1、0引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力體制改革的不斷深入，電力系統(tǒng)自動(dòng)化水 平有了很大的提高，自動(dòng)化裝置和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越廣，變電站值班漸 漸趨于無人化和少人化12。傳統(tǒng)的人工設(shè)備巡檢耗時(shí)耗力，并且設(shè)備存在的一些 隱患不易被發(fā)現(xiàn)。為了保證變電站設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，更快地推進(jìn)變電站無人值守的進(jìn)程，山東 魯能智能技術(shù)有限公司成功研制開發(fā)了一種集自動(dòng)化、機(jī)械、人工智能、計(jì)算機(jī)等 高新領(lǐng)域的尖端科技的變電站巡檢機(jī)器人，并成功的在多個(gè)變電站投入運(yùn)行。變電 站巡檢機(jī)器人巡檢在一定程度上代替了人工巡檢，提高了變電站的自動(dòng)化程度34。變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人主要應(yīng)用于室外變電站，替代巡視人員進(jìn)行巡視

2、檢查。 該機(jī)器人可以攜帶紅外熱像儀、可見光攝像機(jī)等有關(guān)的檢測(cè)裝置，代替人對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行巡檢，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備故障，給運(yùn)行人員提供事故隱患和故障先兆數(shù) 據(jù)。在值班人員不方便巡視的時(shí)間和環(huán)境下，無須人員參與即可按照設(shè)定路線進(jìn)行 巡檢。作為變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)對(duì)于 整個(gè)系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。為了適應(yīng)目前機(jī)器人系統(tǒng)不斷發(fā)展的要求，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)充性和靈活性。使用接口和虛擬設(shè)備，是一種比較好的設(shè)計(jì)方式，可以將實(shí)際設(shè)備的變化進(jìn)行屏蔽，在具體的接口處理中應(yīng)對(duì)物理設(shè) 備的變化。變電站巡檢機(jī)器人軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Software System De

3、sign of Robot for Substation Inspection劉凌1,2,韓國政3(1.山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250061;2.濟(jì)南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院電工教研室，山東濟(jì)南250013;3 .山東魯能智能技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南250002摘要:變電站巡檢機(jī)器人主要應(yīng)用于室外變電站的設(shè)備巡視檢查，一定程度上代 替了人工巡檢提高了變電站的自動(dòng)化程度。具軟件系統(tǒng)包括移動(dòng)站、基站、集控 站,為了適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)不斷變化的要求，軟件系統(tǒng)需要具有很好的靈活性和可擴(kuò)展 性。采用代理機(jī)制，將具體的設(shè)備屏蔽，可以很好的應(yīng)對(duì)物理設(shè)備的變化。在此基礎(chǔ) 上給出了移動(dòng)站、機(jī)器人代理、基站、集控站的

4、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并將基站和集控站作為后臺(tái)軟件進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞:設(shè)備巡檢；移動(dòng)機(jī)器人；變電站自動(dòng)化；代理Abstract:Substation inspection robots are mainly used in outdoor substation equipment inspection,raising the degree of automation of the substation.They will be a substitute for manual inspections in the future.Its software systems are composed b

5、y mobile stations,base stations,central control station.In order to adapt to changing requirements of the entire system software system has good flexibility and scalability.Proxy used to shield the specific equipment can be very good to deal with the physical equipment changes.By using proxy this pa

6、per give a design and implementation of mobile station, and base stations,central control station design and implementation.The base station and the centralized control station are design and realization in the same way as background software.Key words:equipment inspection;mobile robot;substation au

7、tomation;proxy中圖分類號(hào)：TM76文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9904(200902-44-041系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的典型實(shí)現(xiàn)包括移動(dòng)站、基站、集控站 ，如圖1所示圖1變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的典型實(shí)現(xiàn)移動(dòng)站是變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的移動(dòng)本體，包括移動(dòng)車體及其導(dǎo)航系統(tǒng)、控 制系統(tǒng)和設(shè)備檢測(cè)裝置等?；臼亲冸娬狙矙z機(jī)器人系統(tǒng)的本地后臺(tái)系統(tǒng)，一般位于變電站，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)移 動(dòng)站進(jìn)行有效的監(jiān)視、控制和管理。集控站是變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的遠(yuǎn)程后臺(tái)系統(tǒng)，一般位于集控中心或者調(diào)度 中心，是整個(gè)變電站巡檢機(jī)器人集中監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控和管理中心 ，通過集控站可以實(shí) 施對(duì)變電站巡檢機(jī)器人的遠(yuǎn)程

