基于智能巡检机器人与PLC系统联动控制设计和实现 电子信息工程专业.docx

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1、题目：基于智能巡检机器人与P1C系统联动控制设计摘要目前科学技术正在以一个很快的速度不断进步，我国所有电力行业的变电站智能水平也逐渐提高，它们所处的配电系统是电力系统不可或缺的一部分。随着铁路,煤炭，造船和冶金等电气行业一步一步的现代化、供电的范围也扩大、供电的距离增加，对配电系统的安全性，可靠性和连续性提出了更高的条件。当今市场上的自检方法存在许多缺陷，因此基于P1C系统控制的智能巡检机器人的设计是研究的目标。对于智能巡检机器人的设计，巡检机器人所应用的系统把P1C作为主控制器，P1C具有功耗低，性能好，抗干扰能力强等特点，可以在工业领域大范围应用。主控制器控制主要的适用范围是设备监视的传感

2、器还有用来导航以及定位的传感器。红外热像仪可以执行诸如视频监控，高分辨率的相机和温度监控之类的作用，激光传感器，内部传感器和视觉传感器被集成在一起控制，从而使机器人能够精确地检测，搜索和导航检查机器人的通讯系统包括主体通讯和边缘设备通讯，它们可以是全自动检查，并允许人员远程进行现场检查。第一章绪论1.1 研究背景及意义对于我们国家的所有电力行业而言，它们所位于的配电系统是电力系统的组成部分。随着铁路，煤炭，造船，冶金以及其他能源工业的现代化，增加了供电距离并扩大了供电范围，对配电系统的安全性，可靠性以及连续性提出了越来越严格的条件。所以，日常运行和维护变电站是非常有必要的步骤。大多数传统的变电

3、站检查方法都是在固定点进行人为的检查。检查员拥有纸质标准检查手册，并使用一些个人判断和他们所带的检查设备来测试电气设备。通过监视各种抄表器显示的温度和出现的异常声音，可以证明变电站中各种设备和配线的安全问题。而且，调查人员将使用手持式热像仪、听力和目测的方法，判断电气设备和电线以确认是否存在安全隐患。由于变电站很大，自检时间范围很广,因此技术技能不足和检查员经验不足会导致检查不当、误诊和错误的发生。除此以外，调查人员无法利用大量的审计数据进行科学，有效的分析；他们不足以对定期调查中记录的历史数据的各个方面进行对比分析，无法解决安全隐患，这样会使得事故出现的概率增大，给组织造成无价损失。随着变电

4、站检查范围越来越大，检查系统的工作越来越复杂，人工检查的弊端越来越显现出来了。如果可以实现智能巡检机器人技术的应用以及变电站智能化系统的应用，就有可能实现检查机器人的智能自动化，这项研究已成为电力系统的研究方向。电气行业中的变电站通常搭在室外。因为户外环境比较的复杂，这就要求检查机器人具备更先进的定位和导航技术。同时，自动导航技术使得巡检机器人更加的智能化，向前迈进了一大步。为了让机器人变得比之前自动且智能，如今，许多学者和专家把全部精力放在研究具有自动导航功能和定位技术的机器人身上，这是导航系统的重要组成成分。当检查环境比较复杂时，不可能用单个传感器实现高精度定位。一般的单传感器定位通常存在

5、缺陷，并且容易跟随监视信号强度的改变而改变。如果信号被阻止，则定位甚至就会失败。目前，数据融合需要融合不同种类的传感器，其附加优点是可以有效发挥每个传感器的作用，从而实现其定位功能，导航系统更加精确。同时，当巡查机器人与边缘设备通信时，使用集成的感应控制方法来操作边缘设备，以提高检查的可靠性和效率。总之，开发一种以P1C系统控制为基础的智能监控机器人系统对我们来说非常的重要，这样才能够智能地监控自动化变电站。1.2 巡检机器人研究现状经过多年的探索，多年来，国内的巡检机器人的研究与发展一直稳步发展，国内巡检机器人的研究经验也越来越多。1999年，山东电力公司率先在国内率先提出T自己对巡检机器人

