توفير التفتيش في محطة التحويل: كيف تساهم الروبوتات في تعزيز الموثوقية وتقليل التكاليف

1. خلفية المشروع والضرورة البحثية والتطويرية

مع التقدم التكنولوجي وتعميق إصلاحات نظام الطاقة، ارتفع مستوى الأتمتة في أنظمة الطاقة بشكل كبير. تتوجه محطات التحويل نحو نماذج التشغيل "غير المأهولة" أو "قليلة العاملين". حالياً، تعتمد محطات التحويل بشكل أساسي على وظائف "القياسات الأربعة عن بعد" (القياس عن بعد، الإشارة عن بعد، التحكم عن بعد، التنظيم عن بعد) وأنظمة SCADA لمراقبة الإشارات الكهربائية للتجهيزات. ومع ذلك، لا يمكن لهذه الطريقة التقليدية تحقيق الإدراك الفوري والمعرفة بحالة التجهيزات المادية على الأرض (مثل الشكل الخارجي، درجة الحرارة، الأصوات غير الطبيعية، وما إلى ذلك).

يحتوي النموذج الحالي للتشغيل والصيانة على عيوب واضحة: عند حدوث استثناء في محطة التحويل، يجب أولاً إخطار فرق التشغيل البعيدة للسفر إلى الموقع ومن ثم تنظيم الإصلاحات. هذا العملية تؤخر بشكل كبير وقت إزالة العيوب، مما يؤثر على موثوقية تزويد الطاقة وجودة الخدمة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الرصد الفيديو عن بعد التقليدي يحقق فقط نقل البيانات الصوتية والمرئية رقمياً، ولا يمتلك قدرات التحليل الذكي، ويحد منه مجال الرؤية الثابت للكاميرات الفردية والعرض النطقي المحدود، مما يجعل من الصعب نشره على نطاق واسع.

2. البنية العامة لنظام الروبوت

يعتمد هذا النظام على بنية ثنائية الطبقات "المحطة الأساسية - الوكيل المتحرك" لتحقيق التنسيق بين الرصد عن بعد والتفتيش على الأرض.

2.1 نظام المحطة الأساسية

يتم نشر نظام المحطة الأساسية في مركز الرصد البعيد ويعد مركز التفاعل بين الإنسان والحاسوب والأوامر للنظام بأكمله.

2.2 نظام الوكيل المتحرك (جسم الروبوت)

هو جهاز ذكي يقوم بمهمات التفتيش على الأرض، يتمتع بدرجة عالية من الاستقلالية والتكيف مع البيئة.

• تصميم القاعدة المتحركة: يستخدم هيكل الدفع التفاضلي ذو الأربع عجلات. العجلتان الأماميتان هما عجلات متحركة مستقلة، كل منها م alimentado por un motor independiente, lo que permite una dirección diferencial flexible; las dos ruedas traseras son ruedas giratorias. Esta estructura ofrece ventajas como buena estabilidad en el movimiento rectilíneo, radio de giro pequeño (puede girar alrededor del punto central de las ruedas delanteras), fuerte adaptabilidad a la carretera, sin deslizamiento lateral y una estructura simple y confiable.
• Sistema de Control de Movimiento: El núcleo de hardware es una placa base PC104, equipada con una tarjeta de control de movimiento PCL-839 y controladores de motores. Este subsistema es responsable de todos los comportamientos de movimiento del robot. Al recibir comandos del planificador superior e integrar el modelo dinámico del vehículo, descompone con precisión los comandos de velocidad a cada motor de tracción, logrando un control de movimiento suave y preciso.
• Sistema de Ejecución de Tareas: Sirve como los "sentidos" y "manos" del robot. Las funciones principales incluyen:
• Adquisición de Datos: Integra una cámara CCD de luz visible, una cámara termográfica infrarroja y un micrófono direccional de alto rendimiento (MEMS) para recopilar datos de imagen (visible e infrarroja) y sonido de los equipos eléctricos.
• Carga Automática: Capaz de regresar automáticamente al muelle de carga para acoplarse y cargar, asegurando una operación ininterrumpida 7x24 horas.

