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摘要：为了实现变电站巡检全覆盖。本文设计了两款智能化、可控化、信息共享化的变电站智能巡检机器人，两款机器人可以实现自动遍历变电站、站内隧道、变电站内空气质量检测、变电站内画面拍摄、检测数据上传等功能。综合变电站巡检机器人能满足“智慧城市”对于变电站内部环境及管线的检测要求。弥补变电站监控系统只能定点监控的缺陷，实现移动式监控模式。开发潜力大，具有很高的推广价值。
关键词：智慧城市;变电站巡检;自动遍历隧道;移动式监控
一、前言
变电站采用人工定期巡检并结合变电站监控系统反馈的监控报警信息，进行日常管理及维护，然而，变电站一般具有设备多、距离长及环境恶劣等特点，人工巡检劳动强度大，效率低，且不利于巡检人员的身心健康。此外，变电站监控系统只能做到定点监控，存在监控盲区。本项目设计了变电站智能巡检机器人，相对于人工巡检，具有以下优势：
第一，可以有效减轻传统的人工巡检的巡检人员负担。工作人员利用机器人的网络互连功能实现数据的实时上传，通过远程控制机器人就能完成巡检工作，不仅工作量减少，而且远离恶劣环境有益于身心健康。第二，变电站巡检机器人严格的标准化操作，既能准确、客观地反映系统运行状态，又能消除不可抗力因素导致的运维失误，同时永不疲倦地作业，极大提升了巡检质量和效率。另外，作为移动式监控模式，还可以弥补综合变电站监控系统只能定点监控的缺陷，进一步提高了综合变电站的监控管理能力。第三，变电站巡检机器人能取代原有的大量检测设备，同时只需聘用少量技术和管理人才，会减少人力资源成本、复杂的人员协调和沟通成本。总之，变电站巡检机器人在变电站的应用，是一种新型智能化巡检模式。
二、设计方案
我们设计了两款智能化、可控化、信息共享化的机器人，分别是Hound与Elfin，两款机器人根据变电站环境和尺寸可以实现自动遍历变电站、隧道、变电站内空气质量检测、变电站内画面拍摄、检测数据上传等功能。与Elfin巡检机器人相比，Hound巡检机器人体积较大，但具有较强的稳定性，机器人对地下综合变电站信息的日常收集与汇编，将不同坐标位置的变电站情况整理上传，与Hound相比，Elfin巡检机器人体积小，灵活性较强，适合在地下综合变电站中狭小空间的巡检工作，当地下综合变电站中出现问题时，Elfin巡检机器人能够快速到达故障点巡检，可以实现变电站内空气质量检测、变电站内画面拍摄、彩色图像传输、温湿度和有害气体数据上传等功能。实现遥控巡检、应急事故处理、例行巡检、设备精确测温、特殊巡检、远程监控指挥等任务。实现信息共享，进一步提高地下综合变电站监控管理能力。
本项目的创新在于通过Hound与Elfin巡检机器人实现了巡检工作的自动化、信息化。取代原有的大量检测设备并减轻工作人员的任务量，实现变电站巡检全覆盖。变电站巡检机器人为了实现变电站内部无轨运动，采用定位装置与运动控制装置相结合的方法，对变电站内部的每个路段进行编码。机器人搭载的射频卡识别装置可判断出当前所处路段，结合给定路径控制机器人转向。
三、实施方案
立足于变电站巡检，整个巡检系统可分为前端巡检工作层、中间通信服务层及后台监控管理层。前端巡检工作层的包括两个巡检机器人的本体设计及地下综合变电站中的配套设施（如磁轨、智能摄像设备等）;中间通信服务层包括通信网络、信号中继站及专用充电插槽等，为智能巡检机器人提供通信网络、充电等配套服务。后台监控管理层位于综合变电站控制中心，主要由工作站、服务器、存储器及展示设备等组成。具体研究内容包括机械结构设计、电路设计和配套软件设计三个主要部分。其中，机械结构设计包括本体设计、材料选择、模块飞线;电路设计包括导航与定位设计模块设计、智能充电管理技术设计、网络通信模块设计、电机驱动模块设计、控制电路设计;配套软件设计包括系统平台软件设计、集控站设计以及相应模块的驱动程序设计。
Hound机器人包括控制系统、运动执行机构、导航定位装置、管线检测装置、通讯装置、电源管理系统。Elfin机器人包括控制系统、运动执行机构、气体检测装置、温湿度检测装置、导航定位装置、通讯装置、电源管理系统。项目实现了电脑上位机远程监控功能。机器人本体、巡检区域的工况信息及异常状况均可通过电脑上位机远程监测，并可以远程控制操作Hound巡检机器人。另外，在电脑上位机界面具有巡检状态提示。Hound巡检机器人能够沿着磁轨巡检，具有极强的稳定性，并且位于头部的摄像头可以多角度旋转。机器人将检测到关于设备的可见光图像/视频等信息经过网络通道传输到控制端计算机。