6、研发的要求,在2004年研发出第一台样机检验与开发机器人的基础上，在国家电网公司和国家863两个项目的鼓励下，开发了一个系列化的变电站巡查机器人，达到了对变电站的智能监控的目的，并且这项应用在国内迅速传播。在机器人巡查的历史上，世界上并没有用于变电站设备的机器人。移动变电站巡检机器人的研究分为三类，他们分别是履带式、轨道式以及轮式三种。轨道式检查机器人的出现比其他两种机器人出现的时间更加的早，沿着指定的路线进行了检查的任务，2007年，山东大学的黄教祥一行人开发了一种采用双臂设计的悬挂式轨道巡检机器人,这种机器人能够有一种通过高压塔的能力。2012年2月，由中国科学院沉阳研究所开发的轨道式巡检

7、机器人在辽宁省鞍山市的王铁变电站投入运行，这个变电站的额定电压为220kV,这个轨道式的巡检机器人解决了在夏天全天候高温检测、以及冬天雨雪气候检测的问题。在2013年，在深圳开发的第一台轨道式巡检机器人在河南的多个变电站内首次投入使用。2016年，在山东开发的室内轨道巡检机器人在江苏沙洲变电站投入使用，达到了开关柜的状态监测和温度测量的能力。履带式巡检机器人基于一般的履带构造，拥有良好的机动性和克服障碍的功能，2009年哈尔滨工业大学开发的地下煤矿探测机器人使用了传统的履带，三个关节可以在交叉时一起跨越工作障碍物，提高穿越障碍物时的稳定性。同时，有相应的传感器和摄像头用于监控道路环境。2013

8、年，在中南大学由导师带领学生开发的可重构履带式移动机器人是用四杆机构来设计的，这种设计的有点是可以调节重心并增加稳定性。轮式巡检机器人具有简单的运动结构和灵活高效的驱动过程。自动驾驶技术的开发在长安大学2011年就开始了，长安大学的无人驾驶汽车配备了工业相机和激光雷达等传感器。这类巡检机器人是由周立辉小组开发的，既能够时间按照既定的轨道实现运行，又配备了红外热像仪以及摄像头这类设施进行检查。浙江省一家研发机器人的公司开发了一种轮式巡检机器人，这类机器人配备了高清摄像头，红外热像仪以及激光雷达等高科技的传感器，能够在复杂的环境中完成检测设备的任务。从1980年代开始，国外就开始着手开发智能机器人

9、,并在一定程度上取得了成功。在1984年，美国陆军研制出当时第一辆在陆地上能够自动驾驶的汽车，这辆汽车可以说是之后的移动机器人的先驱。是由A.Brik和其他的学者在2005年开发的轨道巡检机器人，并且安装了红外热像仪这类高科技装备，已经将它部署在变电站中工作。由日本的AkihisaOhya和其他人在2009年开发的腹部式带机器人可用于监视黑暗中的房屋地板。由美国Irobot公司开发的一系列的小型履带机器人具有构造灵活、驱动速度快之类的特点。巡检机器人的起源要追溯到军事研究的领域当中。一种新的机器人-Tri-StarII巡检机器人能够自由折叠并具有非常强的跨越障碍的能力，K1arer等人在美国开

10、发了一种采用转向节悬挂系统的轮式感应机器人，该机器人在遇到障碍物时能使所有四个车轮着陆，大大提高了它的克服障碍的能力和稳定性。由GomathiV等公司开发的煤矿监控机器人使用无线传感器网络实现人机交互，并可以在煤矿的地下环境中执行监控任务。1.3 主要研究内容这篇文章的主体是一个室外自动巡检系统的搭建，这个系统由通信系统、感应机器人的主体以及控制中心相辅相成。在机器人巡检的时候，集成了用于定位和感应控制方法的多种传感器组合，用于边缘设备的操作，能够按照规定的位置运行，与其他的边缘设备数据传输并拍摄录像，通过与红外热成像技术的组合，可以执行视觉识别的任务并监视机壳、仪表以及油位计还有其他仪表的温

11、度，获取准确的信息，并使用拾音器和其他设备收集来自检查设备和检查环境的噪音从检查中获得的图像，视频，温度、声音以及其他数据通过通信系统发送回控制中心，然后详细分析每台设备的历史数据，以了解设备是否能够安全使用。达到异常信息报警的目的以及确保了变电站的安全、稳定以及可靠的工作。在检查的过程中，可以根据实际的情况对检查的线路进行独立优化，并可以智能切换电池管理模式以延长电池寿命。完成这些以后，能够达到工作人员远程控制变电站检查工作，减少了人员的检查工作量，提高了设备的监控效率的同时，为企业节省了人工成本。第二章巡检机器人整体方案设计2.1 系统设计的需求分析2.1.1 功能需求通过对国内以及国外的