3. Tecnologías y Funciones Clave de Implementación

3.1 Tecnología de Planificación de Ruta Inteligente en Tiempo Real

• Planificación de Ruta Global: Basada en un mapa electrónico preestablecido de la subestación, calcula la secuencia óptima de puntos de parada de equipos para visitar durante una tarea de inspección y rutas factibles según estrategias como "ruta más corta", "menos giros" o "óptimo integral".
• Planificación de Ruta Local:
• Evasión de Obstáculos: Utiliza el algoritmo VFF (Histograma de Campo de Fuerza Virtual), combinado con datos de sensores como LiDAR, para generar comandos de evasión en tiempo real, asegurando la navegación segura en entornos dinámicos.
• Seguimiento de Líneas: Utiliza el algoritmo clásico de control PID para garantizar que el robot siga rutas predeterminadas con precisión.
• Adaptación al Entorno: Aplica el algoritmo EM y algoritmos de agrupamiento para procesar datos de sensores, ajustando eficazmente los límites de la carretera y superando desviaciones de posicionamiento.

3.2 Sistema de Detección y Diagnóstico Multimodal de Equipos

1. Sistema de Monitoreo y Diagnóstico Infrarrojo Remoto
• Configuración: Cámara termográfica infrarroja en línea, incluye módulos de adquisición de imágenes, procesamiento, visualización, almacenamiento y generación de informes.
• Funciones: Detecta automáticamente la temperatura superficial de los equipos, la compara con umbrales preestablecidos y activa alarmas audibles/visuales inmediatamente al detectar anomalías; puede generar mapas de gradiente de temperatura de los equipos, curvas de temperatura-tiempo, etc., para ayudar en el análisis de fallas; utiliza tecnología de compresión de imágenes para soportar el monitoreo simultáneo de transmisiones infrarrojas en tiempo real de múltiples subestaciones en el centro de despacho.
2. Sistema de Monitoreo y Diagnóstico de Imágenes Remotas
• Configuración: Cámara CCD de luz visible y servidor de video.
• Funciones: El sistema de la estación base realiza análisis inteligentes (por ejemplo, análisis de imágenes diferenciales, análisis de correlación) en las imágenes de luz visible devueltas para identificar automáticamente el estado externo de los equipos eléctricos y las lecturas de instrumentos. Normalmente, cambia automáticamente los puntos de monitoreo; solo almacena imágenes y activa alarmas cuando se detectan anomalías, mejorando significativamente la utilización del canal y la efectividad del monitoreo.
3. Sistema de Monitoreo y Diagnóstico de Sonido Remoto
• Configuración: Micrófono direccional MEMS de alto rendimiento.
• Funciones: Recopila ruido operativo de los equipos en tiempo real, lo comprime y lo transmite de vuelta. El sistema evalúa inteligentemente el estado operativo y los tipos de anomalías (por ejemplo, aflojamiento, descarga) de equipos como transformadores, comparando el ruido en tiempo real con datos históricos normales, y proporciona una interfaz interactiva para que el personal de mantenimiento consulte y analice.
4. Sistema de Detección y Alarma de Intrusión de Objetos en Movimiento
• Principio: Basado en algoritmos de detección de objetivos en movimiento en flujos de video, identifica y extrae automáticamente áreas en el video que contienen objetos en movimiento relativo al fondo.
• Funciones: Una vez detectado un objetivo en movimiento anormal, como una intrusión ilegal, el sistema activa inmediatamente una alarma y guarda imágenes en el sitio, proporcionando evidencia para el seguimiento de seguridad, permitiendo un monitoreo de seguridad sin personal de verdad.

4. Operación en Campo y Resultados de Aplicación

Valor de Aplicación Central: Este sistema de robot integra de manera innovadora la "detección móvil sin contacto" con el "monitoreo fijo basado en contacto" existente en las subestaciones, formando un sistema de monitoreo integral que cubre tanto el espacio como el estado, compensando efectivamente las deficiencias de los modelos de inspección tradicionales.

Resultados de Operación:

• Mejora Significativa de la Seguridad y Fiabilidad: Capaz de detectar rápidamente fallos potenciales como defectos térmicos, objetos extraños en la superficie, fugas de aceite y anomalías de sonido en los equipos, eliminando accidentes en su etapa inicial.
• Mejora de la Eficiencia de Operación y Mantenimiento: Reemplaza las inspecciones rutinarias repetitivas y tediosas manualmente, y proporciona a los despachadores retroalimentación en tiempo real y precisa sobre las condiciones del sitio, ofreciendo un apoyo de datos crucial para la toma de decisiones de emergencia, reduciendo sustancialmente el tiempo de manejo de fallas.
• Reducción de Costos Operativos: Sirve como equipo tecnológico clave para la implementación del modelo de subestación "sin personal", ayudando a las empresas de energía a optimizar la asignación de recursos humanos y reducir los costos operativos a largo plazo.