 现。但是由于配电房、开关室数量多，范围广，封闭性强，通讯不便，一旦出 现突发事故，将对巡检人员的人身安全造成极大威胁。此外，常用的固定式监控系统存在着一定范围的视觉盲点，人工巡检配合 少量环境监控器监控的方式容易因监测不到位而造成部分设备缺陷或异常发 展，甚至引发设备障碍和故障，影响电网安全供电。相对于人工巡检，智能巡检机器人具有可全天候运行和对恶劣环境的适应 性更强的优势。根据预先设定的巡检内容、时间、周期、路线等参数信息，自 主启动完成例行巡检任务，根据报警级别、事项来源等分类存储并实现智能告 警，有效的减轻运维人员工作量，提高巡检效率。人工巡检的手段较为单一，且受制于天气、环境等因素，由于人员技能水平存 在差异，巡检不到位而造成缺陷或异常发展形成障碍和事故的情况难以避免人工 巡检作业的质量难以保障。智能巡检监测机器人自身具有高清视频、红外热图像和声音采集等功能， 工作人员通过对信息进行综合分析得出稳定可靠的巡视结论，判断出设备是否安 全。当发现配电房、开关室内的设备有异常情况，工作人员可在第一时间查清问题 原因，并采取相应措施。我国目前正从劳动密集型向现代化制造业方向发展，振兴制造业、实现工 业化是我国经济发展的重要任务。从工业发展历程看，生产手段必然要经历机械 化、自动化、智能化、信息化的变革。随着国民经济的快速发展以及生产技术的 不断进步和劳动力成本的不断上升，如何进一步提高生产率、提高产品质量、降 低劳动强度、改善劳动条件已经成为企业不得不考虑的问题。2012年4月，国家科技部针对机器人领域发布了服务机器人科技发展“十二 五”专项规划。“十二五”期间，国家将重点培育发展服务机器人、公共安全机 器人、人工业务替代机器人等任务。2013年7月，国家电网公司发布了关于印发智能机器人巡检推广应用工作 方案的通知，在公司系统内全面推进智能巡检机器人应用，通过技术和管理上持 续的深化，实施设备远程巡检，提升设备状态管控能力，降低运维人员巡视工作 量，提高运检质量和效益。20152016年，国家电网公司陆续发布了国家电网公司智能运检技术发展 规划、关于印发国家电网公司输变电智能化领域行动计划顶层设计的通知和 国家电网公司“十三五”智能运检技术发展方向研究任务分工及实施计划力， 在推进大数据、物互联和移动互联等新技术在输变电智能化领域的应用，并明确提 出了配电房、开关室智能巡检技术的实施计划和方向。因此，本项目的实施符合国家和国家电网公司政策导向，是对国家企业整 体规划的践行。综上分析，面对电力线路的立体化发展趋势，传统粗放式的运维模式将面临诸 多挑战，亟需建立新的立体化智能运维技术体系，提变电设备运维安全性和效益。2 主要技术方案2.1总体技术要求室内轨道型智能巡检机器人监测系统主要由巡检机器人、运载轨道系统、通 讯及电源系统、监控平台等组成。室内巡检机器人系统功能表序号功能简述1移动高清视频监控实现配电房、开关室内实时移动可见光/高清视频监控2表计识别，自动抄表实现电力表记的自动识别与数据统计；状态灯、开关柄位置、 箱门开闭状态的识别。3设备锈蚀、变形检测系统通过图像识别及图像对比方法，可对室内设备、紧固件进 行精确定位、拍照，结合人工确认，实现锈蚀、变形分析4室内照明等设备工作、土建环境状态识别室内渗水识别发现；室内照明设备工作状态识别；路面积水识别发现5设备工作温度状态监 测米用红外热成像监测通过整个室内进行扫描式测温，全面掌握 设备温度情况。6关键点精确测温实现对母线接头、穿墙套管等关键点定点测温7缺陷定点跟踪测温实现对点或对区域热缺陷进行定时定点巡检，采集数据8环境检测实现对室内中O3、CO、CO2、温度、湿度、烟雾、环境噪音、 设备工作噪音等环境信息的监测9设备自动识别对与系统采集的热图（无论自动采集还是人工采集）进行自动 识别，通过图像配准的方法识别出该热图能有效的设备目标， 保证温度检测的有效性。