变电站-配电房挂轨巡检机器人技术方案

变电站/配电房挂轨巡检机器人
技
术
方
案
20XX年XX月
目录
一、项目简介 (3)
二、系统设计方案 (4)
2.1系统框架设计 (4)
2.2机器人配置设计 (4)
2.3轨道配置方案设计 (5)
2.4充电配置方案设计 (6)
2.5网络配置方案设计 (7)
2.6机器人系统软件平台 (8)
2.7材料清单 (9)
三、机器人简介 (11)
3.1巡检机器人介绍 (11)
3.2.1巡检机器人技术参数 (11)
3.2.2充电系统参数 (14)
3.2.3通讯设备参数 (15)
3.2.4轨道参数 (15)
3.3功能介绍 (16)
3.3.1多种巡检模式 (16)
3.3.2配电房内设备测温功能 (16)
3.3.3配电房内异物识别 (16)
3.3.4遥控实时监控功能 (16)
3.3.5环境数据采集、监测功能 (17)
3.3.6配电房配套自动化设备对接 (17)
3.3.7人员入侵检测功能 (17)
3.3.8双向语音对讲功能 (17)
3.3.9自检及自身安全防护 (17)
3.3.10自主充电 (18)
3.3.11固定摄像机信号接入功能 (18)
3.5拓展性 (18)
3.5.1固定摄像机信号接入功能 (18)
3.5.2配电房配套自动化设备对接 (18)
3.5.3传感器灵活增加 (18)
四机器人运维方案 (19)
4.1 机器人硬件设备检查 (19)
4.1.1 外观检查 (19)
4.1.2机械部件检查 (19)
4.1.3电池检查维护 (19)
4.2软件平台维护 (19)
4.2.1设备通信 (19)
4.2.2网络通信检查 (19)
4.3充电系统检查 (20)
4.4通信箱检查 (20)
4.4.1无线AP检查 (20)
4.4.1交换机检查 (20)
4.5备件更换 (20)
4.5.1行走轮、导向轮更换 (20)
4.5.2电池更换 (20)
4.6 常见问题与异常恢复 (20)
4.6.1机器人启动异常 (20)
4.8.2故障检测办法 (21)
五效益分析 (23)
5.1经济效益分析 (23)
5.2社会效益分析 (23)
一、项目简介
XXX配电房挂轨式智能巡检机器人项目，计划在XXXX配电房采用智能巡检机器人，通过机器人自身搭载的高清摄像机、红外热像仪等传感设备，实现对配电房内图像识别、电缆温度以及设备温度检测等作业内容，确保了现场设备的安全、可靠运行。

项目现场配电房2套，巡检路径共计600米（每套300米），计划配置2台机器人进行日常巡检工作，并配备若干无线通讯设备、自主充电设备、1套机器人集控系统及1套后台处理系统等,从而实现配电房现场的巡检与通讯要求。

二、系统设计方案
2.1系统框架设计
智能巡检机器人系统整体架构分为三层体系：执行层、通讯层和管理层。

执行层：主要由机器人本体、自主充电模块、在线式数据采集模块及其他辅助类设施等组成，实现智能巡检机器人数据采集，自主充电等功能；通讯层：主要由网络通讯设备组成，采用无线通讯模式，通过现场搭建自主局域网，实现巡检区域的网络覆盖，实现在巡检区域内的数据的实时传输；管理层：含盖本地监控后台、集控后台、监控中心等，主要进行数据分析，任务编排&下方以及数据查询等工作。

系统架构如下图所示：
图2-1智能巡检机器人体系架构图
2.2机器人配置设计
布置区域：XX市XXXX配电房；
设计采用机器人：挂轨式智能巡检机器人；
数量：2套；
图 2.2 巡检机器人
2.3轨道配置方案设计
轨道型材采用高强度铝合金，可拼接，并且可以根据配电房地形设计弯曲度和坡度，如下图所示：
设计轨道650米。

