摘要：本文分析介绍了煤矿井下变电所机器人智能巡检系统实现的目标、实现的功能、结构与原理、机器人行走轨道系统的设计布置，以及机器人系统的设计。
关键词：煤矿井下变电所；智能机器人；巡检系统；设计与应用
本草茶
引言：煤矿井下变电所都布置高低压配电柜、变压器、馈电开关等设备，以保障煤矿安全生产的需要，也是一个核心场所。许多煤矿对变电所进行综合自动化技术的不断升级、改造，以实现远程集中监控，其根本目的也就是保障安全生产。设计运用机器人智能巡检系统，所能实现的功能就远超于升级改造了。即使传统的监控方式，通常采用人工巡检或固定摄像头定点监视，这都存在较大的安全管理漏洞。人工巡检浪费人力，效率低下，易巡检不全面和不及时问题，还对人身安全有威胁；固定摄像头定点监视范围有限，投入较多的摄像头，在图像切换、监视、存储上量大，布线也多，功耗大，维护困难等。
离子电推进1.煤矿井下变电所机器人智能巡检系统实现的目标
井下运用机器人作业，实现的目标主要在以下几点：①巷道掘进、巷道支护、采煤和运输等
作业；②利用机器人日常监测和维护，并对环境、设备进行监测。③矿难事故处理和救援，机器人可进入事故现场进行环境探测、受灾人员搜救、事故处理等作业。总之，运用机器人智能巡检系统，可增加变电所设备事故探知能力，提高设备操作的安全性，提升运行管理水平。
2.机器人智能巡检系统实现的功能
按照变电所智能化巡检要求，结合巡检人员日常工作任务，设计系统的功能：①设备状态智能巡检。其巡检机器人支持全自动巡检和遥控巡检模式。全自动包括常规巡检与联动巡检。常规巡检时，机器人系统按预先设定的任务内容、时间、路径等参数信息，自动启动并完成；联动巡检时，因自动化系统产生的指令(如分合闸、故障等)，机器人对巡视点设备自主完成巡检任务。遥控巡检可由操作手动遥控完成。②设备状态检测。其巡检机器人将视频图像，瓦斯和烟雾浓度等检测信息发回上位机。出现异常情况时，停止巡检并驻留在异常设备坐标处，同时在现场和上位机发出报警，待消除后可人为控制继续巡检。③视频监控。rfid读写器芯片系统搭载高清可见光摄像头和全景云台，可实现运动过程中的视频巡检。④系统自检。具备自检功能，含机器人本体电源、动力驱动模块、通信模块和感知设备等的检测，
系统发生异常状况时能立即报警，并上传故障信息到上位机工作站。⑤数据远传通信。采用网络传输方式实现机器人与上位机间的通讯，实现巡检和自检数据的传输，以及上位机对系统运动控制命令的传输。⑥信息集中管理。智能巡检系统可进行巡检机器人联动管理，机器人能正确接收和执行上位机的控制指令，并实现高清摄像头云台转动，正确反馈机器人运动状态、供电系统状态和设备巡检状态等信息，及时上报各类检测和报警信息。⑦系统融合。巡检系统的数据可通过协议转换融入到自动化控制系统，实现自动化集中控制系统对机器人智能巡检系统的完全接管，形成统一的智能化管理平台。⑧智能终端监控软件。智能终端控制软件能与巡检机器人通信，显示机器人发送的视频及各类巡检数据，并能下发控制指令，控制巡检方式、运动方向，设置各传感器的报警阈值等。该软件平台完全融合到煤矿自动化系统。现场采集的各类信息上传至服务器，平台可计算、存储、安全资源，保障系统稳定运行。监管人员可通过移动端APP对巡检机器人随时访问，支持查看现场等情况。报警信息能发送到移动终端。⑨人脸识别。将系统与供配电联锁，停送电时对操作者面部信息识别比对，通过或系统授权人才可供配电设备操作，这能保证安全技术措施的落实。⑩语音对讲。机器人本体搭载相应的高清拾音器和扬声器，在紧急状态时地面工作站与其可半双工对讲，方便指挥及命令下达。⑾机器人避障。在系统感知运行路径上的障碍物，前方安全距离内，停止巡检，并在上位机发出避障报警、提示。
3.煤矿井下变电所机器人智能巡检系统结构与原理
