配电室巡检机器人技术方案

中能智旷（北京）科技有限公司

2022年6月

目录

1.        背景介绍....................................................................................................................................... 3

2.        系统方案设计............................................................................................................................. 4

2.1    设计思路................................................................................................................................... 4

2.2    系统架构................................................................................................................................... 5

2.3    部署方案................................................................................................................................... 6

2.4    系统组成................................................................................................................................... 7

2.4.1  机器人本体................................................................................................................. 8

2.4.2  无线基站...................................................................................................................... 8

2.4.3  充电桩........................................................................................................................... 8

2.4.4  系统管理平台............................................................................................................ 8

2.4.5  路由器........................................................................................................................... 9

2.4.6  NVR................................................................................................................................ 9

2.5    系统参数表.............................................................................................................................. 9

3.        系统功能介绍........................................................................................................................... 12

3.1    日常巡检................................................................................................................................ 12

3.2    可见光视频监控功能....................................................................................................... 12

3.3    图像识别功能...................................................................................................................... 13

3.4    红外测温功能...................................................................................................................... 14

3.5    局部放电检测...................................................................................................................... 15

3.6    环境监测功能...................................................................................................................... 16

3.7    双向语音对讲...................................................................................................................... 16

3.8    噪声检测................................................................................................................................ 16

3.9    系统自检及报警................................................................................................................. 17

3.10      自身安全防护.................................................................................................................. 17

3.11      系统联动............................................................................................................................ 17

4.        巡检系统平台功能................................................................................................................. 18

4.1    实施监控界面（任务模式）........................................................................................ 18

4.2       实施监控界面（手动模式）.................................................................................... 19

4.3    调度管理................................................................................................................................ 20

4.4    方案管理................................................................................................................................ 21

4.5    巡检结果确认...................................................................................................................... 22

4.6    巡检结果分析...................................................................................................................... 23

4.7    机器人管理........................................................................................................................... 23

4.8    智能报警................................................................................................................................ 24

4.9    智能报表统计导出............................................................................................................ 25

4.10      系统自检及报警............................................................................................................. 25

4.11      二次开发接口.................................................................................................................. 25

1.      背景介绍

巡检是有效保证设备运行安全和稳定的一项重要环节。巡检的目的在于及时发现设备的异常情况，避免系统停车和事故的发生。通过严格按照安全规程，采用“望、闻、问、切”的方法进行巡检，掌握设备运行情况、变化情况，发现设备异常情况及运行环境可能存在的安全隐患，就能采取有效措施，防患于未然。

传统的巡检作业，主要通过人工方式，定期对设备和环境进行评估判断。然而，随着配电室巡检作业朝着精细化、规范化、自动化、数字化等方向发展，人工巡检的弊端也随之显现。正是由于传统的人工巡检方式存在种种弊端，如何实现更高效、更安全、更智能的巡检作业，成为人们探索的方向。也正是在这样的背景之下，智能巡检机器人应运而生。

2.      系统方案设计

2.1  设计思路

智能巡检机器人专为复杂环境下的巡检工作而设计，整合了机器人、定位、导航、避障、场景感知、图像识别、非接触检测等技术，采用自主或遥控的操作方式和可见光、红外、声音等检测方式进行巡检作业，是监测技术与机器人技术相融合的新型监测设备。

2.2  系统架构

巡检机器人系统以巡检机器人为核心，集移动视频巡检、红外测温、环境监控、数据智能分析等功能于一体，实现对巡检区域设备的实时监控、数据分析管理。巡检机器人系统由后台软件系统、供电系统、通信系统、机器人系统及其他相关设备组成。具体架构图如下图所示：

2.3  部署方案

机器人安装在机房内，实现机房智能巡检以及无人值守，包括：机器人本体、充电桩、无线基站、服务器、电控系统及网络系统等组成。示意布置图如下所示：

巡检机器人会使用激光雷达预先绘制机房地图，将人为指定的运动路径作为激光导航的目标位置输入，将此地图文件及目标位置数据存储到机器人端，同时采集当前位置信息，根据地图定位自己的当前精确位置。

2.4 系统组成

机器人本体、充电桩、无线基站、服务器、电控系统及网络系统等组成

2.4.1       机器人本体

由移动载体、通讯设备和检测设备等组成的，采用遥控或自动控制模式，用于设备巡检作业的移动巡检装置（以下简称机器人）。

2.4.2       无线路由器

由与机器人搭载的无线设备配套的WIFI通信设备，提供无线覆盖,可配置多基站模式，机器人端实现漫游功能，可实现毫秒级切换。产品稳定、高功率，这些特性保证了产品接收性能***。提供系统内部局域网与外部访问局域网的隔离，并且提供端口映射功能，保证机器人内网的通信，不占用外部访问带宽，以便更好的融入已有的客户网络中。

