Mengotomatisasi Inspeksi Gardu Induk: Bagaimana Robotika Meningkatkan Keandalan dan Mengurangi Biaya

1. Latar Belakang Proyek dan Kebutuhan R&D​

Dengan kemajuan teknologi dan penyempurnaan reformasi sistem tenaga, tingkat otomatisasi sistem tenaga telah meningkat secara signifikan. Stasiun pengaturan arus (substations) sedang beralih ke model operasional "tanpa pengawasan" atau "sedikit personel yang bertugas". Saat ini, stasiun pengaturan arus utamanya bergantung pada fungsi "Empat Telemetri" (Telemetri, Telesignaling, Telecontrol, Teleregulation) dan sistem SCADA untuk memonitor sinyal listrik peralatan. Namun, pendekatan tradisional ini tidak dapat mencapai persepsi dan kesadaran real-time terhadap status fisik peralatan di lokasi (seperti tampilan, suhu, suara abnormal, dll).

Model operasi dan pemeliharaan saat ini memiliki kekurangan yang jelas: ketika terjadi anomali di stasiun pengaturan arus, dispatcher harus terlebih dahulu memberitahu tim operasi stasiun pengaturan arus jarak jauh untuk pergi ke lokasi, dan kemudian mengorganisir perbaikan. Proses ini secara signifikan menunda waktu eliminasi cacat, mempengaruhi keandalan pasokan listrik dan kualitas layanan. Selain itu, pemantauan video jarak jauh tradisional hanya mewujudkan transmisi digital audio dan video, kurang memiliki kemampuan analisis cerdas, dan dibatasi oleh pandangan bidang tetap kamera tunggal dan bandwidth jaringan yang terbatas, sehingga sulit diterapkan dalam skala besar.

​2. Struktur Sistem Robot Secara Keseluruhan​

Sistem ini mengadopsi arsitektur dua lapis "Stasiun Dasar-Agen Bergerak" untuk mencapai pemantauan jarak jauh dan operasi inspeksi di lokasi yang koordinatif.

​2.1 Sistem Stasiun Dasar​

Sistem stasiun dasar ditempatkan di pusat pemantauan jarak jauh dan berfungsi sebagai inti interaksi manusia-mesin dan perintah seluruh sistem.

​2.2 Sistem Agen Bergerak (Badan Robot)​​

Agen bergerak adalah terminal cerdas yang melakukan tugas inspeksi di lokasi, memiliki tingkat otonomi dan adaptabilitas lingkungan yang tinggi.

• ​Desain Chassis Bergerak:​​ Menggunakan struktur drive diferensial empat roda. Dua roda depan adalah roda penggerak independen, masing-masing didorong oleh motor terpisah, memungkinkan steering diferensial yang fleksibel; dua roda belakang adalah roda caster. Struktur ini menawarkan keuntungan seperti stabilitas gerakan lurus yang baik, radius putar kecil (dapat berputar di sekitar titik tengah roda depan), adaptabilitas jalan yang kuat, tidak ada slip samping, dan struktur yang sederhana dan andal.
• ​Subsistem Kontrol Gerakan:​​ Inti perangkat keras adalah motherboard PC104, dilengkapi dengan kartu kontrol gerakan PCL-839 dan driver motor. Subsistem ini bertanggung jawab atas semua perilaku gerakan robot. Dengan menerima perintah dari perencana tingkat atas dan mengintegrasikan model dinamika kendaraan, ia secara akurat memecah perintah kecepatan ke setiap motor penggerak, mencapai kontrol gerakan yang halus dan tepat.
• ​Subsistem Eksekusi Tugas:​​ Berfungsi sebagai "indra" dan "tangan" robot. Fungsi inti termasuk:
• ​Pengambilan Data:​​ Mengintegrasikan kamera CCD cahaya tampak, kamera termal inframerah, dan mikrofon arah performa tinggi (MEMS) untuk mengumpulkan data gambar (cahaya tampak dan inframerah) dan suara dari peralatan tenaga.
• ​Pengisian Daya Otomatis:​​ Mampu kembali secara otomatis ke dock pengisian daya untuk pengecasan, memastikan operasi non-stop 7x24 jam.

​3. Teknologi Inti dan Implementasi Fungsional​

​3.1 Teknologi Perencanaan Jalur Real-time Cerdas​

• ​Perencanaan Jalur Global:​​ Berdasarkan peta elektronik stasiun pengaturan arus yang telah ditetapkan, menghitung urutan optimal titik pemberhentian peralatan yang akan dikunjungi selama tugas inspeksi dan jalur yang mungkin menurut strategi seperti "jalur terpendek," "belokan paling sedikit," atau "optimum komprehensif."
• ​Perencanaan Jalur Lokal:​​
• ​Penghindaran Rintangan:​​ Menggunakan algoritma VFF (Virtual Force Field Histogram), dikombinasikan dengan data sensor seperti LiDAR, untuk menghasilkan perintah penghindaran real-time, memastikan navigasi aman di lingkungan dinamis.
• ​Pelacakan Garis:​​ Menggunakan algoritma kontrol PID klasik untuk memastikan robot mengikuti rute yang telah ditentukan dengan akurat.
• ​Adaptasi Lingkungan:​​ Menggunakan algoritma EM dan algoritma klastering untuk memproses data sensor, efektif menyesuaikan batas jalan dan mengatasi penyimpangan posisi.

