華能國際電力股份有限公司玉環(huán)電廠 謝 勇 酈忠偉 鐘天翔 王 雷

隨著自動化技術(shù)、紅外感應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器代替人力儼然已是新時(shí)代的潮流，智能化控制亦是更上一層樓。由于機(jī)器人技術(shù)的廣泛應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能將會更充分應(yīng)用于生活中的各個(gè)場景。1954年美國戴沃爾發(fā)明了世界第一臺機(jī)器人、同時(shí)發(fā)表了《適用于重復(fù)作業(yè)的通用性工業(yè)機(jī)器人》一文并獲得美國專利。從1997年電腦“深藍(lán)”戰(zhàn)勝國際象棋世界國軍，到2016年谷歌公司研發(fā)的AlphaGo在圍棋人機(jī)大戰(zhàn)中戰(zhàn)勝了韓國棋手李世石，世界為之震驚，同時(shí)也掀起了人工智能的狂潮。近年來我國的人工智能技術(shù)和地位同樣步步高升，國務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)化》更是將人工智能技術(shù)放在了國家發(fā)展的重要位置。

1 配電室全自動巡檢系統(tǒng)構(gòu)架

基于人工智能的配電室全自動巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合巡檢機(jī)器人系統(tǒng)、門禁控制器系統(tǒng)和服務(wù)器控制系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。服務(wù)器利用小型基站提供無線網(wǎng)絡(luò)供巡檢機(jī)器人系統(tǒng)和門禁控制器系統(tǒng)使用，并通過內(nèi)部協(xié)議進(jìn)行控制門禁控制器系統(tǒng)和巡檢機(jī)器人系統(tǒng)。服務(wù)器根據(jù)機(jī)器人的位置，遠(yuǎn)程控制門禁控制器配合機(jī)器人進(jìn)行配電室巡檢，巡檢機(jī)器人遵循算法巡檢，實(shí)時(shí)上傳巡檢圖像和視頻至服務(wù)器。工作人員只需觀察服務(wù)器處理的結(jié)果即可。配電室全自動巡檢系統(tǒng)在無人值守的配電室中應(yīng)用廣泛，很大程度上降低了工作危險(xiǎn)性，同時(shí)節(jié)省了緊急事務(wù)處理時(shí)間，使配電室巡檢更加安全可靠。

1.1 服務(wù)器控制系統(tǒng)、巡檢機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成

服務(wù)器控制系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)和小型基站構(gòu)成。主要負(fù)責(zé)人機(jī)間的交互、對操作人員協(xié)議的辨識和發(fā)送協(xié)議指令至巡檢機(jī)器人系統(tǒng)及門禁控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)內(nèi)有緊急處理模塊、巡檢算法模塊、地圖數(shù)據(jù)模塊、協(xié)議指令模塊和圖像識別模塊（圖1）。在機(jī)器人巡檢時(shí)，計(jì)算機(jī)處理并將數(shù)據(jù)通過小型基站的網(wǎng)絡(luò)下發(fā)至巡檢機(jī)器人系統(tǒng)和門禁控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了緊急事件高效率處理；巡檢機(jī)器人內(nèi)置視頻采集裝置和定位檢測裝置。巡檢機(jī)器人系統(tǒng)和服務(wù)器系統(tǒng)通過WIFI構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)通信鏈路。巡檢機(jī)器人可將巡檢時(shí)拍攝的圖片及視頻通過WIFI回傳給服務(wù)器系統(tǒng)，同時(shí)會實(shí)時(shí)上報(bào)定位信息至服務(wù)器[1]。巡檢機(jī)器人的CPU控制包含了巡檢路線算法，機(jī)器人遵循算法巡檢（圖2）。

圖1 服務(wù)器控制系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成圖

1.2 自動巡檢系統(tǒng)構(gòu)成

巡檢機(jī)器人由機(jī)身、行進(jìn)輪、手臂和電機(jī)組成。負(fù)責(zé)以多種特定的巡檢模式對配電室設(shè)備巡檢?？梢姽鈹z像機(jī)負(fù)責(zé)識別配電室內(nèi)柜體表面狀態(tài)指示燈和開關(guān)刀閘。拾音器負(fù)責(zé)識別配電室設(shè)備運(yùn)行時(shí)是否存在故障聲音。局放檢測設(shè)備負(fù)責(zé)識別室內(nèi)設(shè)備是否存在局部放電的現(xiàn)象。三個(gè)識別設(shè)備可將采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線或光纖回傳至監(jiān)測平臺。遠(yuǎn)端監(jiān)測平臺負(fù)責(zé)對回傳的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。網(wǎng)線或光纖為巡檢機(jī)器人和回傳數(shù)據(jù)提供網(wǎng)絡(luò)通道。巡檢機(jī)器人內(nèi)置單片機(jī)控制系統(tǒng)，是由單片機(jī)MCU、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和機(jī)器人電機(jī)組成。單片機(jī)MCU負(fù)責(zé)巡檢機(jī)器人巡檢模式的切換和巡檢路線的設(shè)定。數(shù)模轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)將單片機(jī)MCU輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號并應(yīng)用到機(jī)器人電機(jī)中，機(jī)器人電機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)器人整體運(yùn)行[2]。

