基于变电站智能巡检机器人的遥控模块功能设计与应用

杨晨     赵晶晶

摘要：变电站是电力系统的重要组成部分，为保障变电站能够正常运行，需要定期进行停电检修工作，可有效减少故障发生次数，但是，大面积停电作业会对电力用户产生较大的影响，影响日常生产生活。基于此，本文就变电站智能巡检系统展开研究，首先对系统总设计进行了概述，其次对其中的遥控模块进行设计，最后对其应用进行了分析，以期能够提高变电站检修效率和质量。

关键词：变电站；智能巡检机器人；遥控模块

电网系统中，变电站是关键节点，其所包含的电气设备较多，需要定期检修，及时发现问题并解决问题，以确保变电站能够安全、高效运行。当前，我国大多数供电企业都是由专业技术人员定期停电检修变电站，进而确保变电站及设备安全稳定运行，但是这种停电检修的方式对于技术人员专业性、工作经验要求较高，尽管能够及时发现存在的缺陷，但是受到技术和经验限制有些缺陷解决不到位，甚至会对检修人员的人身安全造成影响，不仅会导致线路停电，影响百姓及用电客户生产生活，对社会经济发展也产生了不利。

一、智能巡检机器人系统总设计

智能巡检机器人系统可以取代技术人员开展变电站巡检工作，可以收集巡检信息，之后分析所收集的信息后下达巡检命令，通过机器人本身具备的移动、操作、辅助等系统进行巡检作业。智能巡检机器人系统可以在变电站中实现远程遥控和通信，其工作流程需要满足运行人员或是基站系统下达的巡检任务，之后才能够启动机器人^[1]。巡检时，巡检中心与巡检系统二者互相交换信息，进而确定机器人停靠部位，之后拍摄图像，分析拍摄的图像，按照分析得到的评价情况下达指令。如图1，其为智能巡检机器人系统结构。

图1 智能巡检机器人系统结构

二、智能巡检机器人遥控模块设计

智能巡检机器人设计中，遥控模块是关键模块，其能够对机器人进行移动、视场、充电等控制。其中移动控制可以对机器人的行进和移动启停进行控制，视场控制通过云台电机控制收集数据，进而转换方向。充电功能控制是通过控制模块对机器人电池情况进行检测，自动判断电量使用，自动导航充电。

（一）硬件设计

智能巡检机器人遥控模块的核心在于控制板，其中包括了微处理器、电机驱动、角度采样、通信和供电这几部分。

1.微处理器。采用ATmega128单片机和外围IO电路，其中单片机能够存储控制程序、参数和预置位数据，其利用PWM输出口连接电机控制模块，并在SPI断开与串行口连接角度采样和通信这两个功能。

2.电机驱动。采用NS公司推出的直流电机驱动H桥芯片LMD18200，其电压最高可以达到55V，峰值输出电流可以达到6A，持续输出的电流为3A电流，且具备温度报警与过热保护性能。

3.角度采样。在单片机上的AD转换功能基础上外扩了12位AD转换芯片---TLC2543，进而提高水平运动上的角度分辨率。

4.通信供电。采用RS485通信，并利用电源隔离和信号传输广电隔离将干扰通道，减少通信线路中引入干扰的可能。同时，在其中添加PCB内部电源层、地层、元器件布局、去耦电容等防止电机运行时受到的干扰。

（二）软件设计

硬件设计完成后，需要进行软件设计，其中包括了模块功能、算法和软件设计。

1.模块功能。巡检机器人的遥控模块不仅需要能够根据要求动作，同时还需要满足参数设置、运行监控等性能。基于此，遥控模块需要具备姿态调整、预置位设置和调用、控制直接数据、参数设置、精度补偿、运行查询等功能。为了满足这些要求，本研究设置了遥控协议，巡检机器人可以在该协议的基础上实现遥控，同时也能够在安防监控中应用。该协议帧格式为：

图2 帧格式

2.控制算法。遥控模块能够控制云台运行速度与姿态。运行速度控制是由PWM脉宽决定的，姿态控制是按照水平、垂直部位的角度反馈闭环实现的。为精确控制姿态，本研究利用PID控制方法。该方法中，积分环节能够起到消除稳态误差的作用，有效提升系统控制的精度。对于该遥控模块而言，通过直接控制角度偏差实现遥控^[2]。本研究根据遥控模式特点，通过积分分离PID控制方法进行控制计算，具体算法为：

图3 控制算法

3.控制软件。对于遥控系统而言，角度采样与电机控制一直是重点。为了满足遥控系统对于随机事件的处理，该模块中设置了混合式系统架构，其能够进行角度采样、采集系统状态等，并在中断处理例程帮助下处理随机事件。遥控功能汇总包括了通信解码和采用控制两部分。

三、智能巡检机器人遥控模块应用

（一）功能实现

1.自动巡检

巡检机器人主要功能就在于自主巡检，机器人在对变电站进行巡检时，可以根据预设路径、时间开展自动化巡检作业，同时能够收集电力设备目标数据，并将其上传到远程控制中心，进而分析数据，在全部预设目标设备都收集完数据之后，机器人会自动导航到充电站实现自主充电，为下一条命令待命。

2.远程遥控

远程遥控巡检就是在除了自主巡检时间内，控制中心监测某电力设备时，可以利用远程操控使机器人受到远程遥控改变预定路线，移动到想要监测的电力设备部位，进行对应的作业。

（二）具体应用

某电网已经具备无人值守变电站基本条件，本研究在此基础上对该电网某变电站进行智能巡检测试。该变电站中，运维人员需要对电力设备的计量表和运行数据进行巡视监测，一般是15天为一巡检周期，巡检小组为6人，在巡检机器人未应用前，运维人员需要深入实地检查设备，其工作时长为75h和34h，在巡检机器人应用后，远程遥控机器人检查设备，其工作时长为59h和20h。由此可见，在应用智能巡检机器人后，利用远程遥控功能可以提高设备巡检效率，缩短时间，准确收集数据，对于无人值守变电站的建设和发展起到了积极的作用。

结束语：

本研究对变电站智能巡检机器人中的遥控模块进行设计，利用远程遥控动作能够实现自动收集数据、转换方向、自动充电等作用，有利于提高巡检机器人的作业效率和应用效果。

参考文献：

[1]赵昕,彭志远,赵松璞,等.变电站智能巡检机器人的系统设计研究[J].电力系统装备,2019,000(024):147-148.

[2]陈龙清.机械自动化设计与制造存在的问题及改进方法[J].科学技术创新,2015(25).