10语音对讲及现场指挥 功能定期检修或施工的伴护功能11火灾检测及应急处理实现火情异常发现及灭火应急处理功能12安防联动及应急联动处理在系统告警发生后快速对室内进行巡视、排查隐患的过程；和 室内其他在线监测的系统联动，其他在线监测发现的异常联动 现场确认处理。消防联动发现火情，后台视频确认，联动灭火 机器人进行处置。2.2系统的特点和优势觉导航技术，自动识别所有表计传统的机器人巡检是通过大量的预置位设置工作来定位所有的监测目标，需要大量的运维工作才能保证整个系统的有效运行。本系统采用的视觉导航技 术，只要系统采用模糊识别算法对现场典型设备进行学习，在实施过程中内自 动识别所有的设备，自动定位需要检测的目标，极大的提高系统运行效率。.无线充电技术巡检机器人重复定位精度±2mm，运行平顺无卡滞。24小时连续不间断运行，无需充电等待。.有线通讯技术，符合电网信息安全要求采用有线通讯方式，数据可直接接入电网公司运维管理系统，不存在因采 用无线网络通讯导致的信息安全问题。.柜内局部放电监测技术系统使用机械臂式局放检测仪检测所有开关柜、配电柜内部放电现象，结合 机器人在垂直方向2米的行程以及局放机械臂在水平方向0.25米的行程，可实 现开关柜、配电柜全方位的局部放电监测。局放检测方式：TEV+超声组合。. 3D扫描技术,室内设备全方位监测系统采用三维扫描仪用来侦测并分析配电房、开关室中物体或环境的形状 （几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。采用搜集到的数据 进行三维重建计算，在智能巡检机器人系统中创建实际物体的数字模型。系统采用这些模型数据进行导航、识别、设备定位。系统采用这些数据同时完成室内设备的设备锈蚀、形变检测、土建环境状态识别。. AR实景监测技术应用运维人员模拟现场实际场景实时观测室内所有设备的运行状态。可随着运维 人员的身体动作，查看分析任意设备的工作状态，表计读数。系统同时可在所有 检测对象上进行注释及标记，辅助运维人员巡视。系统同时完成柜内设备温度工作状实景实时监测。.智慧巡检技术系统保证每天一次的全面巡检任务，同时会自动根据巡检结果调整其他巡检 任务，自动调整设备的巡检频率。例如：某块表计读数数值变化较大，系统自动增 加该表计的监测次数，而对于长期不变的表计自动减少监测次数。对于工作状态 异常设备，系统自动增加巡检频率，有效的提高的系统的巡检效率。.室内工作环境自动监测智能机器人自身携带的环境监测模块、高灵敏度拾音器，具备监配电房、开关室中O3、CO、CO2、温度、湿度、烟雾、环境噪音、设备工作噪音等环境值。.语音对讲现场指挥功能智能巡检机器人系统搭载双向语音系统，安装有应急广播扬声器和监听麦克。 用于监控中心和巡视人员进行双向对讲，实现对现场的远程监控指挥。.异常预警及联动告警处置根据配电房、开关室的运行情况，按不同等级可发生报警：机器人本地声光 预警、监控中心声光预警。当出现环境气体达到报警参数、火情、积水异常，巡检点设备发生异常，地 质变化、通讯系统故障、机器人掉线0分钟等异常情况时，系统都应进行报警。当工作人员确认报警信息后，系统可以解除相关报警。.火灾检测及应急处a通过巡检机器人人体搭载的高清视频设备检测配电房、开关室内部异常光源、 烟雾情况；红外设备识别火源，配电房、开关室设备明火及设备内部异常温度 进行检测，及时识别疑似火灾位置，由平台专家系统分析是否有着火点，是否要 联动消防系统；确认着火点后，发送火灾告警至本地监控平台，同时巡检机器应驶 离到安全距离（机器人承受最高温度）以外观察。