Automatiseren van substation inspectie: Hoe robotica betrouwbaarheid verhoogt en kosten reduceert
1. Project Background and R&D Necessity
Met technologische vooruitgang en de verdieping van de hervormingen in het elektriciteitsnet, is het automatiseringsniveau van elektriciteitsnetwerken aanzienlijk verbeterd. Transformatiehuizen evolueren naar "ongebemande" of "minder bemanningsintensieve" bedrijfsmodellen. Momenteel vertrouwen transformatiehuizen voornamelijk op de "Vier Telemetrie"-functies (Telemetrie, Tele-signaling, Telecontrole, Tele-regeling) en SCADA-systemen om de elektrische signalen van apparatuur te bewaken. Echter, deze traditionele aanpak kan geen real-time perceptie en bewustzijn van de fysieke status van de apparatuur ter plaatse (zoals uiterlijk, temperatuur, afwijkende geluiden, enz.) bereiken.
Het huidige operatie- en onderhoudsmodel heeft duidelijke tekortkomingen: wanneer er een afwijking optreedt in een transformatiehuis, moeten de dispatchers eerst de verre transformatiehuisoperatieteam waarschuwen om naar de plaats te reizen, en vervolgens reparaties organiseren. Dit proces vertraagt aanzienlijk de tijd nodig voor het elimineren van defecten, wat de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening en de dienstverlening beïnvloedt. Bovendien realiseert traditioneel remote video-toezicht slechts de digitale overdracht van audio en video, mist intelligentie-analysecapaciteiten en wordt beperkt door het vaste zichtveld van enkele camera's en beperkte netwerkbandbreedte, waardoor grootschalige implementatie moeilijk is.
2. Algemene Robot Systeemstructuur
Dit systeem gebruikt een twee-laags "Basisstation-Mobile Agent"-architectuur om gecoördineerd remote toezicht en ter plaatse inspectie-operaties te realiseren.
2.1 Basisstation Systeem
Het basisstationsysteem wordt geïmplementeerd in het remote monitoringcentrum en dient als het mens-machine interactie- en commandocentrum van het hele systeem.
|
Categorie |
Componenten / Configuraties |
Kernfuncties |
|
Hardware |
Industriële PC, Netwerk Hub, Draadloze Brug (IEEE 802.11b standaard, 2.4GHz frequentieband, 11Mbps bandbreedte), Infrarood Afbeeldingscamera, MEMS Microfoon |
Een draadloos lokaal netwerk opzetten, de hardwarebasis bieden voor datatransmissie en aansluiten op het interne elektriciteitsnetwerk. |
|
Software |
Windows Bedrijfssysteem, Databasesysteem (inclusief real-time database), Globaal Padplanning Module, Taakbeheer Module, Afbeelding/Geluid Verwerkingsmodule |
Een gebruiksvriendelijke mens-machine interface bieden, operatorcommando's ontvangen en uitgeven aan de robot; verantwoordelijk voor dataopslag, -verwerking en -analyse, en real-time toezicht op de werkstatus van de robot. |
|
Implementatie |
Basisstationcomputer geplaatst in het operatiemonitoringcentrum |
Faciliteert centraal toezicht en beheer van robots in verre transformatiehuizen door dispatchers en onderhoudspersoneel. |
2.2 Mobile Agent Systeem (Robotlichaam)
De mobile agent is een intelligente terminal die ter plaatse inspectietaken uitvoert, met een hoog niveau van autonomie en omgevingsaanpassing.
- Mobile Chassis Ontwerp: Gebruikt een vierwielen differentiële aandrijfstructuur. De twee voorwielen zijn onafhankelijk aangedreven wielen, elk aangedreven door een aparte motor, waardoor flexibele differentiële sturing mogelijk is; de twee achterwielen zijn wielrollen. Deze structuur biedt voordelen zoals goede rechtlijnige bewegingsstabiliteit, kleine boogstraal (kan ronddraaien rond het middelpunt van de voorwielen), sterke wegwaardigheid, geen zijwaartse slip, en een eenvoudige, betrouwbare structuur.
- Bewegingscontrolesubsystem: Het harde kern is een PC104 hoofdplaat, uitgerust met een PCL-839 bewegingscontrolekaart en motoraandrijvers. Dit subsystem is verantwoordelijk voor alle bewegingsgedrag van de robot. Door commando's te ontvangen van de bovenliggende planner en de voertuigdynamica-model te integreren, decomposeert het nauwkeurig snelheidscommando's naar elke aandrijfmotor, waardoor gladde en precieze bewegingscontrole wordt bereikt.
- Taakuitvoeringssubsystem: Fungeert als de "zintuigen" en "handen" van de robot. Kernfuncties omvatten:
- Data-Verzameling: Integreert een zichtbaar licht CCD-camera, een infrarood thermografische camera, en een high-performance richtmicrofoon (MEMS) voor het verzamelen van afbeelding (zichtbaar en infrarood) en geluidsgegevens van elektrische apparatuur.
- Automatische Oplaading: Kan automatisch terugkeren naar de oplaadstation voor aansluiting en opladen, waardoor 7x24 uur ononderbroken operatie wordt gewaarborgd.