图 2.3 高强度铝合金轨道
轨道作为巡检机器人设备的承载主体，实现巡检机器人的移动监控。

本系
统采用工字型铝合金型材，经氧化处理，既提高抗腐蚀能力，又可加强表面硬
度，增加抗磨损性能。

基于有限元分析技术设计的机器人轨道及吊装结构，能
够最大程度的保障轨道机器人的安全性，为高稳定性的机器人巡检系统提供保
障。

1)轨道技术指标：
➢轨道规格型号：高强度铝合金轨道
➢直轨道标准长度：不小于2米（非标准长度需要定制）
➢弯轨道弯曲半径：R1500
➢轨道固定支架：在直线段，每隔1.5～1.8米安装一只，弯道处每隔0.5米装一只。

➢轨道防锈：采用铝合金特质型材，然后氧化处理，既能提高抗腐蚀能力，又可以提高表面的硬度，增加抗磨损性能。

2)轨道安装方式
➢将支架用化学螺栓固定到配电房顶部；
➢将长T形螺栓螺母装好滑入轨道槽拧紧；
➢将T形螺栓头穿过支架上的孔，用螺母固定。

2.4充电配置方案设计
1)配置方案：
为保证机器人巡检的时效性以及电量保证，需在轨道的起点和巡检过程路段安装自主充电桩。

配置充电桩2套。

2)充电方式设计
机器人采用电池和分布式接触充电系统结合的供电方式。

机器人充电桩应高于配电房地面，具体高度为预测最大积水高度高出500mm以上，防止地面积水对充电设施损坏。

分布式充电点采用交流220V作为电源输入，有效保证在配电房中可靠运行；
a.机器人采用电池供电，电压满足安全电压要求，不超过30V；
b.机器人搭载电池容量满足满负荷（充电一次）行走里程大于3km；
c.充电站设计从原理上保证绝不产生火星，以保证安全；
❖充电要求
1）每个充电点处需提供220V电源。

2）全套供电系统正常工作时，总功率小于1000W
2.5网络配置方案设计
1)配置方案：
因配电房本体性质，存在防火分区的结构模式，为保证机器人巡检数据传输的稳定性及机器人跨越分区时无线网络切换速率，需要在每个防火分区设置一套无线AP装置。

本方案无线AP装置配置如下：
无线AP基站2套
2)机器人独立网络设计
该机器人无线网络方案为5.8G网络，采用私有协议进行控制，单独供机器人传输信息。

机器人无线网络系统拓扑图如下：
图2.6 机器人无线网络拓扑图
每200~500米一个AP进行全向覆盖，进行整个配电房覆盖。

AP箱采用不锈钢304材质，防护等级IP65，箱内设备包括，1个交换机，1个光纤收发器和2个光纤模块,一个5口电源排插。

同时，每个光纤箱提供一根网线与主网进行通信,光纤箱通过光纤连接。

机器人内置支持移动切换无线接入装置，并配置外置全向双频天线，与配电房接入点进行覆盖移动切换传输。

进行双无线连接线路，切换的时候只是其中一条无线连接切换，另外一条无线连接正常，以保证客户端在移动传输视频及相关数据的稳定性。

a.网络布置要求
需要在每个AP处提供电源，电源功率不小于500W
整个网络采用桥接模式，需要在入口处提供一个网络端口
机器人不管处在什么位置，通信带宽均不小于60Mbps
2.6机器人系统软件平台
图 2.7后台控制软件界面
机器人集控系统平台系统由机器人控制管理系统、智能巡检可视化平台组成，机器人控制管理系统能够实时对机器人远程管理、远程控制、系统配置、任务分配、数据查询、异常报警等设备管理，巡检可视化系统能够同步在集中控制中心大屏进行动态的数据呈现。

2.6.1实时监控及数据显示
通过机器人系统软件实时监控界面可以监控机器人摄像机拍摄到的现场画面，支持手动/自动拍照、录像等功能，界面显示各个传感器采集的现场环境数据，机器人运行轨迹，当前执行的任务列表，机器人自身电机、电池、温度等信息。

机器人采集到的数据实时显示的同时可做历史曲线图，音频数据可做波形显示。

监控视频存盘，根据要求调整硬盘大小，通常存储90天。

2.6.2机器人控制及电子地图
通过界面控制按钮可控制机器人前进、后退、速度设置、到达指定位置设置，机器人摄像机可以通过界面控制其上下左右旋转以自由调整视角，以及摄
像机和热像仪变焦。