配合气体检测设备，对配电房、开关室内部有害气体进行检测，为人员进入 管廊内部进行消防或其他作业提供参考。. 360°高清视频巡检巡检机器人安装的360°连续转动球型云台，实现全方位巡检监控。（1）移动高清视频监控：1080P高清可见光相机，可实现i己电房、开关室内实时 移动视频监控。机器人同时搭载的高亮红外探照灯补光，以实现有效照明。系统完成如下表计的识别：.电压表、电流表等表计指示；. sf6气体压力等表计指示；.开关、接地刀闸、贮能状态等机械位置及电气指示检测；.状态指示灯自动识别；.空开状态识别；.旋钮开关位置识别；.保护压板位置判断；. 运行人员远程操作机器人监督现场人员操作及施工 地质沉降：巡检机器人采用预置点标定与视频识别相结合的方法，对配电 房、开关室的基建变形、地质变化、结构缝错位等进行检测，有效预警可能发生的 严重地质危害。设备锈蚀、变形检测：配电房、开关室设备生锈腐蚀、变形，久而久之会 导致设备故障。巡检机器人系统通过图像识别及图像对比方法，可对套管设备、 紧固件进行精确定位、拍照，结合人工确认，实现锈蚀、变形分析，提前预警， 一定程度上防止故障的发生。 漏水与积水识别：机器人系统可针对配电房、开关室中的土建渗水、地面积水情况进行识别。在正常巡检情况下，机器人对特定的渗水泄漏点进行检测； 常规行进过程中，可采用扫描的方式进行渗水漏水检测。.设备自动识别管理功能对于系统采集的热图进行自动识别，通过图像配准的方法识别出该热图包 含的有效设备目标，保证温度监测的有效性。.设备自动识别管理功能对于系统采集的热图进行自动识别，通过图像配准的方法识别出该热图包 含的有效设备目标，保证温度监测的有效性。.详细设备工作状态管理功能建立所有设备以及设备部件的管理体系，在自动巡检的同时对本红外热像 仪巡视范围内的所有设备部件进行温度分析记录。在报警的时候可以详细到具 体设备故障部位。.防误报识别功能所有的温度测量都基于有效的设备识别，根据巡查策略可以只测量标记过 的设备，对于外界的干扰热源自动剔除，有效的防止了误报警的产生。.自动生成报表功能系统软件可自动生成单幅红外图像的设备工作温度分析报表或综合报表， 系统可自动记录每次测温时的温度值，并生成温度报表，以反应该设备在某一 时间段内的温度变化情况。.自动巡航功能系统提供多种方式的自动巡检计划和方案，实现完全自动化运行，实现每 天多次的对设备工作状态的巡检、自动预警、自动输出报表等功能。减少了人员 到现场巡视次数，提高运行人员工作效率，有效降低了运行人员的工作强度。.自动预警功能、短信报警在系统巡航过程中，如发现目标设备温度异常自动报警，报警信息有文字信 息和声音信息，提示运行人员具体的报警位置状况信息，以便跟踪故障点，确 认告警情况并排除故障。系统可设置将配电室、开关室内设备工作状态以短信方式发送到运维人员 手机中，提高系统报警的有效性和实时性。2.3机器人自检机器人应具备自检功能，自检内容包括供电、驱动、通信和检测设备等部件 的工作状态，发生异常时应能就地指示，并能上传故障信息。2.4机器人电磁兼容巡检机器人在配电房、开关室巡检符合以下电磁兼容标准（1）静电放电抗扰度机器人应能承受GB/T 17626.2第5章规定的严酷等级为4级的静电放电抗 扰度试验。（2）射频电磁场辐射抗扰度机器人应能承受GB/T 17626.3第5章规定的严酷等级为2级的射频电磁场 辐射抗扰度试验。（3）工频磁场抗扰度机器人应能承受GB/T 17626.8第5章规定的严酷等级为4级的工频磁场抗 扰度试验。2.5监控平台系统系统具备提供巡检时采集、存储可见光和红外视频的功能，并支持视频的播 放、停止、抓图、录像、全屏显示等功能。