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摘要：随着社会的发展，我国的变电站建设原来越多，对变电站设备的运行维护也越来越受到重视。传统的人工维护需在停电的状态下完成维护作业，并且难以直接获取变电站设备早期与事后维护的评估等。随着机器人技术、在线检测技术等技术的成熟发展，移动机器人己在变电站设备巡检中得到很好的应用，但目前也只是应用在室外变电站设备巡检中，还很难进行设备维护处理。所以，移动机器人能够对变电站设备进行带电维护是未来电网的必然发展方向，也可加快推进无人值守智能变电站的进程。本文对变电站设备带电维护移动机器人控制系统进行了研究。
关键词：变电站设备，移动机器人控制系统
引言
目前，变电站设备的维护作业方式大部分还是人工维护作业，人工维护需在停电状态下进行维护处理，而且很难直接获取变电站设备故障早期的征兆和状态评估与预测，同时还存在着人身安全问题。为了提高电网安全、稳定、高效的运行，实现“集中控制、无人值班、少人值守”运行管理，以及提高工作效率、维护质量和减员增效的最理想方案之一是利用带电维护移动机器人对变电站设备完成维护作业。
1变电站设备带电维护移动机器人系统结构组成概述
1.1变电站设备带电维护移动机器人机械结构设计
1.1.1设计流程
根据对维护移动机器人设计需求和指标分析，设计了一种基于Mecanum轮的变电站设备带电维护移动机器人，可实现全方位移动和无半径的转弯等，在设备与设备狭小的空间内具有更加灵活运动特性，可以更好的应用于室内变电站设备的维护。但是由于Mecanum轮对路面有一定的要求，不适用于室外变电站不平整的路面作业，故又设计了另一种基于两轮差速驱动的维护移动机器人，用于室外变电站设备的维护，两种带电维护移动机器人除了移动机构不同外，其余结构参数均相同。
1.1.2机械结构
维护移动机器人移动平台系统主要由驱动轮、步进电机、驱动器、平台支架等组成。基于两轮差速的室外移动平台具有较强的地面适应能力，可更加稳定的在室外变电站不平整的路面进行维护作业，而基于Mecanum轮的室内移动平台在移动上更有优越性，具有灵活性、全方位移动、无半径转弯等优点，进而维护移动机器人可以实现在室内变电站较狭小的空间内灵活的运行。维护移动机器人维护作业机械臂系统主要由一个六自由度机械臂、快速转换接头和维护结构组成。
1.2变电站设备带电维护移动机器人控制系统的硬件选型
1.2.1控制器和扩展模块的选型
由于变电站设备带电维护移动机器人对控制器的响应速度、控制精度等要求较高，同时，对于基于Mecanum轮的维护移动机器人的运动实现需要同时控制4个Mecanum轮的转速和方向，这就需要具有多路脉冲同时输出，另外，还需要考虑到控制器的体积、通讯方式等。
1.2.2传感器的选型
传感器负责感知机器人内部和外界信息，其选型的依据主要是根据所选取的传感器类型机器人能否适应工作运行环境，是否能够满足所需要的精度，是否具有可靠性、实时性等。分析维护移动机器人设计需要可知，系统所需要的传感器主要包括循迹传感器、避障传感器、编码传感器。
1.2.3电源的选型
维护移动机器人作为移动机器人的一种，其导航定位系统、控制系统等，均需要电源提供电能，机器人在高压变电站进行长时间的维护作业，必须具备长时间的能源供给、快速自补充等，以保证维护移动机器人的运动控制、维护作业、通信等系统正常运行。同时，维护移动机器人系统的重量对移动平台运动特性具有一定的影响，所以在进行对维护移动机器人电源选型的时候，不仅需要考虑续航问题，还需要将电源的质量、体积、安装的方便性考虑进去。为此，重量轻、容量大、寿命长聚合物铿电池成为了最佳的选择，根据需要定制了24VDC-SOAH瓦特力大容量铿电池作为动力电源。
2变电站设备带电维护移动机器人控制系统的设计与实现
2.1复杂混合式分层控制系统