井下机器人智能巡检系统，它主要由供电、通讯、行走轨道、地面工作站、机器人系统所构成与工作原理（见图1所示）。①变电所设备。高压供电柜、低压配电设备、PLC系统、工业网络及设备等组成变电所设备。其中高压供电柜是向各采区高压供电电缆馈出的设备；低压配电设备主要是照明信号综合保护装置、馈电开关、启动器等；PLC系统则是实现数据采集上传和远程集中控制设备；工业网络则是数据采集传输、远程监控、通信联络的主通道。张有雨②机器人供电系统。其由变压器、远程控制模块、可控开关和供电电缆组成。机器人供电系统则是将动力电源通过变压器降压后由电缆向机器供电的系统，地面工作站通过控制模块对可控开关的分合闸控制，进而实现对机器人系统远程停送电。③通讯系统。包括电力载波模块、以太网模块和交换机。电力载波模块是利用供电缆线实现机器人系统数据传输，以太网模块转换为EtherNet/IP协议，交换机进入工业网络上传到地面数据存储服务器。④行走轨道系统。包括H型钢轨道、轨道托架、机器人供电电缆线槽、限位磁铁装置。轨道托架能将H型钢轨道悬架在煤壁，起支撑和吊挂；H型钢轨道用于承载机器人沿固定线路平稳运行；电缆线槽则是机器人供电缆线在槽内折叠拖动行走的；限位磁铁则是安装在H型钢轨道首末端的永磁铁，为识别位置提供磁信号，防止滑出轨道。⑤地面
工作站。含远程操作软件平台、数据存储服务器。前者是机器人远程监控的人机界面，可实时查看运行状态和巡检数据，可调取服务器历史存储数据和调整机器人程序与参数，并可对机器人实施远程接管。⑥机器人系统。含高清摄像头和云台、行走动力模块、缆线拖动装置、电力载波模块、气体检测仪器、防撞避障等。高清摄像头和云台包含高清可见光摄像头、红外热成像摄像头和360°全景旋转云台，是该系统的感知装置；行走动力模块含驱动电机、胶轮和编码器，驱动电机是机器人行走动力源，胶轮是带动机器人在轨道平稳行走的装置，而编码器是监测机器人行走距离确定坐标位置的装置；电力载波模块是利用供电缆线实现数据传输的模块；气体检测仪是对变电所现场环境中CH4、CO、O2等浓度检测，数据可通过电力载波模块上传地面；避障装置则是探测行走路线上障碍物的，在前方有障碍时立即停止驱动电机运行，以避免碰撞，保障安全。
4.机器人行走轨道系统的设计布置
①设备分布。井下变电所设备一般呈直列式排列，供配电设备的观察窗与盖体统一朝检修通道方向。高低压配电设备直列分布，巡检机器人可悬吊在检修通道一侧。②轨道系统设计。预分散母胶粒在设备观察窗方向安装水平直线轨道，机器对设备巡检可全覆盖。因H型钢轨和防爆机器人质量大，行走中易晃动，可在煤壁打锚杆固定轨道托架，以支撑悬吊钢轨，保证稳定运行。
5.机器人系统的设计
机器人前进与后退方向各安装一套避障装置。对此机器人系统设计需要注意的问题如下：①防爆要求。机器人系统在井下作业，必须严格执行《煤矿安全规程》和《爆炸性气体环境用电气设备》规定，符合防爆要求。②行走与坐标定位。本机器人系统由动力模块驱动实心胶轮带动其本体在H型钢轨上行走，位移监测采用光电脉冲编码器，轨道首端安装复位磁铁，将编码器位移坐标清零。从轨道首端向末端行走，由编码器确定位移量，进而完成坐标定位。③供电系统设计。它包括变压器、远程控制模块、可控开关和供电电缆。动力电源通过变压器降压后供给机器人供电的系统，地面站通过控制模块对可控开关的分合闸进行控制，以实现对机器人系统远程停送电功能。机器人供电系统见图2所示。④机器人
通讯系统。跳跳鞋机器人系统与配电柜间最远距离约150m，线路载荷小，机器人系统可采用电力线载波通讯方式，不要铺设通讯缆线或无线通讯。电力载波模块带宽100M，频段为2～12MHz。⑤机器人视频监控。机器人系统搭载高清可见光摄像头和全景云台。巡检中行走到待巡检设备坐标处，全景高清摄像头会旋转至预置点，对设备运行状态信息视频巡检，结果上传到上位机工作站，软件识别分析。高清摄像头巡检过程，是由地面视频服务器保存录像的。
结束语：①机器人智能巡检系统运行安全可靠，能自主巡检，进而提高了设备出故障的发现概率。可实现反复巡检，设备状态连续、动态的数据采集和存储。②停送电后的变电所
高低压配电设备，经过巡检系统视频信号的二次确认，大大提高了安全性。同时，可对操作人员的面部信息识别和比对，以保障停送电安全。③系统可对变电所全范围无死角巡检，能有效监控操作的规范性。异常状态的检测，可将信息及时向相关人员推送，故障判断和排查的多维度信息记录，在很大程度上提高了设备运行的安全可靠性，避免不必要的损失。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议