一種變電站帶電水沖洗機器人用安全防護系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種變電站帶電水沖洗機器人用安全防護系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大氣環(huán)境污染日趨嚴重，電網(wǎng)設(shè)備污閃事故增加，嚴重影響電網(wǎng)設(shè)備安全運行。變電站絕緣子長時間暴露在外界環(huán)境中，表面易沉積污垢，這些污垢受惡劣天氣侵害容易發(fā)生污閃事故。據(jù)統(tǒng)計，由污穢引起的絕緣閃絡事故目前在電網(wǎng)事故總數(shù)中已占到第2位，僅1971-1994年全國35-500kV發(fā)、變電站就污閃1768座次。絕緣子帶電水沖洗作業(yè)可以提高供電的可靠性，減少停電損失，保證變電站及輸電線路的安全。在現(xiàn)階段的變電站絕緣子沖洗作業(yè)主要存在以下缺點:
[0003]1、沖洗方式大多是由清洗技術(shù)人員手持沖洗設(shè)備進入現(xiàn)場進行作業(yè)，人工沖洗不僅依賴于天氣情況，還需要清洗人員具備較高技術(shù)水平及熟練的操作流程，對絕緣子進行帶電水沖洗時需要高規(guī)格的安全防護，以避免短路電流造成的安全事故，引發(fā)人員傷亡，這類作業(yè)方式存在安全隱患；
[0004]2、人工作業(yè)面臨著勞動強度大，效率低，自動化水平低等諸多問題；
[0005]3、無法對水阻率、水壓、水柱長度的實時在線監(jiān)測，無法實時修改機器人運行狀態(tài)，不能保證水沖洗過程中機器人本體及變電站帶電設(shè)備的絕緣性能；
[0006]4、無自動化的控制系統(tǒng)，保持供電的連續(xù)性和水沖洗機器人一直與絕緣子保持安全距離；
[0007]因此研發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)用于水沖洗機器人的安全防護系統(tǒng)是非常有必要的，是符合時代發(fā)展要求的。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型為了解決上述問題，提出了一種變電站帶電水沖洗機器人用安全防護系統(tǒng)，該系統(tǒng)可代替操作人員，在不停電的情況下對變電站設(shè)備進行機器人帶電水沖洗作業(yè)，其可有效減輕人工清洗工作的繁重體力勞動，保證操作人員的人身安全，保證電網(wǎng)的安全運行。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種變電站帶電水沖洗機器人用安全防護系統(tǒng)，包括行走控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)，行走控制系統(tǒng)包括遙控模塊、車載控制器和信息采集模塊，所述遙控模塊與車載控制器之間通過無線方式連接，用于控制水洗機器人的垂直升降機構(gòu)和行走機構(gòu)；所述信息采集模塊采集裝設(shè)于水沖洗機器人上的各個傳感器測得的信號，安全控制系統(tǒng)基于對絕緣安全造成影響的因素，控制機器人與絕緣子串之間的距離保持在安全距離之內(nèi)，安全控制系統(tǒng)包括超聲傳感器、激光測距儀、水電阻率傳感器、水壓傳感器及磁場測距傳感器，超聲傳感器和磁場測距傳感器安裝在機械臂末端的四個面上，用于檢測機械臂末端與帶電設(shè)備間的距離，激光測距儀與水槍平行安裝，實時檢測水沖洗過程中水柱的長度，水電阻率傳感器及水壓傳感器安裝在高壓純水制備設(shè)備之上，用于實時檢測沖洗過程中水的壓力和水的導電性能。
[0011]所述車載控制器布置在水沖洗機器人移動底盤之上，電控開關(guān)是車載控制器的末端執(zhí)行機構(gòu)，當電控開關(guān)位于中位，此時電控開關(guān)控制電動機停止運動；當輸入電壓大于中位電壓時，控制電動機正向旋轉(zhuǎn)，當輸入電壓小于中位電壓時，控制電動機反向旋轉(zhuǎn)，通過TR1控制器(為英國生產(chǎn)的翠歐運動控制器)的1輸出口與垂直升降機構(gòu)的電控開關(guān)輸入口連接，通過控制TR1控制器輸出口的輸出電壓，實現(xiàn)機器人電氣執(zhí)行機構(gòu)的運動方向及運動速度的控制。
