變電站智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用探討

楊立民

【摘 要】 智能變電站巡檢機(jī)器人適用于不同電壓等級的變電站，可以完成設(shè)備維護(hù)，控制，紅外測溫，抄表等變電站運(yùn)行維護(hù)工作，減輕了運(yùn)維人員的工作負(fù)荷，提高了傳統(tǒng)運(yùn)維的效率。探討了多站點(diǎn)智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，包括多站點(diǎn)智能巡檢機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，組網(wǎng)方式，無線通信，網(wǎng)絡(luò)安全等，旨在推廣變電站智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 變電站 智能巡檢 巡檢機(jī)器人 機(jī)器人應(yīng)用

智能變電站巡檢機(jī)器人主要用于室外變電站，也可以用于轉(zhuǎn)換站，以下統(tǒng)稱為變電站。它可以執(zhí)行紅外溫度測量，儀表讀數(shù)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)識別以及站點(diǎn)變電站設(shè)備狀態(tài)的相應(yīng)的預(yù)警，同時還提供數(shù)據(jù)后臺功能，如實(shí)時數(shù)據(jù)加載，分析，信息顯示和自動報告生成。智能變電站巡檢機(jī)器人具有高效巡檢，可在雨天，雪天等惡劣條件下巡檢等優(yōu)點(diǎn)，有效地保障了變電站設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，是未來變電站運(yùn)行和維護(hù)智能技術(shù)發(fā)展的相應(yīng)關(guān)鍵領(lǐng)域之一。

1 變電站智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)

用于多個變電站的相應(yīng)智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)主要包括車載系統(tǒng)、本地控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)三部分。車載子系統(tǒng)所覆蓋的相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括：激光雷達(dá)，紅外攝像機(jī)，視頻服務(wù)器、高分辨率攝像機(jī)。使用工業(yè)級無線AP連接到本地監(jiān)視端的無線AP。作為運(yùn)維人員可以在工作站上操作和控制智能巡檢機(jī)器人的終端，工作站上安裝了本地控制終端，并在整個檢查區(qū)域構(gòu)建完整的無線網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)控制終端與車載系統(tǒng)之間的雙向數(shù)據(jù)交互。同時，本地控制終端通過硬件防火墻和專用網(wǎng)絡(luò)連接到運(yùn)行維護(hù)站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制終端。

2 智能巡檢機(jī)器人無線網(wǎng)絡(luò)方案

變電站的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)置應(yīng)根據(jù)巡檢區(qū)域的大小覆蓋一個或多個無線接入點(diǎn)：在正常情況下，為確保良好的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，110 kV、220 kV、500KV變電可以采用1個無線接入點(diǎn)，電壓等級為1000 kV的相應(yīng)變電站建議用2個無線接入點(diǎn)，確保變電站的相應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)沒有死角、完整覆蓋。同時，工業(yè)級無線訪問點(diǎn)作為客戶端連接到智能控制機(jī)器人上，該客戶端連接到變電站的無線訪問點(diǎn)，并且機(jī)器人上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過客戶端連接到站點(diǎn)上的無線網(wǎng)絡(luò)。此外，當(dāng)巡檢區(qū)域中有多個接入點(diǎn)時，無縫漫游功能可以使多個接入點(diǎn)組合成一個無線網(wǎng)絡(luò)。此時，機(jī)器人可以移動到任何地方而無需切換網(wǎng)絡(luò)。無線接入點(diǎn)安裝在室外，并通過光纖連接到主控制室中的客戶端。通常變電站中的無線接入點(diǎn)位于巡檢區(qū)域的中心，當(dāng)巡檢區(qū)域過大或網(wǎng)絡(luò)受到明顯阻斷時必須放置兩個接入點(diǎn)時，可以將區(qū)域平均可分為兩個區(qū)域，然后將無線接入點(diǎn)定位在每個區(qū)域的中心，以實(shí)現(xiàn)良好的覆蓋率。