8、控制、管理、維護(hù) ，同時(shí)可以獲取變電站巡檢機(jī)器人 送來的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)需要適應(yīng)不同的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一處理，系統(tǒng)的整體框架圖如圖2圖2系統(tǒng)整體框架圖從網(wǎng)絡(luò)上信息流的角度來分，機(jī)器人系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)信息和視頻信息兩部分，這兩 部分從信息的傳輸和處理上的區(qū)別都比較大，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)⑦@兩者分離開來 各自進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。2視頻部分設(shè)計(jì)工忤站槐獨(dú)崛T視頻部分的整體設(shè)計(jì)框圖如圖3所示象控站0圖3視頻部分設(shè)計(jì)移動(dòng)站和基站之間采用的是無線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)的布置比較靈活，能夠適應(yīng)機(jī)器 人移動(dòng)站戶外巡檢的要求5。但是在變電站環(huán)境下，無線網(wǎng)絡(luò)比較容易受到電磁的 干擾，為此可以采用降低無線網(wǎng)絡(luò)帶寬來提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的方案

9、。為了降低無線網(wǎng) 絡(luò)的帶寬，保證視頻通信的質(zhì)量，采用這種視頻轉(zhuǎn)發(fā)的模式，通過在基站上增加視頻轉(zhuǎn) 發(fā)模塊，作為視頻代理，將各種視頻信息的需求都由視頻轉(zhuǎn)發(fā)模塊來響應(yīng)6口。視頻轉(zhuǎn)發(fā)模塊接收視頻服務(wù)器傳來的視頻信號(hào)，并將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的視 頻客戶端進(jìn)行展示。采用視頻轉(zhuǎn)發(fā)方案的另一個(gè)好處是對(duì)于不同的網(wǎng)絡(luò)通道 ，可以根據(jù)帶寬設(shè)計(jì)合 適的視頻轉(zhuǎn)發(fā)方案，采用合理的參數(shù)（數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)、圖像大小、每秒傳送的圖像幀 數(shù)等等來進(jìn)行圖像傳輸。視頻轉(zhuǎn)發(fā)模塊采用視頻服務(wù)器 SDK提供的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l流 采用MPEG4壓縮，最大碼率可設(shè)置為512k,這樣兩路視頻共占用1024k。目前變電 站與集控中心之間

10、采用的是2M的網(wǎng)絡(luò)通信，所以以上方案能夠滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求。4 .2視頻展示模塊視頻轉(zhuǎn)發(fā)模塊作為服務(wù)端，集控站和基站的視頻展示作為客戶端，客戶端可以調(diào) 用視頻服務(wù)器提供的SDK函數(shù)完成視頻連接，視頻播放。視頻的壓縮和解壓都通過 視頻服務(wù)器SDK提供的函數(shù)來完成，實(shí)現(xiàn)起來比較簡單。3巡檢信息部分處理集控站系統(tǒng)、基站系統(tǒng)都不與移動(dòng)站系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，而是通過中間的機(jī)器人代 理模塊。機(jī)器人代理模塊起到一個(gè)上傳下達(dá)的作用，將移動(dòng)站的信息上傳給基站、 集控站，并將基站、集控站的控制命令下發(fā)到移動(dòng)站o圖4巡檢信息部分設(shè)計(jì)3.1移動(dòng)站系統(tǒng)移動(dòng)站主要負(fù)責(zé)導(dǎo)航定位信息的采集處理，根據(jù)后臺(tái)機(jī)控制命令，控制機(jī)器人運(yùn) 動(dòng)

11、，并上報(bào)機(jī)器人狀態(tài)信息、檢測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)并上傳。移動(dòng)站負(fù)責(zé)和硬件交互實(shí) 時(shí)控制，操作人員通過基站或集控站控制機(jī)器人，因此操作系統(tǒng)選擇的是 WINCE嵌 入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。移動(dòng)站的功能：(1采集紅外熱圖傳輸?shù)交荆?2采集可見光圖像傳輸?shù)交荆?3依據(jù)傳感器數(shù)據(jù)等，規(guī)劃路徑、巡檢，并上傳機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；(4安全防護(hù)報(bào)警；移動(dòng)站控制程序是基于WINCE嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，采用Microsoft Embedded Visual C+乍為開發(fā)工具。3.2機(jī)器人代理模塊基站代理用來連接基站系統(tǒng)和集控站系統(tǒng)，將集控站的操作命令轉(zhuǎn)發(fā)到基站系 統(tǒng)，將基站系統(tǒng)采集的移動(dòng)站的信息傳遞給集控站進(jìn)行處理。機(jī)器人

12、代理模塊的采 用可以將集控站、基站的一些差異進(jìn)行屏蔽，基站、集控站都是與機(jī)器人代理模塊 進(jìn)行通信，并展示機(jī)器人的相關(guān)信息。另一方面，采用機(jī)器人代理模塊方便系統(tǒng)的擴(kuò)展與互聯(lián)，當(dāng)不同廠家的機(jī)器人系 統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)時(shí)，僅僅需要修改相應(yīng)的機(jī)器人代理模塊即可。代理模塊的引用將移動(dòng)站和基站、集控站之間加了一層隔離，對(duì)于移動(dòng)站所發(fā)生的改變只需要在移動(dòng)站做相應(yīng)的處理，提高了系統(tǒng)的靈活性。操作系統(tǒng)選擇 Windows2000或者 Windows XP,開發(fā)工具可以選擇 Visual C+ 或者 Visual C#。3.3基站、集控站系統(tǒng)基站、集控站作為整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的后臺(tái)是操作人員與機(jī)器人之間進(jìn)行交互的 平臺(tái),主要

