摘 要：基于紅外測溫的軌道機器人主要由后臺管理基站、無線網橋、機器人移動控制系統、可見光攝像頭、紅外采集系統及視頻存儲器組成，是集多種新技術于一體的復雜系統，可自動對變電站內一次設備部分項目進行巡檢，及時發現設備存在的問題，預防事故發生，是電力設備狀態檢修又一可靠方式。
關鍵字：紅外測溫 軌道機器人 狀態檢修
一、前言
傳統的變電站巡視主要是通過人工方式，綜合運用感官以及一些配套的檢測儀器對變電設備進行以簡單定性判斷為主的檢查，該方式存在勞動強度大、檢測質量分散、主觀因素多等缺陷。隨著現代電力工業向著高電壓等級、超大容量的發展，電力系統對安全可靠運行的要求越來越高。電力設備運行狀態的在線檢測和故障診斷，對于提高設備可靠性、經濟性運行、降低維修成本，起著十分重要的作用。
二、電氣設備紅外測溫機理
1、電氣設備發熱來源
電氣設備在工作的時候，由于電流、電壓的作用，主要產生以下三種發熱：
（1）電流型致熱
按照焦耳定律，當電流通過電阻時將產生熱能，這是電流效應引起的發熱，大量表現在載流電氣設備中。
（2）電壓型致熱
電氣絕緣介質由于交變電場的作用，使介質極化方向不斷改變而消耗電能并引起發熱。
（3）鐵損致熱
當在勵磁回路上施加工作電壓時，由于鐵心的磁滯、渦流而產生電能損耗并引起發熱。
2、紅外測溫機理
紅外線的波長在0.76～100μm之間，它在電磁波連續頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區域。紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射。
溫度在絕對零度以上的物體，都會因自身的分子運動而輻射出紅外線。通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉換成電信號后，成像裝置的輸出信號就可以完全一一對應地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經電子系統處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應的熱像圖。運用這一方法，便能實現對目標進行遠距離熱狀態圖像成像和測溫并進行分析判斷。
三、紅外測溫軌道機器人系統設計
1 、系統功能
（1）對運行電力設備的紅外線測溫巡視。
（2）配合變電站程序化控制，完成對開關、閘刀等設備操作前后現場設備狀態核對工作。
（3）通過智能視頻系統，檢查開關、閘刀現場實際位置等。
（4）現場運行設備外觀檢查。
2、系統組成
系統采用分層式控制結構：包括基站控制系統（上位機）和機器人控制系統（下位機），它們之間以無線設備相連。基站系統包括：后臺工控機、數據服務器、無線通訊設備、網絡集線器組成。機器人系統包括：電源系統、機器人工控機、紅外LED照明系統、移動定位系統、電機驅動控制系統、視頻解碼器、紅外采集系統、可見光圖像采集系統、無線網橋。
3、各部分功能設計
（1）移動及定位
機器人移動主要由走行輪驅動，走行輪依靠步進電機驅動，電機采用變頻調速，機器人移動速度為10～50米/min可調。機器人定位采用進口高精度紅外光電傳感器，在軌道主體按一定距離設置用于紅外光電感應的標記，當機器人經過該點時即可識別出機器人當前所處位置。機器人限位保護采用霍爾磁感應傳感器。
（2）供電系統
目前軌道機器人電源系統主要有兩種方式，蓄電池供電與滑線取電方式。本系統采用滑線取電方式。滑線取電在國內應用已非常成熟，主要應用在起重行業與軌道交通。滑線取電主要由兩部分組成。即滑線與集電器（軌道交通行業又叫受電弓）。
（3）機器人控制器
軌道機器人控制器主要負責采集機器人的定位信息，根據后臺基站控制命令，控制機器人運動，并通過TCP/IP協議上報機器人位置及狀態信息。該控制器集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點，2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或38路模擬量I/O點；有20K字節程序和數據存儲空間，6個獨立的高速計數器（100KHz），2個100KHz的高速脈沖輸出，2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。
（4）紅外熱像儀載臺
軌道機器人利用高精度載臺對熱圖像采集系統的方位角、俯仰角進行控制并回傳采集信息。高精度載臺最大承載達20Kg，重復精度±0.1°，外殼采用高強度鋁合金壓鑄材料，蝸輪蝸桿傳動，斷電可自鎖，可水平360度連續旋轉，垂直限位角度±60°。
四、紅外測溫軌道機器人后臺監控系統
后臺監控系統和機器人之間通過無線網橋建立一個無線局域網。通過基站，工作人員可實現機器人的遠程管理和維護，同時可以獲取機器人發送的數據。
1、后臺監控系統功能
后臺監控系統主要用于人機交互、接收操作人員的各種操作指令，并將這些指令下達到機器人的運動控制系統。同時，監控系統也是用戶了解機器人的工作情況和結果的直接渠道。監控系統可以完成顯示分析機器人位置、速度，顯示可見光圖像和紅外熱成圖像、儀表識別情況、設備故障情況；實現手動控制機器人的運動、機器人載臺的狀態；巡檢任務規劃及任務下達；存儲圖像、報警數據等功能。
2、監控系統組成
后臺監控系統主要由監控系統服務端和客戶端兩大部分組成，其中，客戶端還包含系統主界面、圖像監視、預置點設置、歷史數據記錄等若干子模塊。
五、總結
基于紅外測溫的軌道機器人是集機電一體化技術、多傳感器融合技術、電磁兼容技術、導航及行為規劃技術、安防技術、穩定的無線傳輸技術于一體的復雜系統，具有靈活的控制和運行方式、不受天氣因素影響等優點，可代替巡檢人員對變電站內室外一次設備的部分項目進行巡檢，并對圖像進行分析和判斷，及時發現電力設備存在的問題，預防事故發生。該系統為無人值班變電站的推廣應用提供了創新型的技術檢測手段，提高了電網的可靠穩定運行水平。
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