基于红外测温的轨道机器人系统设计

摘 要：基于红外测温的轨道机器人主要由后台管理基站、无线网桥、机器人移动控制系统、可见光摄像头、红外采集系统及视频存储器组成，是集多种新技术于一体的复杂系统，可自动对变电站内一次设备部分项目进行巡检，及时发现设备存在的问题，预防事故发生，是电力设备状态检修又一可靠方式。

关键字：红外测温 轨道机器人 状态检修

一、前言

传统的变电站巡视主要是通过人工方式，综合运用感官以及一些配套的检测仪器对变电设备进行以简单定性判断为主的检查，该方式存在劳动强度大、检测质量分散、主观因素多等缺陷。随着现代电力工业向着高电压等级、超大容量的发展，电力系统对安全可靠运行的要求越来越高。电力设备运行状态的在线检测和故障诊断，对于提高设备可靠性、经济性运行、降低维修成本，起着十分重要的作用。

二、电气设备红外测温机理

1、电气设备发热来源

电气设备在工作的时候，由于电流、电压的作用，主要产生以下三种发热：

（1）电流型致热

按照焦耳定律，当电流通过电阻时将产生热能，这是电流效应引起的发热，大量表现在载流电气设备中。

（2）电压型致热

电气绝缘介质由于交变电场的作用，使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热。

（3）铁损致热

当在励磁回路上施加工作电压时，由于铁心的磁滞、涡流而产生电能损耗并引起发热。

2、红外测温机理

红外线的波长在0.76～100μm之间，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射。

温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理，传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应的热像图。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断。

三、红外测温轨道机器人系统设计

1 、系统功能

（1）对运行电力设备的红外线测温巡视。

（2）配合变电站程序化控制，完成对开关、闸刀等设备操作前后现场设备状态核对工作。

（3）通过智能视频系统，检查开关、闸刀现场实际位置等。

（4）现场运行设备外观检查。

2、系统组成

系统采用分层式控制结构：包括基站控制系统（上位机）和机器人控制系统（下位机），它们之间以无线设备相连。基站系统包括：后台工控机、数据服务器、无线通讯设备、网络集线器组成。机器人系统包括：电源系统、机器人工控机、红外LED照明系统、移动定位系统、电机驱动控制系统、视频解码器、红外采集系统、可见光图像采集系统、无线网桥。

3、各部分功能设计

（1）移动及定位

机器人移动主要由走行轮驱动，走行轮依靠步进电机驱动，电机采用变频调速，机器人移动速度为10～50米/min可调。机器人定位采用进口高精度红外光电传感器，在轨道主体按一定距离设置用于红外光电感应的标记，当机器人经过该点时即可识别出机器人当前所处位置。机器人限位保护采用霍尔磁感应传感器。

（2）供电系统

目前轨道机器人电源系统主要有两种方式，蓄电池供电与滑线取电方式。本系统采用滑线取电方式。滑线取电在国内应用已非常成熟，主要应用在起重行业与轨道交通。滑线取电主要由两部分组成。即滑线与集电器（轨道交通行业又叫受电弓）。

（3）机器人控制器

轨道机器人控制器主要负责采集机器人的定位信息，根据后台基站控制命令，控制机器人运动，并通过TCP/IP协议上报机器人位置及状态信息。该控制器集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点；有20K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

（4）红外热像仪载台

轨道机器人利用高精度载台对热图像采集系统的方位角、俯仰角进行控制并回传采集信息。高精度载台最大承载达20Kg，重复精度±0.1°，外壳采用高强度铝合金压铸材料，蜗轮蜗杆传动，断电可自锁，可水平360度连续旋转，垂直限位角度±60°。

四、红外测温轨道机器人后台监控系统

后台监控系统和机器人之间通过无线网桥建立一个无线局域网。通过基站，工作人员可实现机器人的远程管理和维护，同时可以获取机器人发送的数据。

1、后台监控系统功能

后台监控系统主要用于人机交互、接收操作人员的各种操作指令，并将这些指令下达到机器人的运动控制系统。同时，监控系统也是用户了解机器人的工作情况和结果的直接渠道。监控系统可以完成显示分析机器人位置、速度，显示可见光图像和红外热成图像、仪表识别情况、设备故障情况；实现手动控制机器人的运动、机器人载台的状态；巡检任务规划及任务下达；存储图像、报警数据等功能。

2、监控系统组成

后台监控系统主要由监控系统服务端和客户端两大部分组成，其中，客户端还包含系统主界面、图像监视、预置点设置、历史数据记录等若干子模块。

五、总结

基于红外测温的轨道机器人是集机电一体化技术、多传感器融合技术、电磁兼容技术、导航及行为规划技术、安防技术、稳定的无线传输技术于一体的复杂系统，具有灵活的控制和运行方式、不受天气因素影响等优点，可代替巡检人员对变电站内室外一次设备的部分项目进行巡检，并对图像进行分析和判断，及时发现电力设备存在的问题，预防事故发生。该系统为无人值班变电站的推广应用提供了创新型的技术检测手段，提高了电网的可靠稳定运行水平。

【参考文献】

[1]张雨，徐小林，张建华. 设备状态监测与故障诊断的理论和实践. 国防科技大学出版社. 2000.

[2]陈衡，侯善敬. 电力设备故障红外诊断. 中国电力出版社. 1999.

[3]董其国. 电力设备红外检测的影响因素分析 .江苏电力技术. 1997.

推荐访问： 测温 机器人 轨道 设计 系统

---