2.4.3       充电桩

机器人空闲时，保持与机器人对应的电极接触，保证机器人的电池处于满电量。采用圆铜电极，使用缓冲弹簧，以保证机器人与充电桩的稳定链接。***大提供5A的充电电流。

2.4.4       NVR

机器人的视频存储服务，常规配置视频可以存储30天，以保证可以再出现故障的时候可以采用视频的方式回溯整个巡检过程。

2.4.5       系统管理平台

由计算机、监控分析软件和数据库等组成，安装于场站本地，用于监控、管理机器人运行的计算机系统。并且存储机器人实时采集的数据，提供WEB服务。

2.5 系统参数表

2.6 供货范围

3.      系统功能介绍

3.1  日常巡检

为了实现对整个配电室监测的全覆盖，按照被检测设备的分布设置巡检停靠点，机器人到达巡检停靠点后，自动转动云台，对屏柜、指示灯，指示表计，配电室内环境进行定点巡检，巡检内容包括：配电室内部整体实时环境、环境状态（气体、温湿度）、表计识别、柜体外表温度、状态指示灯识别等。

3.2  可见光视频监控功能

机器人可实现可见光与红外视频图像采集功能，机器人可自动移动到指定位置，控制云台自由转动，拍摄机房内各种设备高清图像和红外热成像，并将采集到的信息经无线局域网实时传输到主控室，在主控室的工作人员便可根据图像判断出电力机房内的各种设备是否安全。

可见光和红外实时监控实景图

3.3  图像识别功能

图像识别是巡检机器人系统的核心功能之一，通过机器人自身携带的可见光摄像机，完成视频图像的数据采集，通过自主开发的高精度图像识别算法，对视频数据进行智能分析处理，识别视频内容。目前，视频识别功能能够准确识别室内的仪表、压板、开关、指示灯、设备外观等多种表计，并能进行表计自动读数，从而全面掌握站内电力设备及环境的状态信息。

3.4  红外测温功能

机器人具备红外温度采集的功能，对指定区域进行温度检测。当被检测设备超过设定温度值时，机器人能够自动报警，工作人员便可到故障地点实地查看，并采取相应措施。同时，将这些信息存储到数据库中，为之后的事故处理提供依据。

红外实时监控效果图

3.5  局部放电检测

系统使用机械臂式局放检测仪检测所有开关柜、配电柜内部放电现象，结合机器人在垂直方向的行程，局放在水平方向的行程，可实现开关柜、配电柜全方位的局部放电监测。

3.6  环境监测功能

智能巡检机器人携带有气体探测器与温湿度传感器，可以随时对配电室内的空气环境与温湿度进行分析并得出结果，气体分析包括检测空气含氧（O₂）量浓度以及有毒与可燃气体（CO，H₂S，CH₄）浓度大小，同时将结果反馈给主控室的工作人员，也可人工设置报警的限值，包括低温、高温报警限值，湿度报警限值，气体浓度报警限值，超过限值后立即声光报警，以防止由于工作人员对电力机房环境的误判，造成生命危险。

3.7  噪声检测

机器人配置噪声采集设备，能够采集设备噪声，并能够上传至本地监控系统进行分析。存储采集到的设备运行及环境噪音数据，并支持音频信息的可视化展示，包括声音的波形，声音的频域信息的展示等。

3.8  系统自检及报警

机器人本体自带关键部件的自检模块，可以实时监测可见光相机，红外测温相机，电池模块，网络通信模块，电机及驱动，气体检测模块等实时状态，当某一个模块出现故障时，可以实时语音报警指示出现的错误，并控制三色灯变红做出故障指示。

3.9  自身安全防护

机器人采用超声波停障系统，对障碍物和机房内工作人员进行探测，遇到障碍会停障并报警，提醒机房内工作人员注意。

3.10       系统联动

把机器人系统、机房环境监测等多个子系统实现多网融合，互为补充，避免出现多套系统带来的信息孤岛问题，同时预留消防，安防监控，入侵检测等等专测量接口，解决日常巡检、生产管理系统，调度指挥等一体化问题，实现综合电力机房的系统化管理。

系统构架为基于B/S模式的WEB数据浏览与运行平台构成，利用网络技术把上述系统集成为一个整体，利用机器人、图像识别技术有效补充在线监测设备、人员巡检的不足，并通过大数据分析等对象建模的方法，建立了一套适用于综合电力机房安全及管理的一种方法，实现资源共享和信息互通，建立综合电力机房中各子系统的联动和快速反应机制，达到综合电力机房的各系统协调运行。

机器人智能巡检系统同时具备一定的扩展接口能力，提供与已有在线监测系统、消防系统等的接口；可实时将巡检机器人从现场采集的所有气体浓度信息、温湿度信息、报警信息及巡检机器人本身状态信息通过标准模型进行推送。