​3.2 Sistem Deteksi dan Diagnostik Multi-Modal Peralatan​

1. ​Sistem Pemantauan dan Diagnostik Inframerah Jarak Jauh​
• ​Konfigurasi:​​ Imager termal inframerah online, termasuk modul pengambilan, pengolahan, tampilan, penyimpanan, dan pembuatan laporan gambar.
• ​Fungsi:​​ Mendeteksi secara otomatis suhu permukaan peralatan, membandingkannya dengan ambang batas yang telah ditetapkan, dan memicu alarm suara/visual segera jika mendeteksi anomali; dapat menghasilkan peta gradien suhu peralatan, kurva suhu-waktu, dll., untuk membantu analisis kegagalan; menggunakan teknologi kompresi gambar untuk mendukung pemantauan simultan umpan inframerah real-time dari beberapa stasiun pengaturan arus di pusat dispatch.
2. ​Sistem Pemantauan dan Diagnostik Gambar Jarak Jauh​
• ​Konfigurasi:​​ Kamera CCD cahaya tampak dan server video.
• ​Fungsi:​​ Sistem stasiun dasar melakukan analisis cerdas (misalnya, analisis gambar perbedaan, analisis korelasi) pada gambar cahaya tampak yang dikembalikan untuk mengidentifikasi status tampilan peralatan tenaga dan pembacaan instrumen secara otomatis. Biasanya, secara otomatis beralih titik pemantauan; hanya menyimpan gambar dan memicu alarm jika deteksi anomali, secara signifikan meningkatkan utilitas saluran dan efektivitas pemantauan.
3. ​Sistem Pemantauan dan Diagnostik Suara Jarak Jauh​
• ​Konfigurasi:​​ Mikrofon arah performa tinggi MEMS.
• ​Fungsi:​​ Mengumpulkan suara operasi peralatan secara real-time, mengompresinya, dan mengirimkannya kembali. Sistem secara cerdas menilai status operasi dan jenis anomali (misalnya, longgar, pelepasan) peralatan seperti transformator dengan membandingkan suara real-time dengan data normal historis, dan menyediakan antarmuka interaktif bagi personel pemeliharaan untuk kueri dan analisis.
4. ​Sistem Deteksi dan Alarm Intrusi Objek Bergerak​
• ​Prinsip:​​ Berdasarkan algoritma deteksi target bergerak aliran video, secara otomatis mengidentifikasi dan mengekstrak area dalam video yang berisi objek bergerak relatif terhadap latar belakang.
• ​Fungsi:​​ Setelah mendeteksi target bergerak aneh, seperti intrusi ilegal, sistem segera memicu alarm dan menyimpan gambar lokasi, menyediakan bukti untuk pelacakan keamanan, memungkinkan pemantauan keamanan tanpa pengawasan yang sebenarnya.

​4. Operasi Lapangan dan Hasil Aplikasi​

​Nilai Aplikasi Inti:​​ Sistem robot ini inovatif mengintegrasikan "deteksi bergerak tanpa kontak" dengan "pemantauan tetap berbasis kontak" yang ada di stasiun pengaturan arus, membentuk sistem pemantauan komprehensif yang mencakup ruang dan status, secara efektif mengatasi kekurangan model inspeksi tradisional.

​Hasil Operasional:​​

• ​Keamanan dan Keandalan Signifikan Ditingkatkan:​​ Mampu mendeteksi potensi kegagalan seperti cacat termal, benda asing permukaan, kebocoran minyak, dan anomali suara pada peralatan, mengeliminasi kecelakaan pada tahap awal.
• ​Efisiensi Operasi dan Pemeliharaan Ditingkatkan:​​ Menggantikan inspeksi rutinitas manual yang repetitif dan membosankan, dan memberikan umpan balik real-time dan akurat tentang kondisi lokasi kepada dispatcher, menyediakan dukungan data penting untuk pengambilan keputusan darurat, secara substansial mengurangi waktu penanganan kegagalan.
• ​Biaya Operasional Dikurangi:​​ Berfungsi sebagai peralatan teknologi kunci untuk mewujudkan model stasiun pengaturan arus "tanpa pengawasan", membantu perusahaan tenaga mengoptimalkan alokasi sumber daya manusia dan mengurangi biaya operasional jangka panjang.