Pag-aautomate ng Pagsisiyasat ng Substation: Paano Nagpapabuti ang Robotics sa Reliability at Nagbabawas ng Mga Cost

1. Background ng Proyekto at Necessidad ng R&D

Sa pamamagitan ng mga teknolohikal na pag-unlad at paglalalim ng mga reporma sa sistema ng kuryente, ang antas ng awtomatikong pagpapatakbo ng mga sistema ng kuryente ay lubhang tumaas. Ang mga substation ay nagsisilbing "walang nakabantay" o "may kaunting mga tauhan na naka-duty" na modelo ng operasyon. Sa kasalukuyan, ang mga substation ay umaasa sa "Apat na Telemetry" na mga punsiyon (Telemetry, Telesignaling, Telecontrol, Teleregulation) at mga SCADA system upang bantayan ang mga elektrikal na signal ng mga kagamitan. Gayunpaman, ang tradisyonal na paraan na ito ay hindi makakamit ang real-time na pagkakataon at pagkaalam ng pisikal na estado ng mga kagamitan sa site (tulad ng hitsura, temperatura, abnormal na tunog, etc.).

Ang kasalukuyang modelo ng operasyon at pagpapanumbalik ay may malinaw na kakulangan: kapag may anomaliya ang nangyari sa isang substation, ang mga dispatcher ay kailangang unang ipaalam sa mga remote na team ng operasyon ng substation na pumunta sa site, at pagkatapos ay i-organize ang mga pagpapanumbalik. Ang prosesong ito ay lubhang nagpapahaba ng oras ng pag-eliminate ng anomaliya, na nakakaapekto sa reliabilidad ng suplay ng kuryente at kalidad ng serbisyo. Bukod dito, ang tradisyonal na remote video monitoring ay nagbibigay lamang ng digital na transmisyon ng audio at video, walang intelligent na kapangyarihan ng analisis, at limitado sa fixed field of view ng mga single camera at limited na bandwidth ng network, kaya mahirap itong ilunsad sa malaking skala.

2. Kabuuang Struktura ng Sistema ng Robot

Ginagamit ng sistema na ito ang dalawang-layer na "Base Station-Mobile Agent" na arkitektura upang makamit ang koordinadong remote monitoring at on-site inspection operations.

2.1 Base Station System

Ang base station system ay inilalapat sa remote monitoring center at ito ang core ng human-machine interaction at komando ng buong sistema.

2.2 Mobile Agent System (Robot Body)

Ang mobile agent ay isang intelligent terminal na gumagawa ng on-site inspection tasks, may mataas na antas ng autonomiya at adaptability sa kapaligiran.

• Mobile Chassis Design: Ginagamit ang four-wheel differential drive structure. Ang dalawang front wheels ay independent na driven wheels, bawat isa ay powered ng hiwalay na motor, nagbibigay ng flexible differential steering; ang dalawang rear wheels ay caster wheels. Ang strukturang ito ay may mga benepisyo tulad ng mabuting straight-line motion stability, maliit na turning radius (maaaring pivot around the center point ng front wheels), malakas na road adaptability, walang sideslip, at simple, reliable na struktura.
• Motion Control Subsystem: Ang hardware core ay isang PC104 mainboard, equipped ng PCL-839 motion control card at motor drivers. Ang subsystem na ito ay responsable sa lahat ng motion behaviors ng robot. Sa pamamagitan ng pagtanggap ng mga utos mula sa upper-level planner at integration ng vehicle dynamics model, ito ay accurately decomposes velocity commands sa bawat drive motor, na nagreresulta sa smooth at precise motion control.
• Task Execution Subsystem: Ito ang "senses" at "hands" ng robot. Ang core functions ay kinabibilangan ng:
• Data Acquisition: Nag-integrate ng visible-light CCD camera, infrared thermal imager, at high-performance directional microphone (MEMS) para sa pag-collect ng image (visible at infrared) at sound data mula sa mga kagamitan ng kuryente.
• Automatic Charging: May kakayahan na automatic na bumalik sa charging dock para sa charging, nag-aaseguro ng 7x24 hours na walang pagkakahiwalay na operasyon.