[0012]所述遙控模塊包括由工控機、觸摸屏、遙控手柄和按鍵，在控制系統(tǒng)中，一方面，遙控手柄、觸摸屏和按鍵均與工控機連接，通過無線WIFI向TR1控制器下發(fā)垂直升降機構(gòu)的控制命令，實現(xiàn)機開環(huán)控制；另一方面，工控機、TR1控制器、電控開關(guān)及云臺的角度傳感器又組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對垂直升降機構(gòu)的二級機械臂的閉環(huán)伺服控制。
[0013]所述信息采集模塊及車載控制器的角度傳感器采集垂直升降機構(gòu)的升降高度及云臺的角度信息，通過串口服務器將RS485協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP協(xié)議數(shù)據(jù)，并通過HUB將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線AP模塊，進而實現(xiàn)與遙控端工控機的實時通訊。
[0014]所述信息采集模塊布置在水沖洗機器人水槍云臺之上，信息采集模塊通過無線CLIENT與主控模塊中的無線AP模塊建立WIFI通訊連接，信息采集模塊通過串口服務器采集絕對值角度編碼器獲取的云臺俯仰、云臺傾角數(shù)據(jù)，并通過WIFI網(wǎng)絡上傳至遙控模塊的工控機中，實現(xiàn)從而水槍云臺上傳感器信息的實時采集。
[0015]所述信息采集模塊通過串口服務器采集絕對值角度編碼器獲取的云臺俯仰及云臺傾角數(shù)據(jù)，并通過WIFI網(wǎng)絡上傳至遙控模塊的工控機中；
[0016]所述遙控模塊包括工控機，工控機收集信息采集模塊采集的傳感器信息，通過TR1控制器實現(xiàn)垂直升降機構(gòu)及車體的控制。
[0017]所述無線方式為采用無線AP模塊和無線CLIENT設(shè)備。
[0018]所述超聲傳感器、磁場測距傳感器及激光測距儀均通過HUB及無線AP模塊將數(shù)據(jù)上傳至工控機。
[0019]所述垂直升降機構(gòu)與帶電設(shè)備間的距離大于變電站規(guī)定的安全工作距離。
[0020]所述激光測距儀采用紅色激光，其光源光斑為測量距離1.5m至Sm，測量時間為I至5毫秒。
[0021]—種基于上述安全防護系統(tǒng)的工作方法，具體為:
[0022]遙控系統(tǒng)控制工控機，使動力總成驅(qū)動車體行走機構(gòu)運動，安全控制系統(tǒng)基于對絕緣安全造成影響的因素，控制機器人與絕緣子串之間的距離保持在安全距離之內(nèi)，當水槍架上的激光測距儀，檢測到水槍與需要沖洗的絕緣子的水平距離滿足安全距離后，車載控制器控制垂直升降機構(gòu)進行豎直方向上的伸縮運動，以使水槍與絕緣子之間的距離滿足沖洗距離，進行沖洗；跟蹤攝像機實時觀察水槍的狀態(tài)，遙控系統(tǒng)控制云臺的旋轉(zhuǎn)，使水槍進行水平和俯仰運動，不斷調(diào)整水槍的噴射角度，以使沖洗效果達到最好；水電阻率及水壓傳感器安裝在高壓純水制備設(shè)備之上，用于實時檢測沖洗過程中水的壓力和水的導電性能；通過改變水柱的長度來改變絕緣水柱的絕緣性能。
[0023]所述對絕緣安全造成影響的因素包括水的電阻率、水柱的長度和機械臂與帶電設(shè)備間的距離，其中水電阻率應大于500千歐每厘米；水柱長度應不小于2米，機械臂與帶電設(shè)備間的距離應大于變電站規(guī)定的安全工作距離。
[0024]所述水柱的電阻與水柱的橫截面積成反比，與水柱長度成正比，絕緣水柱的電阻的計算公式如下:
[0025]R = r X L/A
[0026]其中r為水的電阻率，其含義為截面面積為一平方厘米，長度為一厘米的水柱的電阻值，L為水柱的長度，A為水柱的截面面積，R為水柱的電阻值；
[0027]在噴槍噴嘴口徑一定的情況下，水柱的截面面積為一常數(shù)，在水的電阻率r變化時，可以通過改變水沖洗機器人噴嘴與設(shè)備間的距離，改變絕緣水柱的長度L，從而實現(xiàn)水柱絕緣性能的調(diào)節(jié)。
[0028]所述水柱的長度的自動控制算法為一雙閉環(huán)控制算法，內(nèi)環(huán)為作業(yè)距離和壓力環(huán)，外環(huán)為水阻率環(huán)，當高純水水阻率發(fā)生變化時，在線式水阻率傳感器檢測到該變化，通過事先通過實驗建立好的水阻率與作業(yè)距離、噴水壓力的專家系統(tǒng)得到與之對應的理想作業(yè)距離和噴水壓力信息，由此進入內(nèi)環(huán)系統(tǒng)，一方面通過激光測距儀的實時反饋信息，實現(xiàn)對作業(yè)距離的閉環(huán)控制，另一方面通過壓力傳感器返回的壓力信息，實現(xiàn)對壓力裝置的輸出壓力的控制，進而實現(xiàn)對水沖洗機器人絕緣水柱絕緣性能的自動控制。
[002