实时记录、下传并在本地监控后台上显示巡检机器人的工作状态、巡检路线等 信息。系统提供巡检点上采集、存储的红外热图功能，并能够从红外热图中提取温 度信息。系统提供手动控制和自动控制两种对机器人的控制方式，并能在两种控制模 式间任意切换。手动控制功能可实现对机器人车体、云台、可见光摄像机和红外 热像仪的控制操作。自动控制时，系统能够在全自主的模式下，根据预先设定的 任务或者由用户临时指定的任务，通过机器人各功能单元的配合实现对设备的检 测功能。系统提供显示、存储巡检机器人相关信息的功能，具体包括：机器人驱动模 块信息、电源模块信息、自检信息等。系统提供事项显示功能，事项应根据报警级 别、事项来源等分类显示，同时系统提供历史事项查询功能。系统能将巡检任务中采集到的可见光图像、红外图像、表计读数、设备位置 状态、各指定检测气体含量等信息存储在本地监控后台的巡检数据库中，能够按照 巡检时间、巡检任务、设备类型、设备名称、最高温度等过滤条件查询巡检数据。系统提供自动生成设备缺陷报表、巡检任务报表等功能，并提供历史曲线展示 功能，所有报表具有查询等功能，报表可按照设备名称展示所有相关巡检信息。智能巡检机器人系统的监测数据经通过专用光纤将数据传输至站内远程监 控平台。本地监控数据存储时间不小于3年，远程监控平台数据存储时间不小于 5年，带宽要求不小于10Mbps。巡检机器人采集数据通过WEB服务器对外接口向外共享，专用客户端软件可对 巡检机器人进行遥控、任务配置、视频访问、数据访问等。客户端软件实时检测配电 房、开关室内巡检机器人的运行情况，采集现场数据，并进行分析和报警。平台功能如下：（1）智能巡检配置管理巡检机器人监控系统可以控制巡检机器人进行多种互补的智能巡检策略， 包含例行巡检、特殊巡检、人工巡检，并对数据进行后期处理。（2）告警信息管理巡检机器人监控系统对监测量超标进行实时告警，能以短信、声音、软件 提示信息等方式进行告警，并能够以人机界面方式对所有存储的告警信息按照 时间、地点条件进行检索查询。告警信息需手动确认后方从告警窗消除。（4）声光告警当系统存在告警提示信息时，系统通过巡检机器人告警音频及光源闪烁， 引起相关人员的注意。（5）数据统计与智能分析报表监控平台从巡检机器人采集各种数据，进行存储、统计与分析的功能。系 统对数据进行标准化组织整理和排序，支持EXECL报表导出保存，提供给操作 人员快速浏览阅读或形成巡检记录报告，以作归档使用。（6）对外接口及远程控制管理各类数据信息的EXCEL格式导出接口，通过该接口可将巡检机器人状态、传 感器采集信息等各类数据导出为EXCEL格式文档；巡检机器人配置满足IEC61850规范的控制接口，通过该接口，巡检机器人可以与其它系统联动，其它系统也可以通过中心管理平台实现对巡检机器人的所有 远程控制，包含任务下发、遥控操作等；其它系统发现故障点时，在有授权的情 况下，可以通过巡检机器人中心管理平台的接口，控制巡检机器人到故障点进行复 检。2.6机器人工作模式巡检机器人系统工作模式应具自动巡检、遥控巡检、特殊巡检以及在异常情 况下通过与其他系统设备进行联动的远程监控指挥模式。（1）自动巡检模式自动例行巡检是巡检机器人按照预设规划路径自动巡视方式，是在配电房、 开关室内日常运维工作中最常见的应用模式，将巡检数据自动传输到综合管理平 台保存，生成检测分析报告（2）遥控巡检模式支持机器人多目标位置的人工遥控巡行，支持人工多种速度遥控模式的巡检 工作方式。可根据现场的运行情况，监控中心操作人员可以手动控制机器人到达指 定位置进行作业。