3. Kern Technologieën en Functionele Implementatie
3.1 Intelligent Real-Time Padplanning Technologie
- Globale Padplanning: Op basis van een vooraf ingestelde elektronische kaart van het transformatiehuis, berekent de optimale volgorde van stoppunten voor apparatuur tijdens een inspectietask en haalbare routes volgens strategieën zoals "kortste pad", "minste bochten", of "complexe optimaliteit."
- Lokale Padplanning:
- Obstakelontwijken: Gebruikt de VFF (Virtual Force Field Histogram)-algoritme, gecombineerd met sensordata zoals LiDAR, om real-time ontwijkcommando's te genereren, waardoor veilige navigatie in dynamische omgevingen wordt gewaarborgd.
- Lijnvolgen: Gebruikt de klassieke PID-controle-algoritme om ervoor te zorgen dat de robot nauwkeurig vooraf bepaalde routes volgt.
- Omgevingsaanpassing: Past de EM-algoritme en clustering-algoritmes toe om sensordata te verwerken, effectief wegbermen te passen en positieafwijkingen te overwinnen.
3.2 Multi-Modale Apparatuur Detectie en Diagnosesysteem
- Remote Infrarood Monitoring en Diagnosesysteem
- Configuratie: Online infrarood thermografische camera, inclusief afbeeldingsverzameling, -verwerking, -weergave, -opslag en rapportgeneratie modules.
- Functies: Detecteert automatisch de oppervlakte temperatuur van apparatuur, vergelijkt deze met vooraf ingestelde drempels, en activeert onmiddellijk auditiel/visuele alarmen bij het detecteren van afwijkingen; kan apparatuur temperatuur gradientkaarten, temperatuur-tijdcurves, enz. genereren om bij foutanalyse te assisteren; gebruikt afbeeldingscompressietechnologie om simultane monitoring van real-time infraroodfeeds van meerdere transformatiehuizen in het dispatchcentrum te ondersteunen.
- Remote Afbeelding Monitoring en Diagnosesysteem
- Configuratie: Zichtbaar licht CCD-camera en videoserver.
- Functies: Het basisstationsysteem voert intelligente analyse (bijvoorbeeld verschil afbeeldingsanalyse, correlatieanalyse) uit op de geretourneerde zichtbare lichtafbeeldingen om automatisch de uiterlijke status van elektrische apparatuur en instrument-lezingen te identificeren. Normaal gesproken schakelt het automatisch tussen monitoringpunten; het slaat alleen afbeeldingen op en activeert alarmen bij het detecteren van afwijkingen, waardoor de kanaalutilisatie en monitoringeffectiviteit aanzienlijk worden verbeterd.
- Remote Geluid Monitoring en Diagnosesysteem
- Configuratie: High-performance richt-MEMS microfoon.
- Functies: Verzamelt in real-time werkgeluid van apparatuur, comprimeert en verzendt deze terug. Het systeem evalueert intelligent de werkingstoestand en afwijkingstypen (bijvoorbeeld lossering, ontlading) van apparatuur zoals transformatoren door real-time geluid te vergelijken met historische normale gegevens, en biedt een interactieve interface voor onderhoudspersoneel om te queryen en analyseren.
- Bewegend Object Intrusiedetectie en Alarm Systeem
- Principe: Gebaseerd op video-stream bewegend doelwitdetectie-algoritmen, identificeert en extrahiert automatisch gebieden in de video die objecten bevatten die zich relatief ten opzichte van de achtergrond bewegen.
- Functies: Wanneer een abnormaal bewegend doelwit, zoals illegale intrusie, wordt gedetecteerd, activeert het systeem onmiddellijk een alarm en slaat ter plaatse afbeeldingen op, wat bewijs levert voor beveiligingstracing, waardoor echte onbemande beveiligingstoezicht mogelijk is.
4. Veldoperatie en Toepassingsresultaten
Kern Toepassingswaarde: Dit robotsysteem integreert innovatief "contactloze mobiele detectie" met de bestaande "contactgebaseerde vaste monitoring" in transformatiehuizen, waardoor een alomvattend monitoring-systeem wordt gevormd dat zowel ruimte als status dekt, en effectief de tekortkomingen van traditionele inspectiemodellen compenseert.
Operationele Resultaten:
- Aanzienlijk Verbeterde Veiligheid en Betrouwbaarheid: Kan potentiele fouten zoals warmteafwijkingen, oppervlakte vreemde objecten, olielekkages en geluidsafwijkingen in apparatuur snel detecteren, waardoor ongelukken in hun beginfase worden geëlimineerd.
- Verbeterde Operationele en Onderhoudsefficiëntie: Vervangt handmatige herhalende en saaie routine-inspecties, en biedt dispatchers real-time en accurate feedback over de situatie ter plaatse, waardoor cruciale gegevensondersteuning wordt geboden voor noodbeslissingen, waardoor de tijd voor foutafhandeling aanzienlijk wordt verminderd.
- Verlaagde Operationele Kosten: Fungeert als belangrijk technisch apparaat voor het realiseren van het "ongebemande" transformatiehuismodel, helpt elektriciteitsbedrijven bij de optimalisatie van de benadering van menselijke hulpbronnen en vermindert langdurige operationele kosten.