4.      巡检系统平台功能

本地监控后台将分析并存储机器人巡检的所有巡检数据，具备实时监控、调度管理、方案管理、巡检结果确认、巡检结果分析、机器人管理等子系统。

4.1 实施监控界面（任务模式）

实施监控界面是巡检系统的主界面，主要展示的内容有：

1、            可见光视频：直观的展示机器人当前巡检设备的实施图像；

2、            红外视频：直观的展示机器人当前巡检设备的红外图像；

3、            巡检状态：主要包括机器人实施巡检位置信息、巡检总点数、当前巡检点、巡检进度组成；

4、            机器人状态：可实时查看巡检机器人的网络、驱动、电池、传感器等设备是否正常工资；

5、            巡检结果数据：能直观查看当前机器人巡检结果数据信息。

软件平台主界面

4.2     实施监控界面（手动模式）

远程遥控界面，主要功能是让用户能够根据需求，遥控机器人到任何允许的地方，对特定的设备进行手动的巡检，可以对车体控制以及录音、录像、语音对讲等操作。

1、   车体控制：可远程控制车体进行前进，后退；

2、   更多功能：可远程控制雨刷、抓拍、录音、录像等功能；

手动模式界面

4.3  调度管理

调度类型分为：立即调度、周期调度、定时调度，在调度首页可以根据需求，新建调度。

调度管理主界面

4.4  方案管理

方案管理可分为方案查看编辑、任务展示两部分；

1、方案查看编辑：可通过巡检类型（全面巡检，自定义巡检）、识别类型、区域，巡检点位等条件勾选来建立巡检方案

方案查看编辑主界面

2、任务展示：可查看每月的任务状态展示（正在执行、任务完成、未开始、任务取消、无任务五个状态）

任务展示主界面

4.5  巡检结果确认

巡检结果确认分为巡检结果浏览、巡检报告生成等模块组成：

1、巡检结果浏览：通过时间查询选择设备点位查询，点击某一条记录显示记录的详细信息，另外本界面包括一项人工复核功能，通过人工对比可以修改本次巡检记录的告警等级；同时通过导出功能，将巡检结果导出成Excel表格中。

巡检结果浏览界面

2、巡检报告生成：巡检报告主要有任务信息，告警点位、识别异常点位等组成

巡检报告界面

4.6  巡检结果分析

巡检结果分析主要对同一测点的多次巡检结果进行对比分析

巡检结果分析界面

4.7  机器人管理

机器人管理配备有独立、完善的自检系统。

1)    硬件驱动监控系统：智能巡检机器人伺服电机驱动模块，该模块将实时监控电机驱动状态，当出现欠压、过流、过温等异常情况时，智能巡检机器人将就地指示并上传故障信息。

2)    通信监控系统：智能巡检机器人内部采用can通信、232通信、百兆网络通信等技术并且配备有完善的通信监控系统，当上述通信出现阻塞、信号丢失、大量数据错误等异常情况下，智能巡检机器人将就地指示并上传故障信息。

3)    检测设备监控系统：智能巡检机器人配备有多种检测传感器，例如：可见光高清摄像机、红外测温热成像仪等，各传感器均配备独立的自我监控系统，当上述设备出现异常且无法自恢复时，自我监控系统则启动保护措施，并就地指示上传故障信息。

智能巡检机器人智能巡检系统有可靠、准确的自检功能，发生异常时应能就地指示，并能上传故障类型等信息至监控后台。

机器人管理界面

4.8    智能报警

系统具备预警功能，可完成历史数据统计与趋势分析，能够提前预测变电所可能出现的设备故障和运行环境缺陷，并及时发出预警信息通知后台管理人员。

（1）   设备高温报警

（2）   仪表读数超范围报警

（3）   空气质量进入警戒值

（4）   检测有泄漏物报警

（5）   本体故障报警

4.9    智能报表统计导出

智能巡检管理软件可支持各种信息的报表生成，支持日志记录（保存于数据库中），工作人员可根据需要按照不同关键字段（如时间、设备名称、问题表现、事故分析等等）来生成不同类型的报表，报表能以表格多种形式，通过同比、环比等多种途径进行分析，利于从不同角度来判断机房内各个设备的运行状况，并预测设备性能。

当出现通信中断、接收的报文内容异常的情况时，系统设备失去网络后可能无法正常工作，后台具备网络通信断开报警。每台设备巡检结果的多张照片统一归集于每台设备目录下，系统逻辑清晰，以便后期故障排查。

4.10系统自检及报警

系统所有设备本体自带关键部件的自检模块，可以实时监测可见光相机，红外测温相机，电源模块，网络通信模块，环境检测模块等实时状态，当某一个模块出现故障时，可以实时语音报警指示出现的错误。

4.11二次开发接口

系统提供基于Http协议的，提供若干基于 GET，POST模式的接口供第三方系统进行二次开发和集成。