尤其对于在机器人自主巡检过程中如检测到设备、环境状态异常并向运维 人员告警时，运维人员可以在第一时间操控机器人快速到达异常设备位置，及时对 异常设备进行查看并核实报警信息，以便迅速制定响应策略。（3）特殊巡检模式特殊巡检模式为自动巡检、遥控巡检的补充方式，针对支线及其它设备区内 需要重点关注的巡检对象、巡检点针对性设置巡检任务。对区域内需进行非定时、特别关注的设备类型及巡检点类型，例如接头、接 地线等设备设施，专门设定巡检任务；或在配电房、开关室内部检修工作或其他 作业开始前，设定专门任务对环境、设备运行状态进行确认，为确保设备、人员 安全提供保障。（4）系统联动工作模式通过将巡检机器人系统与配电房、开关室内部其他系统自动设备进行对接， 在特殊情况下人员不能及时进入现场时，由巡检机器人系统直接控制现场自动设备 进行作业；或由巡检机器人系统提供辅助声光信息，联动系统根据远程现场信息进行操作等。巡检机器人系统对接其他系统时，根据各系统与主设备之间干系，设置系 统联动时的从属关系；巡检机器人系统可接入其他系统，特别是巡检机器人可直接 受其他系统控制。当其他系统设备需要接入巡检机器人系统接受联动操控时，需 要确认实用性、可靠性等，不能影响其他系统正常使用功能及安全性能。（5）巡检内容应包括：设备红外检测；局部放电检测； 开关刀闸状态识别；状态指示灯自动识别；空开状态识别；旋钮开关位置识别；仪表数据读取；保护压板位置判断； 运行人员远程操作机器人监督现场人员操作及施工3主要分系统技术参数3.1机器人本体机器人系统主要技术参数型号技术参数整车功耗400W行走速度双向0-1500mm/s可调水平定位精度±2mm垂直定位精度±2mm转弯半径W300mm刹车距离不大于0.5米本体重量（kg）小于45kg车体尺寸（哑）不大于500 （长）X350 （宽）X650 （高）车体材质耐磨、阻燃。控制系统嵌入式低功耗高性能DSP系统局放检测有效伸缩距离W250mm垂直方向有效行程W2米异常气体监测支持行走安全防护前方异物感知雷达（双向），探测距离0-150cm监控系统20倍高清相机（1080P）热成像仪（640X480）通信通过电线传送数据及控制信号云台水平360°连续转动，垂直60°至-90°电源滑触线电源供应（DC 24V）通信带宽100Mbps双向对讲广播系统支持,广播扬声额定5W。照明红外补光灯,两方向警示警报三色灯，声音型号技术参数防尘防水等级核心部件IP66作业环境温度：-25°C-60°C 相对湿度：0-95%温湿度测量范围温度：-40C+60C、湿度：0%-100%RH；温湿度测量精度温度：±0.5C、湿度：土2%RH3.2轨道系统轨道型材采用高强度合金管拼接，并可根据配电房、开关室设计弯曲度和坡 度，其由高强度合金轨道、板式挂臂、吊挂底板、减震器、高度调节杆、锁紧限位板 等部分组成。吊装装置，直轨1-2米装一只，弯轨0.5-1米装一只，载重150Kg情况下，无 安全隐患，不影响机器人正常运行3.3供电及通讯方式滑轨取电可实现24小时连续不间断巡检，在恶劣环境中能够可靠工作、无噪 音，无需大容量电池，有效降低机车重量；通讯采用基于电力电缆的网络通讯方式，在滑轨电缆上实现100兆带宽的网 络通讯。巡检机器人系统建立独立的供电网络。整个系统功耗可按10kW预留。配电输 出子系统分配：机器人轨道供电、光纤收发器供电3.4局放检测巡检机器人对设备进行局部放电检测采用局放检测方式TEV+超声组合，工作 参数如下：局放检测组件有效伸缩距离N250mm 局放检测频带TEV： 3MHz100MHz 检测频带 AE：40KHz±0.5KHz 地电波测量范围：060dBmV 超声波测量范围：060dBu 采样速率：25.6Ksps采样精度：16Bit 检测灵敏度：10pC