尚春虎 田立國 高豪釩 任星俠 楊國春 趙帆

摘? 要：變電站智能巡檢機器人系統(tǒng)用于替代人工進行變電站巡檢，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站強電磁環(huán)境下的全自主，全方位和全天候巡檢，將巡檢人員從危險、惡劣的作業(yè)環(huán)境和繁重的作業(yè)任務中解放出來，智能讀表、圖像識別等核心技術(shù)為一體，對輸變電站設(shè)備進行全天候巡檢、數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、溫濕度檢測等提高輸變電站內(nèi)設(shè)備的安全運行程度，開創(chuàng)了一種全新的變電站巡檢作業(yè)模式。

關(guān)鍵詞：QT;數(shù)據(jù)監(jiān)測;遠程監(jiān)控;磁循跡

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）32-0034-02

Abstract： The intelligent inspection robot system of substation is used to replace manual inspection of substation， which can realize fully autonomous， omni-directional and round-the-clock inspection in strong electromagnetic environment of substation. The inspection personnel will be liberated from the dangerous， harsh working environment and heavy tasks， and the core technologies such as intelligent meter reading and image recognition will be integrated. The safe operation degree of the equipment in the transmission substation is improved by carrying out round-the-clock inspection， data acquisition， video surveillance and temperature and humidity detection of the transmission substation equipment， and a new substation patrol operation mode is created.

Keywords： QT; data monitoring; remote monitoring; magnetic tracking

1 概述

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，居民區(qū)變電站的數(shù)量不斷增多，其地理位置越來越分散，這給周期性巡視帶來了一定的困難。不僅農(nóng)網(wǎng)中居民區(qū)變電站的維護存在很多問題，而且城市土地的緊張、居民區(qū)現(xiàn)代化高層建筑大量涌現(xiàn)，導致越來越多的居民區(qū)變電站建在潮濕的地下，運行環(huán)境的優(yōu)劣直接影響到電氣設(shè)備的正常運行。

本系統(tǒng)針對室外變電站運行監(jiān)測研究的實際需求，研制基于機器人的自主巡檢監(jiān)測平臺，設(shè)備包括：自動巡航模塊、圖像信息采集模塊、圖像處理模塊、無線通信、智能預處理報警模塊等主要部分，實現(xiàn)“智能、自動、實時”為管控目標，通過搭建監(jiān)控平臺，構(gòu)建“現(xiàn)場-監(jiān)控平臺-報警”多層聯(lián)動的自巡檢測報警一體化工作模式，全面提升變電站設(shè)備狀態(tài)檢測效率以及安防水平，確保設(shè)備的正常運行以及變電站的安全運行。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

該變電站巡檢系統(tǒng)主要由監(jiān)控控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)構(gòu)成。

2.1 監(jiān)控控制系統(tǒng)的設(shè)計

巡檢控制界面依托于?？低暤奈炇埔曨l平臺，使用螢石云提供的SDK源碼進行二次開發(fā)，集成到軟件中，此實時視頻監(jiān)控是整個項目中的實現(xiàn)的難點所在之處，在此之前使用了多種方法進行實現(xiàn)，遇到的最大問題就是視頻延遲較高，最終使用SDK源碼進行編寫后，視頻延遲的問題降低了5倍，在4G網(wǎng)絡(luò)良好的情況下視頻延遲在1秒以內(nèi)，可以達到對巡檢機器人的實時監(jiān)控要求。

此外，可以對多個視頻進行操作，視頻清晰度可切換。也達到了監(jiān)控平臺的集中管控的目的。

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于傳感器將采集到的參數(shù)進行匯總處理，然后通過移動網(wǎng)、WiFi等通信方式將數(shù)據(jù)上傳到電腦端進行數(shù)據(jù)的分析處理。

2.3 數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)的設(shè)計

利用阿里云的數(shù)據(jù)庫來儲存具體數(shù)據(jù)的信息。數(shù)據(jù)庫可云端自動備份，減少因數(shù)據(jù)庫丟失而帶來的不必要的損失。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 控制模塊

體感交互運動系統(tǒng)的控制器模塊選擇嵌入式ST公司的32位ARM處理器STM32F103ZET6，該微處理器具有較高的工作頻率，豐富的I/O外設(shè)接口，支持多種通信接口，自帶AD轉(zhuǎn)換功能，滿足了本系統(tǒng)的性能需求。

3.2 傳感器模塊

通過電壓、電流、火焰、溫濕度等模塊采集變電站的一些重要數(shù)據(jù)傳給上位機進行監(jiān)測。

3.3 無線通信主控

通信主控采用的ESP8266模組，利用MQTT協(xié)議將模塊與巡檢機器人與PC進行組網(wǎng)原理框圖如圖1所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

整個系統(tǒng)的通訊框架以TCP/IP與MQTT協(xié)議為基礎(chǔ)。

MQTT協(xié)議（消息隊列遙測傳輸）是基于TCP/IP協(xié)議棧而構(gòu)建的，因為MQTT是一種輕量級的、靈活的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以它已經(jīng)成為IoT通信的標準。我們使用中國移動Onenet云平臺作為協(xié)議的Broker，而我們的電站監(jiān)測裝置、遙控、巡檢機器人等作為信息發(fā)布者，經(jīng)過不同的訂閱進行數(shù)據(jù)分級與交換，QT上位機的訂閱權(quán)限則為最高級，可以監(jiān)控下位所有信息，收到數(shù)據(jù)后會將數(shù)據(jù)進行處理顯示，以更加直觀的方式呈現(xiàn)到用戶面前。如圖2所示。

考慮到常用組態(tài)軟件在網(wǎng)絡(luò)通信以及實時性等方面的局限性，該監(jiān)控系統(tǒng)采用可視化集成開發(fā)工具QT5進行開發(fā)。

利用基于C++編程語言的QT框架編寫上位監(jiān)控軟件，采用DSC分布式控制集中管理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件主要完成對整個系統(tǒng)的集中管控、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、視頻巡查、數(shù)據(jù)存儲等功能。以用螢石云、阿里云、Onenet三大云平臺進行整合集中，融合了云視頻監(jiān)控功能，可進行遠程監(jiān)控，使用MQTT遙信消息隊列傳輸協(xié)議作為整個系統(tǒng)的核心通訊協(xié)議，并使用阿里云數(shù)據(jù)自動儲存、備份數(shù)據(jù)，極大的增加了數(shù)據(jù)的可靠性。界面如圖3所示。

5 結(jié)束語

本文提出一種智能變電站巡檢系統(tǒng)，綜合運用上位機、物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式、傳感器等技術(shù)，巡檢機器人可代替或輔助人工完成變電站設(shè)備的巡檢作業(yè)。通過各傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)以及巡檢機器人的實時監(jiān)控，將數(shù)據(jù)傳送到上位機軟件進行數(shù)據(jù)的儲存和查詢以及對數(shù)據(jù)的可視化操作和周圍環(huán)境監(jiān)控。當出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時會及時的發(fā)出報警，實現(xiàn)了巡檢機器人在對變電站巡檢過程中的實時監(jiān)測。

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