机器人控制界面设有电子地图，电子地图通过不同的工作场景实地测绘构图。

电子地图上实时显示机器人当前位置、状态、速度、巡视轨迹。

2.6.3巡检任务分配
实现对配电房系统状态的巡检：智能配电房巡检机器人支持全自主和集控巡检模式。

全自主模式包括常规和特殊巡检两种方式。

常规模式下，系统根据预先设定的巡检任务内容、时间、路径等参数信息，自主启动并完成巡视任务；特殊巡检由操作人员设定巡视点，机器人对巡检点自主完成巡检任务。

集控巡检模式由操作人员手动控制机器人，完成巡视工作。

可实现对配电房系统进行反复巡检，并实现对配电房系统状态的连续、动态的数据采集及系统存储。

2.6.4巡检记录查询
可查询内容包括巡检任务名称、开始时间、结束时间、检查项、及巡检任务执行过程中拍摄的照片、传感器采集到的数据、产生的报警项等。

巡检完成系统自动生成报表，巡检记录报表可导出为Excel格式文档，方便数据整理及打印查阅。

2.6.5告警日志
机器人软件系统自动记录机器人工作过程中巡检产生的报警项及机器人本体报警项并生成告警日志，可以在线查询或导出为Excel格式文档。

2.6.6参数配置
配置参数包括多台机器人添加、固定摄像机添加、有害气体报警阈值设置、低电量值设置等。

需要人为设定参数的功能均预留开放接口，方便调试及机器人参数配置。

2.7材料清单
机器人项目部署范例清单如下表。

表2-1系统配置清单
三、机器人简介
3.1巡检机器人介绍
智能巡检机器人是我公司研制的一款智能轨道行走式挂载机器人，如下图所示，搭载了红外热像仪、可见光高清摄像机、气体检测仪、温湿度传感器、交互式实时对讲平台、声光报警器、光照检测等，系统采用高性能嵌入式硬件平台，全工业化元器件设计，系统运行可靠，功能齐全。

图3.1巡检机器人本体
3.2机器人系统参数 3.2.1巡检机器人技术参数
升降云台
红外避障
指示灯
光照传感器
电源开关
气体传感器扬声器温湿度传感器
电源开关
3.2.2充电系统参数
3.2.3通讯设备参数
3.2.4轨道参数
3.3功能介绍
3.3.1多种巡检模式
智能巡检机器人可进行定时巡检、定点巡检、指定任务临时巡检、遥控巡检多种巡检方式。

常用的定点巡检可以根据指定的路径和指定的巡检目标点进行自动匀速巡检，只需要设定巡检路径并启动自动巡检即可使机器人自动完成一次巡检。

巡检过程中机器人每到一个巡检工作位置，能自动准确停车探测，做完预设的动作后再按照路径自动往下一个巡检目标点前进，不需要人为操作控制，即可完成巡检作业，并自动记录、保存所采集到的数据。

3.3.2配电房内设备测温功能
智能机器人搭载的红外热像仪，根据红外热成像原理，能准确检测电控柜、水质分析仪等设备运行时的表面温度。

同时在后台监控界面上，准确显示当前拍摄设备的运行温度，如果温度值超出预先设定的阈值，系统自动发出警报。

3.3.3局放检测
机器人搭载局放检测传感器，可对配电室内设备局放检测，数据实时长传至控制中心。

3.3.4遥控实时监控功能
除机器人自动进行例行巡检外，还可以通过人工遥控巡检的方式对机器人进行实时遥控。

该项应用模式适用于运维人员以及管理单位需要对配电房内紧急状态进行锁定与监测，尤其对于在机器人自主巡检过程中如检测违章停车、行车事故、环境状态异常并向管理人员告警时，管理人员可以在第一时间操控机器人快速到达事故发生位置，及时对事故现场或异常设备进行查看并核实报警信息，以便迅速制定响应策略。

运维人员对机器人的遥控操作具有最大的操作优先级。

系统进入遥控巡检模式后，机器人将中止正在执行的其他任务，按人工遥控指令实现机器人在可调速度下的前进、后退及云台全方位旋转配合双视摄像机的镜头变倍调节等功能。

可保证系统在第一时间到达指定位置，获取现场数据与可视图像，确保配电房系统安全稳定。

3.3.5环境数据采集、监测功能
巡检机器人携带有气体与温湿度传感器，可以随时对配电房内的空气环境与温湿度进行分析并得出结果，气体分析包括检测空气含氧（O2）量浓度以及有毒与可燃气体（NH3，H2S，CH4）浓度大小，同时将结果反馈给主控室的工作人员，也可人工设置报警的限值，包括低温、高温报警限值，湿度报警限值，气体浓度报警限值，超过限值后立即声光报警，以防止由于工作人员对配电房环境状况的误判，造成生命危险。