机器人将检测到关于设备的红外热图像经过网络通道传输到控制端计算机。对相关信息进行分析后，若发现被检测设备的实时温度超过该设备预设允许的最高运行温度，巡检机器人会立即发出警报。
Elfin巡检机器人实现了Android版本手机APP远程在线监控功能（如图5）。机器人本体、巡检区域的工况信息及异常状况均可通过手机APP远程监测，并可以远程控制操作Elfin巡检机器人。利用机器人中彩色CMOS型图像采集集成芯片结合视频图像识别技术，对地下綜合变电站中的表计，包括压力表、温度表、数显表、液位计、轴承油位、避雷器泄漏电流和动作次数、电气开关和阀门状态等示值和位置，进行数据读取，对管线进行外观对比判别，自动记录并生成报表，并经计算、判断后发出报警，同时实时拍照和录像至后台，满足运行人员随时调用查看的功能。
机器人具备手动遥控巡检和温湿度自动采集两种功能，通过温湿度传感器可测量地下综合变电站中一定面积管线的整体温湿度（传感器测量的温湿度为视场里所有物体温湿度的平均值），并通过一定格式打包发送至手机APP。另外，可以人工设定最大温度值T_max，通过比较采集结果T_get与T_max的大小，判断是否出现管线过热过湿现象。同时对在xx路段测得的error进行积分，可以读取发生过热过湿情况的故障点数量。通过机器人的智能分析识别系统，实现人机互动。
四、结论
变电站巡检机器人可取代变电站内部的大量检测设备，节约设备成本。弥补变电站监控系统只能定点监控的缺陷，实现移动式监控模式。开发潜力大，具有很高的推广价值。它的应用可以节省大批人力物力，节省的成本大于自身成本，可以实现大规模的推广应用。变电站巡检机器人可将工作人员从繁杂的检测工作中解放出来，保障工作人员身体健康，同时提高巡检效率。
参考文献
[1]张泳.城市综合变电站监控系统信息安全设计[J].自动化博览，2018（01）：40-44.
[2]王霞，沈静娟，陈玲娟，方晗峰，李亚奇，刘国强.智能巡检机器人在综合变电站智慧运维管理中的研究与应用[J].自动化应用，2018（10）：68-69.
关键词：智慧城市;变电站巡检;自动遍历隧道;移动式监控
一、前言
变电站采用人工定期巡检并结合变电站监控系统反馈的监控报警信息，进行日常管理及维护，然而，变电站一般具有设备多、距离长及环境恶劣等特点，人工巡检劳动强度大，效率低，且不利于巡检人员的身心健康。此外，变电站监控系统只能做到定点监控，存在监控盲区。本项目设计了变电站智能巡检机器人，相对于人工巡检，具有以下优势：
第一，可以有效减轻传统的人工巡检的巡检人员负担。工作人员利用机器人的网络互连功能实现数据的实时上传，通过远程控制机器人就能完成巡检工作，不仅工作量减少，而且远离恶劣环境有益于身心健康。第二，变电站巡检机器人严格的标准化操作，既能准确、客观地反映系统运行状态，又能消除不可抗力因素导致的运维失误，同时永不疲倦地作业，极大提升了巡检质量和效率。另外，作为移动式监控模式，还可以弥补综合变电站监控系统只能定点监控的缺陷，进一步提高了综合变电站的监控管理能力。第三，变电站巡检机器人能取代原有的大量检测设备，同时只需聘用少量技术和管理人才，会减少人力资源成本、复杂的人员协调和沟通成本。总之，变电站巡检机器人在变电站的应用，是一种新型智能化巡检模式。
二、设计方案
我们设计了两款智能化、可控化、信息共享化的机器人，分别是Hound与Elfin，两款机器人根据变电站环境和尺寸可以实现自动遍历变电站、隧道、变电站内空气质量检测、变电站内画面拍摄、检测数据上传等功能。与Elfin巡检机器人相比，Hound巡检机器人体积较大，但具有较强的稳定性，机器人对地下综合变电站信息的日常收集与汇编，将不同坐标位置的变电站情况整理上传，与Hound相比，Elfin巡检机器人体积小，灵活性较强，适合在地下综合变电站中狭小空间的巡检工作，当地下综合变电站中出现问题时，Elfin巡检机器人能够快速到达故障点巡检，可以实现变电站内空气质量检测、变电站内画面拍摄、彩色图像传输、温湿度和有害气体数据上传等功能。实现遥控巡检、应急事故处理、例行巡检、设备精确测温、特殊巡检、远程监控指挥等任务。实现信息共享，进一步提高地下综合变电站监控管理能力。
