一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大氣環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，電網(wǎng)設(shè)備污閃事故增加，嚴(yán)重影響電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行。變電站絕緣子長(zhǎng)時(shí)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(jì)，由污穢引起的絕緣閃絡(luò)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(guó)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(diǎn):
[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(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(duì)絕緣子進(jìn)行帶電水沖洗時(shí)需要高規(guī)格的安全防護(hù)，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(dòng)強(qiáng)度大，效率低，自動(dòng)化水平低等諸多問(wèn)題；
[0005]3、無(wú)法對(duì)水阻率、水壓、水柱長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，無(wú)法實(shí)時(shí)修改機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)，不能保證水沖洗過(guò)程中機(jī)器人本體及變電站帶電設(shè)備的絕緣性能；
[0006]4、無(wú)自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，保持供電的連續(xù)性和水沖洗機(jī)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(jī)器人的安全防護(hù)系統(tǒng)是非常有必要的，是符合時(shí)代發(fā)展要求的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型為了解決上述問(wèn)題，提出了一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可代替操作人員，在不停電的情況下對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行機(jī)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(dòng)，保證操作人員的人身安全，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)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(guò)無(wú)線方式連接，用于控制水洗機(jī)器人的垂直升降機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)；所述信息采集模塊采集裝設(shè)于水沖洗機(jī)器人上的各個(gè)傳感器測(cè)得的信號(hào)，安全控制系統(tǒng)基于對(duì)絕緣安全造成影響的因素，控制機(jī)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(cè)距儀、水電阻率傳感器、水壓傳感器及磁場(chǎng)測(cè)距傳感器，超聲傳感器和磁場(chǎng)測(cè)距傳感器安裝在機(jī)械臂末端的四個(gè)面上，用于檢測(cè)機(jī)械臂末端與帶電設(shè)備間的距離，激光測(cè)距儀與水槍平行安裝，實(shí)時(shí)檢測(cè)水沖洗過(guò)程中水柱的長(zhǎng)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(shí)時(shí)檢測(cè)沖洗過(guò)程中水的壓力和水的導(dǎo)電性能。
[0011]所述車載控制器布置在水沖洗機(jī)器人移動(dòng)底盤(pán)之上，電控開(kāi)關(guān)是車載控制器的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)電控開(kāi)關(guān)位于中位，此時(shí)電控開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)動(dòng)；當(dāng)輸入電壓大于中位電壓時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入電壓小于中位電壓時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)TR1控制器(為英國(guó)生產(chǎn)的翠歐運(yùn)動(dòng)控制器)的1輸出口與垂直升降機(jī)構(gòu)的電控開(kāi)關(guān)輸入口連接，通過(guò)控制TR1控制器輸出口的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向及運(yùn)動(dòng)速度的控制。