1.3 機(jī)器人的巡檢流程

如圖3所示，配電室定點(diǎn)區(qū)域①全面巡檢業(yè)務(wù)。遠(yuǎn)端監(jiān)測平臺界面設(shè)置機(jī)器人為全面巡檢模式，并對區(qū)域①進(jìn)行全面巡檢及設(shè)備狀態(tài)指示燈識別。單片機(jī)控制系統(tǒng)解析監(jiān)測平臺指令，其單片機(jī)MCU的9引腳輸出全面巡檢信號到數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，巡檢機(jī)器人遵循單片機(jī)設(shè)定的路線進(jìn)入巡檢區(qū)域，監(jiān)測平臺界面可控制機(jī)器人手臂伸縮和轉(zhuǎn)動，通過其配置的可見光攝像機(jī)對設(shè)備柜體表面進(jìn)行圖像采集，并通過網(wǎng)線或光纖回傳至監(jiān)測平臺[3]，平臺可根據(jù)指示燈狀態(tài)查看設(shè)備運(yùn)行是否異常。

圖3 機(jī)器人巡檢流程圖

配電室定點(diǎn)區(qū)域②定點(diǎn)檢測業(yè)務(wù)。遠(yuǎn)端監(jiān)測平臺界面設(shè)置機(jī)器人為定點(diǎn)檢測模式，并對區(qū)域②進(jìn)行定點(diǎn)檢測及超聲波局部放電檢測。單片機(jī)控制系統(tǒng)解析監(jiān)測平臺指令，其單片機(jī)MCU的10引腳輸出定點(diǎn)檢測信號到數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，巡檢機(jī)器人遵循單片機(jī)設(shè)定的路線進(jìn)入巡檢區(qū)域，監(jiān)測平臺界面可控制機(jī)器人手臂下拉和前伸幅度，放置局放檢測設(shè)備于待檢測設(shè)備處。此時(shí)局放檢測設(shè)備采集到的信息通過網(wǎng)線或光纖回傳至監(jiān)測平臺，平臺可實(shí)時(shí)監(jiān)控配電室內(nèi)是否存在局部放電情況[4]。

配電室定點(diǎn)區(qū)域③手動檢測業(yè)務(wù)。遠(yuǎn)端監(jiān)測平臺界面設(shè)置機(jī)器人為手動檢測模式，并對區(qū)域③進(jìn)行手動檢測及開關(guān)刀閘狀態(tài)識別。單片機(jī)控制系統(tǒng)解析監(jiān)測平臺指令，其單片機(jī)MCU的11引腳輸出手動檢測信號到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，巡檢機(jī)器人遵循單片機(jī)設(shè)定的路線進(jìn)入巡檢區(qū)域，監(jiān)測平臺界面可控制機(jī)器人機(jī)器人手臂的前伸幅度和轉(zhuǎn)動角度，操作手柄打開開關(guān)刀閘柜，同時(shí)控制攝像機(jī)探頭前伸，采集刀閘狀態(tài)并將采集到的信息通過網(wǎng)線或光纖回傳至監(jiān)測平臺，平臺可實(shí)時(shí)查看開關(guān)刀閘狀態(tài)詳情。

配電室定點(diǎn)區(qū)域④定制巡檢業(yè)務(wù)。遠(yuǎn)端監(jiān)測平臺界面設(shè)置機(jī)器人為定制巡檢模式，并對區(qū)域④進(jìn)行定制巡檢及儀表設(shè)備數(shù)據(jù)讀取。單片機(jī)控制系統(tǒng)解析監(jiān)測平臺指令，其單片機(jī)MCU的12引腳輸出定制巡檢信號到數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，巡檢機(jī)器人遵循單片機(jī)設(shè)定的路線進(jìn)入巡檢區(qū)域，監(jiān)測平臺界面可控制機(jī)器人手臂前伸和旋轉(zhuǎn)，操作手刀打開儀表設(shè)備上蓋，同時(shí)控制攝像機(jī)探頭前伸，采集儀表設(shè)備數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)線或光纖回傳至監(jiān)測平臺[5]，平臺可實(shí)時(shí)查看儀表設(shè)備數(shù)據(jù)詳情。