3.3.6配电房配套自动化设备对接
智能巡检机器人自身具备扩展接口，通过与现场原有的设备（PLC等）进行联动，将设备采集的数据传输至机器人后台展示，运维人员在后台可就直接通过机器人后台客户端直接查询现场设备情况，从而更好的判断配电房现场的整体状况。

3.3.7人员入侵检测功能
通过在配电房进出口安装固定式在线监控摄像头，设置管控区域，将出入口的范围内设置为人员禁区。

当有人员进入该框定区域时，后台立即进行报警，告知运维人员查看处理。

从而确保配电房常规运行情况下，无人员进入配电房引发危险，确保了厂区安全。

3.3.8双向语音对讲功能
交互式对讲指挥功能采用双向对讲广播系统，支持双向对讲和录音回放功能，完全满足主控室和现场的音视频实时交流。

当配电房内设备发生现场工作人员不能解决的非常规问题时，通过智能机器人的视频设备和语音设备可实现现场工作人员与远端专家的即时交互，由专家来指导和监督现场工作人员，实现正确规范的操作，有助于问题的现场解决。

此时，机器人将伴随现场的工作人员进行工作。

同时机器人也肩负着现场操作过程中配电房环境的实时监测，一旦出现异常则进入应急状态，疏散工作人员并向后台发出警报。

3.3.9自检及自身安全防护
机器人在工作过程中实时监控自身状态，包括电池温度、电池电量、驱动
器及电机温度、通信网络、整机功率等参数，出现异常情况即时报警。

在自主巡检的过程中，光电停障系统发现前方有障碍物时，挂轨巡检机器人将发出警报并可紧急停车，通知主控室排除障碍物，在此过程中可由主控室下达返回、待命或其它无影响的巡检任务。

3.3.10自主充电
挂轨式智能巡检机器人本体自带电池电量检测电路，且可人工设置电量报警下限，一旦机器人检测到电池电量低于设置值时则会自动停止当前巡检任务，同时发出警报，之后自主运行到充电点进行充电。

3.3.11固定摄像机信号接入功能
智能巡检机器人集控系统可接入厂区原有固定摄像头，机器人控制界面可显示固定摄像头画面，并可根据现场实际需求扩展定点图像识别功能，进一步推动厂区全面智能化升级。

3.5拓展性
3.5.1固定摄像机信号接入功能
智能巡检机器人集控系统可接入厂区原有固定摄像头，机器人控制界面可显示固定摄像头画面，并可根据现场实际需求扩展定点图像识别功能，进一步推动厂区全面智能化升级。

3.5.2配电房配套自动化设备对接
智能巡检机器人自身具备扩展接口，通过与现场原有的设备进行联动，将设备采集的数据传输至机器人后台展示，运维人员在后台可就直接通过机器人后台客户端直接查询现场设备情况，从而更好的判断配电房现场的整体状况。

3.5.3传感器灵活增加
机器人预留RS-485接口、网络接口、音视频接口、模拟量信号等多种信号接口，便于后期传感器增加、机器人功能扩展。

四机器人运维方案
为保证机器人的稳定运行，需要运维人员定期维护保养，保养细则详见下文。

4.1 机器人硬件设备检查
4.1.1 外观检查
检查机器人外壳是否存在破损，如果有破损及时记录并反馈至厂家。

检查机器人外壳表面是否存在破损，如有则记录在案并反馈至厂家。

4.1.2机械部件检查
检查机器人的电源部分、控制部分、行走轮部分、导向轮部分、云台部分，确认是否存在破损、松动情况。

4.1.3电池检查维护
如长时间不使用机器人，保证每20天对电池进行一次完整充电，防止电池损坏。

4.2软件平台维护
4.2.1设备通信
通过软件平台操作高清摄像机及红外热像仪，查看画面，若无法连接或视频画面不清晰，及时记录并反馈至厂家；
具体IP、用户名、密码见下表
4.2.2网络通信检查
检查网络通信情况，分别在上位机通过ping命令，观察网络通信情况，包括车载WIFI、无线AP、高清摄像机、红外热像仪IP等设备的通讯情况，如果出现长时间的网络延迟、或通讯中断请联系记录在案并反馈至厂家。