3. Core Technologies at Functional Implementation

3.1 Intelligent Real-time Path Planning Technology

• Global Path Planning: Batay sa pre-set substation electronic map, ito ay kalkula ang pinakamainam na sequence ng equipment stopping points na bisitahin sa panahon ng isang inspection task at feasible paths batay sa mga strategy tulad ng "shortest path," "fewest turns," o "comprehensive optimum."
• Local Path Planning:
• Obstacle Avoidance: Ginagamit ang VFF (Virtual Force Field Histogram) algorithm, combined ng sensor data tulad ng LiDAR, para bumuo ng real-time avoidance commands, nag-aaseguro ng ligtas na navigation sa dynamic environments.
• Line Tracking: Gumagamit ng classic PID control algorithm upang siguruhin na ang robot ay sumunod nang accurate sa predetermined routes.
• Environmental Adaptation: Ginagamit ang EM algorithm at clustering algorithms para sa pag-process ng sensor data, effectively fitting road boundaries at overcoming positioning deviations.

3.2 Multi-Modal Equipment Detection and Diagnosis System

1. Remote Infrared Monitoring and Diagnosis System
• Configuration: Online infrared thermal imager, kasama ang image acquisition, processing, display, storage, at report generation modules.
• Functions: Automatic na detekta ang surface temperature ng kagamitan, ikokompara ito sa preset thresholds, at trigger agad ang audible/visual alarms kapag may anomaly na nadetekta; maaaring bumuo ng equipment temperature gradient maps, temperature-time curves, etc., upang tulungan sa fault analysis; gumagamit ng image compression technology upang suportahan ang simultaneous monitoring ng real-time infrared feeds mula sa maraming substations sa dispatch center.
2. Remote Image Monitoring and Diagnosis System
• Configuration: Visible-light CCD camera at video server.
• Functions: Ang base station system ay gumagawa ng intelligent analysis (tulad ng difference image analysis, correlation analysis) sa returned visible-light images upang automatic na identify ang appearance status ng mga kagamitan ng kuryente at instrument readings. Normal na, ito ay automatic na switch monitoring points; ito lamang ang mag-store ng mga imahe at trigger alarms kapag may anomaly, significantly improving channel utilization at monitoring effectiveness.
3. Remote Sound Monitoring and Diagnosis System
• Configuration: High-performance directional MEMS microphone.
• Functions: Nakokolekta ang real-time noise ng mga kagamitan, compressed, at inililipat pabalik. Ang sistema ay intelligently assess ang operating status at anomaly types (tulad ng loosening, discharge) ng mga kagamitan tulad ng transformers sa pamamagitan ng pag-compare ng real-time noise sa historical normal data, at nagbibigay ng interactive interface para sa mga maintenance personnel upang query at analyze.
4. Moving Object Intrusion Detection and Alarm System
• Principle: Batay sa video stream moving target detection algorithms, automatic na identify at extract ang areas sa video na may objects na gumagalaw relative sa background.
• Functions: Kapag may anomaly na moving target, tulad ng illegal intrusion, ang sistema ay immediate na trigger ang alarm at save ang on-site images, nagbibigay ng ebidensya para sa security traceback, enabling true unattended security monitoring.

4. Field Operation at Application Results

Core Application Value: Ang sistema ng robot na ito ay innovatively integrated ang "non-contact mobile detection" sa existing "contact-based fixed monitoring" sa mga substation, forming a comprehensive monitoring system na covers both space at status, effectively compensating for the shortcomings ng traditional inspection models.

Operational Results:

• Significantly Enhanced Safety and Reliability: May kakayahan na prompt na detekta ang potential faults tulad ng thermal defects, surface foreign objects, oil leaks, at sound anomalies sa mga kagamitan, eliminating accidents sa kanilang infancy.
• Improved Operation and Maintenance Efficiency: Nagpapalit sa manual na repetitive at tedious routine inspections, at nagbibigay ng real-time at accurate feedback sa site conditions sa mga dispatcher, providing crucial data support para sa emergency decision-making, substantially reducing fault handling time.
• Reduced Operational Costs: Nagbibigay ng key technological equipment para sa realization ng "unattended" substation model, helping power utilities optimize human resource allocation at reduce long-term operational costs.