13、完成的功能包括：基站的功能：(1顯示分析移動(dòng)站位置、速度，并在電子地圖上進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注；(2顯示分析移動(dòng)站采集的可見光圖像和紅外熱圖；(3顯示分析移動(dòng)站的電源使用情況、設(shè)備故障情況；(4手動(dòng)控制移動(dòng)站的運(yùn)動(dòng)；(5手動(dòng)控制移動(dòng)站云臺(tái)的狀態(tài)；(6任務(wù)規(guī)劃及任務(wù)下達(dá)基站和集控站都是移動(dòng)站的后臺(tái)系統(tǒng)，具有很多的相似之處，為此整個(gè)系統(tǒng)在設(shè) 計(jì)的時(shí)候充分考慮他們的相同和不同的地方，決定采用一套程序，具體連接的機(jī)器人 采用信息配置的方法來實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)選擇的是 Windows2000或者Win-dows XP,系統(tǒng)的開發(fā)工具可以選擇 Visual C+或者 Visual C#。制跳線正誤差保持合理長度，使跳

14、線絕緣子用保持70左右的預(yù)偏角。(3跳線絕緣子采用復(fù)合絕緣子時(shí)，應(yīng)對(duì)其風(fēng)偏進(jìn)行驗(yàn)算。(4輸電線路處于全天候運(yùn)行，線路的安全運(yùn)行在很大程度上受氣候的影響，故獲 取更符合實(shí)際的氣象數(shù)據(jù)十分重要；而線路一般遠(yuǎn)離氣象觀測(cè)站，所處地形千變?nèi)f化 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)難以完全適應(yīng)復(fù)雜的野外情況。建議對(duì)高山、山口、峽谷等特殊地帶，適當(dāng)放寬裕度提高設(shè)備防風(fēng)能力。參考文獻(xiàn)1東北電力設(shè)計(jì)院.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)M .北京:中國電力出版社，2003,1.2 r.皿歷山大羅夫蘇.超高壓送電線路的設(shè)計(jì)M .北京:水利電力出版社，1987,6收稿日期:2009-2-10作者簡介：郭志紅(1959-,女，高級(jí)工程師，從事高電壓技

15、術(shù)監(jiān)督工作。!(上接第5頁4其它輔助模塊為了完成變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的相關(guān)配置及功能設(shè)置需要一些輔助程序主要 包括電子地圖模塊、與其它系統(tǒng)的接口模塊、系統(tǒng)的配置模塊等。4.1 電子地圖模塊基站、集控站系統(tǒng)中都需要電子地圖，在電子地圖上標(biāo)識(shí)出變電站的平面圖和巡檢路線圖。在機(jī)器人進(jìn)行巡檢任務(wù)時(shí)，根據(jù)收到的機(jī)器人的位置信息在電子地圖上模擬機(jī)器人移動(dòng)站的運(yùn)行情況。電子地圖模塊需要完成的功能為電子地圖的繪制和巡檢任務(wù)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)。4.2 與其它系統(tǒng)的接口模塊8隨著變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，與其它系統(tǒng)之間的聯(lián)系也越來越緊密，目前需要的接口包括與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng) 的接口和與生產(chǎn)MIS系統(tǒng)的接口等。與調(diào)度

16、自動(dòng)化系統(tǒng)的接口可以獲取到變電站設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，有利于機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況做出更為合理準(zhǔn)確的判斷，同時(shí)將設(shè)備的一些巡檢信息及 時(shí)提供給調(diào)度人員，可以增加調(diào)度人員對(duì)運(yùn)行設(shè)備的了解。與生產(chǎn)MIS系統(tǒng)的接口，可以將設(shè)備巡檢信息提夠給 MIS系統(tǒng)，從而擴(kuò)大MIS 系統(tǒng)的信息量，也使得機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用。5結(jié)語變電站巡檢機(jī)器人的研制和應(yīng)用目前還屬于一個(gè)比較新的課題，隨著應(yīng)用的不斷推廣，其功能和實(shí)用性也將得到很大的提高 4。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于需求的不斷變化、相關(guān)硬件設(shè)備的變化等等，使得對(duì)系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性有比較高的要求。本文給出的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案比較靈活 易于實(shí)現(xiàn)，能夠適應(yīng)相關(guān)設(shè)備的變化。參考文獻(xiàn)1趙家慶.220kV無人值班變電站遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)J .電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2003,27(8:78-80.2沈祥祝項(xiàng)英，金乃正.無人值班變電站遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用J .電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004,28(2:89-90.3李向東，魯守銀，王宏，等.一種 智能巡檢機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)J .機(jī)器人,2005,27(6:502-506.4魯守銀，錢慶林，張斌等.變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人的研制J .電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006,30(13:94-98.5所旭，張萍.無線通信技術(shù)應(yīng)用于變電站自動(dòng)化的探討J .電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2004,28(17:88-91.6唐志童陸園