2.1.1上位机控制系统
上位机控制系统主要负责变电站设备带电维护移动机器人维护作业状态的监控、维护任务模式的选择和规划以及各传感器信息的显示等，同时，也可以接受和发送控制指令。维护移动机器人作业任务状态信息与环境信息经无线方式传输至上位机控制系统，信息处理系统中的传感器系统感知的信息通过信息融合后以同样的方式上传至上位机控制系统，完成机器人控制策略和任务的调度。操作人员也可以直接通过上位机控制系统控制维护移动机器人本体的运动、机械臂的运功等，实现对维护移动机器人的遥操作，完成变电站设备带电远程维护作业。为了机器人安全带电维护作业，当某一项参数超过传感器设定的值，停止机器人或机械臂的运动，并进行声光报警。
2.1.2信息处理系统
变电站设备带电维护移动机器人信息处理系统主要包括感知层，负责提供有关的传感器数据信息，是维护移动机器人无障碍运行、感知机器人自身内部与外部环境信息、安全完成维护作业的重要保障，维护机器人通过感知层感知障碍物信息、磁轨迹信息等，完成机器人信息的采集与融合。同时为规划层的安全策略和行为规划提供了依据，也是控制层内部各种动作实现触发、确定动作执行的信息来源。由于维护移动机器人工作在高压电磁场环境下，考虑到变电站设备与维护机器人运行的安全性，各模块之间不能采用有线电气连接，故构建了WIFI网络，实现模块间的数据交互。
2.1.3车载控制系统
变电站设备带电维护移动机器人车载控制系统主要实现机器人带电维护作业的运动控制和快速的做出合理的安全响应，整个控制系统采用TRIO数字运动控制器，控制器I/O输出口与移动平台驱动轮驱动器、各传感器以及机械臂各关节驱动器连接，控制TRIO控制器输出口的输出电压，实现维护移动机器人平台的动作规划、机械臂的动作规划、机器人维护作业任务等控制。控制层主要作用是通过规划层进行行为仲裁和命令合成，由TRIO控制系统通过对机器人的运动学建模生成逻辑控制指令，驱动相应的执行机构，完成变电站设备带电维护移动机器人车体维护作业的控制。
2.2上位机控制系统的设计
为了能够更好地体现变电站设备带电维护移动机器人人机交互功能，本文对控制系统设计了一个利于维护人员操作的上位机软件控制系统，上位机控制系统不仅能够满足系统功能需求，还需要具有方便维护、方便扩展等优点，为此，本文采用了C#编程语言完成了维护移动机器人的上位机设计，针对设计需求，设计了如图1所示的维护移动机器人上位机控制整体结构，上位机控制系统界面如图2所示，以实现多个任务操作和多个窗口显示。
变电站设备带电维护移动机器人的上位机控制界面主要包括运行状态显示区域、视频显示区域、机器人控制区域和其他区域。打开上位机控制软件，会有通信指示灯提示操作人员该软件是否与机器人下位机握手成功，然后需要对机器人进行选择工作模式。机器人控制区域主要分为机器人平台和机械臂的控制，不仅可以实时的对维护移动机器人进行操作，也可以通过输入具体的运行参数进行控制，更加方便于操作人员的使用;在其他区域中，放置有视频的开关按键、复位按键、示教/再现按键和急停按键，可以实现对机器人的安全防护等。
结语
利用移动机器人在高压变电站对变电站设备进行带电维护任务，是智能电网发展的方向，也是电特种机器人研究的新应用领域。由于该课题处于前期的研究阶段，所做的研究工作存在很多不足和需要改进的地方，因此要更好地完善变电站设备带电维护移动机器人系统的研发，更好地服务于智能电网。
参考文献:
[1]杨清波，李立新，李宇佳，等.智能电网调度控制系统试验验证技术}J].电力系统自动化，201539(1):194-199.
[2]孙金莉，李煌磊，冯凝，等.智能变电站二次设备缺陷分析专家系统的研究与应用[J].电网与清洁能源，2016,32(10):94-98.
[3]鲁守银，张营，李建祥，等.移动机器人在高压变电站中的应用[[J].高电压技术，2017,43(1):276-284.