12、巡检机器人目前的情况以及工作环境的了解，提出了可以实现增加巡检机器人安全性，以及提高巡检变电站的电气设备安全性的几点要求：(1)对于机器人自身来说：巡检机器人所应用的系统总共被分为三种，他们分别是通信系统、巡检机器人系统以及控制中心。巡检机器人配备有红外热像仪、可见光摄像机、激光雷达传感器、里程计、超声波传感器、视觉传感器以及声音采集的装置，在检查电气的装置时，能够达到把传输音频、视频以及图像等信息传递会控制中心的目的。系统可以将设备位置状态、表计读数以及设备温度状态这一类的消息储放在巡检的数据库里面。巡检机器人能够和后台保持联络，使得通信更加的有保障。不仅能够进行手动巡检，还能够进行手动巡检

13、。巡检机器人能够在一定程度上的防风、防水。巡检机器人的电池能够进行自动的充电，而且电池的容量很大。(2)控制中心管理系统：这个系统可以随时随地的获取巡检机器人所在的地方，能够显示一个完整的电子地图。能够操控巡检机器人，无论是远程还是近距离，而且能够以手动和自动两种方式。拥有报警功能，当遇到突发情况，就会报警。能够随时随地获取巡检机器人检查的时候得到的红外视频以及高清视频等。可以自动生成巡检任务报表以及设备缺陷报表这一类的表格，而且具备展示历时的曲线的能力以及所有打印和报表查询这类的能力。系统软件的人机界面显示清晰直观、操作方便、界面友好。2.1.2性能需求按照巡检所需要的系统的功能要求还有巡检

14、机器人工作的需要，最后，清楚的表现出机器人主体和后端处理系统的总体系统要求和性能要求，如表2-1,表2-2和表23所示。表2-1巡检机器人系统整体技术指标技术参数名称标准参数值环境温度范围25C+5(C环境相对湿度5%95%（无冷凝水）储运环境温度-20,C-+50r储运环境相对湿度5%95%数据通信通过工业无线网络进行双向数据交互,最大无线传输距离不小于IoOo米，能实时、可靠地接收机器人聚集的图像、语音、数据等信息并进行处理，通过网络和遥控控制的方式实现巡检等待时间用户在系统终端进行巡检操作和数据录入操作的等待时间1秒响应时间系统日常操作的相应时间应不超过2秒本地系统硬件满足机器人日常巡检

15、的要求，CPU主频之3GHz,内存G,硬盘存储容量XT,并具有自动备份功能表2-2巡检机器人本体技术指标技术参数名称标准参数值长/宽/高900mm*560mm*1400mm机粉人整体审量不超过80Kg导航方式无轨化导航，满足技术先进、施工方便、扩展性强等特点重任导航定位误差不大于IOmm行走速度(mmin)双向0-60m/min可调最大速度不小于InVs行走停止速度0.0)m爬坡能力不低于俯仰15。最小制动距离在Im太的运动速度下，最小制动距禹不大于0.5m最大越解高度不小于5cm转弯半径无转弯半径，在平面地面上可原地掉头，90弯角直接通过通信方式遥控、无线通信，支持以太网通信协议外壳防护性能外壳防护等级满足IP55的要求可编辑巡检点任务规划功能的可编辑巡检点不少J4(XX)个电续航能力电池供电一次充电续航能力不小于5小时表2-3机器人系统软件技术指标技术参数名称标准蓼数值巡检路线规划具备巡枪路线规划功能,支持通过集控系统在巡检过程中实时修改巡检点的功能记录、上传功能可实时记录、上传并在本地监控后台I.显示智能巡检机器人的I作状态、巡检路饯等，并可回放和导出杼频信号来柒、存储功系统提供来臾、存储音频信号功能并支持音频信号的录制、网放和能可视化展示,包拈声音波形、腕域有息等展示内容图像次集可以对设备状态进行自动识别