本项目的创新在于通过Hound与Elfin巡检机器人实现了巡检工作的自动化、信息化。取代原有的大量检测设备并减轻工作人员的任务量，实现变电站巡检全覆盖。变电站巡检机器人为了实现变电站内部无轨运动，采用定位装置与运动控制装置相结合的方法，对变电站内部的每个路段进行编码。机器人搭载的射频卡识别装置可判断出当前所处路段，结合给定路径控制机器人转向。
三、实施方案
立足于变电站巡检，整个巡检系统可分为前端巡检工作层、中间通信服务层及后台监控管理层。前端巡检工作层的包括两个巡检机器人的本体设计及地下综合变电站中的配套设施（如磁轨、智能摄像设备等）;中间通信服务层包括通信网络、信号中继站及专用充电插槽等，为智能巡检机器人提供通信网络、充电等配套服务。后台监控管理层位于综合变电站控制中心，主要由工作站、服务器、存储器及展示设备等组成。具体研究内容包括机械结构设计、电路设计和配套软件设计三个主要部分。其中，机械结构设计包括本体设计、材料选择、模块飞线;电路设计包括导航与定位设计模块设计、智能充电管理技术设计、网络通信模块设计、电机驱动模块设计、控制电路设计;配套软件设计包括系统平台软件设计、集控站设计以及相应模块的驱动程序设计。
Hound机器人包括控制系统、运动执行机构、导航定位装置、管线检测装置、通讯装置、电源管理系统。Elfin机器人包括控制系统、运动执行机构、气体检测装置、温湿度检测装置、导航定位装置、通讯装置、电源管理系统。项目实现了电脑上位机远程监控功能。机器人本体、巡检区域的工况信息及异常状况均可通过电脑上位机远程监测，并可以远程控制操作Hound巡检机器人。另外，在电脑上位机界面具有巡检状态提示。Hound巡检机器人能够沿着磁轨巡检，具有极强的稳定性，并且位于头部的摄像头可以多角度旋转。机器人将检测到关于设备的可见光图像/视频等信息经过网络通道传输到控制端计算机。
机器人将检测到关于设备的红外热图像经过网络通道传输到控制端计算机。对相关信息进行分析后，若发现被检测设备的实时温度超过该设备预设允许的最高运行温度，巡检机器人会立即发出警报。
Elfin巡检机器人实现了Android版本手机APP远程在线监控功能（如图5）。机器人本体、巡检区域的工况信息及异常状况均可通过手机APP远程监测，并可以远程控制操作Elfin巡检机器人。利用机器人中彩色CMOS型图像采集集成芯片结合视频图像识别技术，对地下綜合变电站中的表计，包括压力表、温度表、数显表、液位计、轴承油位、避雷器泄漏电流和动作次数、电气开关和阀门状态等示值和位置，进行数据读取，对管线进行外观对比判别，自动记录并生成报表，并经计算、判断后发出报警，同时实时拍照和录像至后台，满足运行人员随时调用查看的功能。
机器人具备手动遥控巡检和温湿度自动采集两种功能，通过温湿度传感器可测量地下综合变电站中一定面积管线的整体温湿度（传感器测量的温湿度为视场里所有物体温湿度的平均值），并通过一定格式打包发送至手机APP。另外，可以人工设定最大温度值T_max，通过比较采集结果T_get与T_max的大小，判断是否出现管线过热过湿现象。同时对在xx路段测得的error进行积分，可以读取发生过热过湿情况的故障点数量。通过机器人的智能分析识别系统，实现人机互动。
四、结论
变电站巡检机器人可取代变电站内部的大量检测设备，节约设备成本。弥补变电站监控系统只能定点监控的缺陷，实现移动式监控模式。开发潜力大，具有很高的推广价值。它的应用可以节省大批人力物力，节省的成本大于自身成本，可以实现大规模的推广应用。变电站巡检机器人可将工作人员从繁杂的检测工作中解放出来，保障工作人员身体健康，同时提高巡检效率。
参考文献
[1]张泳.城市综合变电站监控系统信息安全设计[J].自动化博览，2018（01）：40-44.
[2]王霞，沈静娟，陈玲娟，方晗峰，李亚奇，刘国强.智能巡检机器人在综合变电站智慧运维管理中的研究与应用[J].自动化应用，2018（10）：68-69.