2 配電室全自動巡檢系統(tǒng)應(yīng)用情況

依據(jù)全自動巡檢設(shè)計(jì)原理和機(jī)器人自動巡檢路線算法，配電室全自動巡檢系統(tǒng)在某配電室成功應(yīng)用。該系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)配電室冷卻機(jī)組系統(tǒng)檢測、發(fā)電設(shè)備和輔助設(shè)備檢測的功能。操作人員可在遠(yuǎn)端服務(wù)器查看巡檢回傳的視頻和圖像，提高了工作效率并降低了配電室風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 配電設(shè)備系統(tǒng)檢測實(shí)例

冷卻系統(tǒng)是配電室設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行重要的輔助系統(tǒng)。巡檢系統(tǒng)檢測冷卻機(jī)組是否有以下異常情況：風(fēng)冷設(shè)備漏水；溫度超過合理范圍；機(jī)組震動有雜音或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速異常；基礎(chǔ)設(shè)備破損等故障。由于冷卻機(jī)組設(shè)備數(shù)量繁多且分散在配電室各個(gè)地方，單純地依靠操作人員去檢測設(shè)備和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)會導(dǎo)致工作量龐大和工作效率低下，為此系統(tǒng)設(shè)計(jì)了冷卻機(jī)組監(jiān)測，在高效率檢測設(shè)備異常的同時(shí)發(fā)出緊急情況預(yù)警和異常情況緊急上報(bào)[6]。下面以配電室冷卻機(jī)組實(shí)例進(jìn)行分析其巡檢過程。

配電室冷卻機(jī)組電機(jī)轉(zhuǎn)子以2極電機(jī)為例，對其性能檢測，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)，巡檢系統(tǒng)以每十分鐘轉(zhuǎn)子的平均轉(zhuǎn)速為一個(gè)時(shí)間間隔t，巡檢測得的實(shí)際轉(zhuǎn)速和理想轉(zhuǎn)速合理誤差范圍應(yīng)在3%以內(nèi)。超過3%機(jī)器人將發(fā)出預(yù)警，拍攝實(shí)情并處理上報(bào)至服務(wù)器系統(tǒng)。機(jī)器人會將拍攝的圖片和視頻發(fā)送給服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行圖像分析和語音識別，服務(wù)器下發(fā)指令，確認(rèn)冷卻機(jī)組設(shè)備無損壞、漏水情況和設(shè)備震動雜音。機(jī)器人內(nèi)置紅外探測儀用來感知和分析溫度是否異常，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即預(yù)警上報(bào)處理。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)驗(yàn)證本系統(tǒng)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了配電室實(shí)時(shí)監(jiān)控、緊急事件上報(bào)、配電室實(shí)時(shí)圖像回傳、配電室鍋爐燃料檢測、冷卻機(jī)組系統(tǒng)檢測、發(fā)電設(shè)備和輔助設(shè)備檢測的功能。在無人值自動開啟守的配電室中，機(jī)器人依照算法進(jìn)行自動巡檢，實(shí)時(shí)上傳倉庫視頻圖像至服務(wù)器端，操作人員只需在遠(yuǎn)端觀看視頻和圖像即可。

智能巡檢與人工巡檢的人員需求、工作時(shí)長、時(shí)間處理耗時(shí)分別為0/3～4個(gè)、24/12小時(shí)、5～10/＞30分鐘、平均遇險(xiǎn)次數(shù)分別為0/30次/每天及1/30次/每天?？梢娕c傳統(tǒng)的巡檢方式相比，人工智能配電室全自動巡檢對操作人員的需求量和成本較小，同時(shí)可以二十四小時(shí)不間斷地工作，在緊急事故處理中更為迅速，智能機(jī)器人取代人工巡檢更是讓危險(xiǎn)性降至最低。

綜上，隨著人工智能與現(xiàn)代生活的關(guān)聯(lián)愈加密切，人工智能在生活中的應(yīng)用將會愈加廣泛。傳統(tǒng)的倉庫巡檢十分費(fèi)時(shí)且不能保證檢查人員的生命安全，與之相比本設(shè)計(jì)能時(shí)刻關(guān)注倉庫內(nèi)實(shí)情，以及迅速地對突發(fā)狀況做出相應(yīng)措施，同時(shí)避免了員工倉庫巡檢時(shí)發(fā)生意外。本文結(jié)合網(wǎng)絡(luò)控制和自動化的技術(shù)，以機(jī)器人自動巡檢代替人工巡檢，解決了傳統(tǒng)倉庫巡檢的費(fèi)時(shí)性、優(yōu)化了巡檢方法及提高了巡檢系統(tǒng)的安全性。隨著配電室設(shè)備的增加及面積的擴(kuò)大，為更加精準(zhǔn)無誤的巡檢，在巡檢算法路線和損耗時(shí)間上有待深入研究，這將是下一步的重點(diǎn)研究方向。