3 智能巡檢機(jī)器人集群控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

本地控制終端通過硬件防火墻和專用網(wǎng)絡(luò)連接到運(yùn)維站遠(yuǎn)程控制后臺，后者提供了一種通過瀏覽器訪問的方法，變電站操作和維護(hù)人員可以使用瀏覽器集中查看來自遠(yuǎn)程監(jiān)視后臺的相應(yīng)一個或多個站點(diǎn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)。當(dāng)多個站臺的本地控制終端同時連接到同一個運(yùn)維站時，網(wǎng)絡(luò)連接采用星型連接，運(yùn)維站統(tǒng)一控制每個站臺的智能巡檢機(jī)器人。

4 智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)

智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)具有三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中車載終端和本地控制終端使用Suro-OS通信協(xié)議實(shí)時進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)交互。運(yùn)維站集中管理后臺使用通用的WebService協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)IEC618_50協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，便于與PMIS，安全監(jiān)督，消防和其他支持標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的第三方系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：

實(shí)時數(shù)據(jù)：包括機(jī)器人實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，巡檢數(shù)據(jù)和圖像信息，實(shí)時遠(yuǎn)程控制指令和其他流媒體數(shù)據(jù)，如壓縮H264高清視頻流，紅外MPEG4熱成像視頻等。

事務(wù)數(shù)據(jù)：不需要很高的相應(yīng)實(shí)時性，包括發(fā)布任務(wù)和下載報告等數(shù)據(jù)。

交易指令和應(yīng)答數(shù)據(jù)：包括組織和發(fā)布任務(wù)，暫停和取消任務(wù)，上傳巡檢報告等。

5 智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)

由于智能電網(wǎng)的信息安全非常重要，并且由于智能巡檢機(jī)器人使用無線網(wǎng)絡(luò)連接，因此無法完全關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)上的傳輸并實(shí)現(xiàn)物理隔離。基于此，必須專門設(shè)計機(jī)器人應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，以確保即使在最壞的情況下，機(jī)器人系統(tǒng)仍然可以在保證絕對的網(wǎng)絡(luò)安全。車載、本地控制端的無線訪問點(diǎn)都使用WPA2安全模式來增強(qiáng)無線網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)安全性。本地控制端使用的路由器具有內(nèi)置的高性能防火墻，該防火墻提供了多種攻擊防范技術(shù)，包括防止ARP欺騙攻擊等，可以防止大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)攻擊。本地控制端和遠(yuǎn)程集中控制端通過硬件防火墻和專用網(wǎng)連接。此外，嵌入式子系統(tǒng)與本地管理背景之間的交互將通過軟件防火墻防護(hù)，該軟件防火墻通過Suro-OS-RT專有協(xié)議來隔離不符合通信協(xié)議的相應(yīng)數(shù)據(jù)包，即使攻擊者可以更改MAC地址或IP地址也無法通過防火墻對其進(jìn)行驗(yàn)證。本地控制端和服務(wù)站后臺通過硬件防火墻連接，以進(jìn)一步確保網(wǎng)絡(luò)通信的安全性。當(dāng)智能巡檢機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)交互異常時，本地控制端和遠(yuǎn)程集中控制端會同時彈出窗口并發(fā)出警報，提醒運(yùn)維人員檢查網(wǎng)絡(luò)連接的質(zhì)量。

結(jié) 語

綜上所述，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，機(jī)器人巡檢已成為電網(wǎng)智能化發(fā)展的重要方向。未來機(jī)器人將在電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)中發(fā)揮不可或缺的相應(yīng)作用。但是目前在變電站中智能巡檢機(jī)器人的實(shí)際使用中仍然存在各種軟件和硬件問題。通過在實(shí)際應(yīng)用中的不斷歸納和研究智能巡檢機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全、通信安全、導(dǎo)航設(shè)計等軟硬件問題可以提高機(jī)器人在困難條件下的自適應(yīng)能力，提高其自主工作的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，推動變電站運(yùn)行和維護(hù)智能化發(fā)展。

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