[0012]所述遙控模塊包括由工控機(jī)、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(jī)連接，通過(guò)無(wú)線WIFI向TR1控制器下發(fā)垂直升降機(jī)構(gòu)的控制命令，實(shí)現(xiàn)機(jī)開(kāi)環(huán)控制；另一方面，工控機(jī)、TR1控制器、電控開(kāi)關(guān)及云臺(tái)的角度傳感器又組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直升降機(jī)構(gòu)的二級(jí)機(jī)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(jī)構(gòu)的升降高度及云臺(tái)的角度信息，通過(guò)串口服務(wù)器將RS485協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為T(mén)CP協(xié)議數(shù)據(jù)，并通過(guò)HUB將數(shù)據(jù)發(fā)送至無(wú)線AP模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與遙控端工控機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。
[0014]所述信息采集模塊布置在水沖洗機(jī)器人水槍云臺(tái)之上，信息采集模塊通過(guò)無(wú)線CLIENT與主控模塊中的無(wú)線AP模塊建立WIFI通訊連接，信息采集模塊通過(guò)串口服務(wù)器采集絕對(duì)值角度編碼器獲取的云臺(tái)俯仰、云臺(tái)傾角數(shù)據(jù)，并通過(guò)WIFI網(wǎng)絡(luò)上傳至遙控模塊的工控機(jī)中，實(shí)現(xiàn)從而水槍云臺(tái)上傳感器信息的實(shí)時(shí)采集。
[0015]所述信息采集模塊通過(guò)串口服務(wù)器采集絕對(duì)值角度編碼器獲取的云臺(tái)俯仰及云臺(tái)傾角數(shù)據(jù)，并通過(guò)WIFI網(wǎng)絡(luò)上傳至遙控模塊的工控機(jī)中；
[0016]所述遙控模塊包括工控機(jī)，工控機(jī)收集信息采集模塊采集的傳感器信息，通過(guò)TR1控制器實(shí)現(xiàn)垂直升降機(jī)構(gòu)及車體的控制。
[0017]所述無(wú)線方式為采用無(wú)線AP模塊和無(wú)線CLIENT設(shè)備。
[0018]所述超聲傳感器、磁場(chǎng)測(cè)距傳感器及激光測(cè)距儀均通過(guò)HUB及無(wú)線AP模塊將數(shù)據(jù)上傳至工控機(jī)。
[0019]所述垂直升降機(jī)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(cè)距儀采用紅色激光，其光源光斑為測(cè)量距離1.5m至Sm，測(cè)量時(shí)間為I至5毫秒。
[0021]—種基于上述安全防護(hù)系統(tǒng)的工作方法，具體為:
[0022]遙控系統(tǒng)控制工控機(jī)，使動(dòng)力總成驅(qū)動(dòng)車體行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，安全控制系統(tǒng)基于對(duì)絕緣安全造成影響的因素，控制機(jī)器人與絕緣子串之間的距離保持在安全距離之內(nèi)，當(dāng)水槍架上的激光測(cè)距儀，檢測(cè)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(jī)構(gòu)進(jìn)行豎直方向上的伸縮運(yùn)動(dòng)，以使水槍與絕緣子之間的距離滿足沖洗距離，進(jìn)行沖洗；跟蹤攝像機(jī)實(shí)時(shí)觀察水槍的狀態(tài)，遙控系統(tǒng)控制云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)，使水槍進(jìn)行水平和俯仰運(yùn)動(dòng)，不斷調(diào)整水槍的噴射角度，以使沖洗效果達(dá)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(shí)時(shí)檢測(cè)沖洗過(guò)程中水的壓力和水的導(dǎo)電性能；通過(guò)改變水柱的長(zhǎng)度來(lái)改變絕緣水柱的絕緣性能。
[0023]所述對(duì)絕緣安全造成影響的因素包括水的電阻率、水柱的長(zhǎng)度和機(jī)械臂與帶電設(shè)備間的距離，其中水電阻率應(yīng)大于500千歐每厘米；水柱長(zhǎng)度應(yīng)不小于2米，機(jī)械臂與帶電設(shè)備間的距離應(yīng)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(zhǎng)度成正比，絕緣水柱的電阻的計(jì)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(zhǎng)度為一厘米的水柱的電阻值，L為水柱的長(zhǎng)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(shí)，可以通過(guò)改變水沖洗機(jī)器人噴嘴與設(shè)備間的距離，改變絕緣水柱的長(zhǎng)度L，從而實(shí)現(xiàn)水柱絕緣性能的調(diào)節(jié)。
[0028]所述水柱的長(zhǎng)度的自動(dòng)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(dāng)高純水水阻率發(fā)生變化時(shí)，在線式水阻率傳感器檢測(cè)到該變化，通過(guò)事先通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)的理想作業(yè)距離和噴水壓力信息，由此進(jìn)入內(nèi)環(huán)系統(tǒng)，一方面通過(guò)激光測(cè)距儀的實(shí)時(shí)反饋信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)距離的閉環(huán)控制，另一方面通過(guò)壓力傳感器返回的壓力信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力裝置的輸出壓力的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)水沖洗機(jī)器人絕緣水柱絕緣性能的自動(dòng)控制。
[002