4.3充电系统检查
检查充电桩是完好，是否有破损，充电电压、电流是否正常，如有问题，则联系厂家。

4.4通信箱检查
4.4.1无线AP检查
检查AP 接线是否正常，网口是否插紧。

4.4.1交换机检查
检查通信箱内交换机连接是否牢固，网口是否插紧。

4.5备件更换
4.5.1行走轮、导向轮更换
机器人行走轮、导向轮，属于易损件，需定期更换，更换周期为18个月（每天使用的情况下）；如不常用的情况下更换周期为36个月，需更换导向轮时，联系厂家统一更换。

4.5.2电池更换
巡检机器人电池属于损耗件，随着时间电池容量降低，每2年更换一次，由联系厂家统一更换。

4.6 常见问题与异常恢复
4.6.1机器人启动异常
检查机器人电池是否有电，电池输出接口是否接通。

（1）机器人电源
按下机器人电源开关按钮，位于机器人底部。

（2）检查是否正常上电
机器人上电后，开关按钮点亮，机器人云台自动旋转复位。

（3）手动充电
标准挂轨巡检机器人的配件中有移动充电器，通过移动充电器进行充电。

图4.1 机器人有线充电器
机器人运行之前建议电池电量充满，保证机器人可靠运行，充满电量延长电池使用寿命。

4.8.2故障检测办法
检测办法如下表所示。

五效益分析
5.1经济效益分析
智能巡检机器人可在变电站推广使用，能有效提高工作效率，降低工作成本，加强作业安全性，并具有可观的经济效益。

（1）节约设备全寿命周期投入及维护成本
设备的全寿命周期成本主要包括改造一次性投入、改造后运行寿命周期内停产损失和运行维护费用之和。

一次性投入方面：采用智能巡检机器人，可完成关键设备巡视工作。

智能巡检机器人在配电房推广使用后，可节省大规模安装固定摄像头的采购和维修成本。

采用智能巡检机器人自主完成对配电房设备的巡检，可大大节约现场巡视设备费用以及人工成本。

在运行维护费用方面，采用智能巡检机器人，只需定期对机器人本体进行基本保养维护，可减少应用大量的视频监控设备费用、定期运行维护费用以及故障装置的拆装，降低维护难度。

（2）提高操作、检修快速反应能力，有效控制设备受损率
通过集成红外热成像、声音、高清在线监测功能，为设备的安全正常运行提供可靠的科学依据，从而缩短维修时间。

例如，由于未及时发现某设备异常，从而引起设备发生故障，甚至会导致整个配电系统异常，故障设备需要重新采购、安装、预试，间接停产导致企业损失，预估可造成数百万甚至上千万的损失。

5.2社会效益分析
智能巡检机器人是集成机电一体化技术、多传感器融合技术、电磁兼容技术、导航及行为规划技术、机器人视觉技术、无线传输技术、数据安全技术，先进的现代科技的应用所产生的社会效益极为突出。

（1）实现智慧配电房，提升整体管理水平
将先进的智能技术、检测方法和手段运用于配电房设备巡检中，用新技术武装生产运行人员，使生产运行人员能够充分发挥其专业技能，在安全生产领域高效地开展生产工作、交流生产运行经验、共享生产运行方法，共同提高专
业技能水平，实现配电房的数字化管理水平，提高企业竞争力。

（2）规范设备操作流程，加强安全管理
采用智能巡检机器人可以规范配电房设备的巡视流程，减少人员人身伤害。

保证安全生产管理资源得到充分利用，减少生产管理成本，提高安全生产管理工作效率，充分发挥安全生产管理成果在宏观和微观领域的作用，使安全生产管理的成果成为企业决策的重要依据。

（3）提升企业社会形象
智能巡检机器人的推广应用，将成为配电房信息化建设的一个亮点，有助于提升公司在行业中的地位，同时带动人力水平的提升，使其获得全国的社会形象，获得良好的社会效益。