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基于智能巡检机器人与PLC系统联动控制设计

摘要：目前科学技术正在以一个很快的速度不断进步，我国所有电力行业的变电站智能水平也逐渐提高，它们所处的配电系统是电力系统不可或缺的一部分。随着铁路，煤炭，造船和冶金等电气行业一步一步的现代化、供电的范围也扩大、供电的距离增加，对配电系统的安全性，可靠性和连续性提出了更高的条件。当今市场上的自检方法存在许多缺陷，因此基于PLC系统控制的智能巡检机器人的设计是研究的目标。

关键词：智能巡检机器人；PLC系统；控制

1.巡检机器人系统方案设计

1.1整体方案

巡检机器人所应用的系统总共被分为三种，他们分别是通信系统、巡检机器人系统以及控制中心。这里面机器人的系统主要分为几个部分，他们分别是：控制模块、机器人本体以及传感器设备。其中通信系统的主体组成部分分为以下几部分，他们分别是：交换机以及无线传输设备，包含了遥控控制以及网络控制这两个方法，主要承担了控制中心和机器人系统之间来传递信息。控制中心能够传递巡检目标、储存巡检过程里面得到的音频、视频以及图像的数据、比对讨论变电站装置的工作状态等，它的主要功能是把巡检机器人整体联合起来，使得巡检机器人更加像一个整体。

巡检系统的构成在图1中有所展示。

图1巡检系统构成图

1.2软件系统方案

巡检机器人第一步需要解决无轨导航系统的目标，这些步骤包含了机器人的避障以及自主充电等任务。完成这些以后，进行自动智能机器人检查的检查路径规划，包括智能抄表、红外热图像高温监控以及异常声音检测等任务。第二步，为控制中心搭建一个无线通信系统，以控制监视机器人以及两者之间的数据传输。最后，控制中心开发后台和数据库系统软件，实现基本的存储和审计数据，人机交互界面设计以及诸如报告之类的数据分析功能。巡检机器人研究技术路线如图2所示。

图2巡检机器人研究技术路线

1.3通信方案选择

（1）主体通信方案选择

巡检机器人与控制中心相互发送信息，需要满足带宽大以及通讯区域大的要求。根据研究和相关文献，发现以下解决方案：

第一个解决方案：使用PLC通信，人们开发了此方法，并将其有效地使用在电气系统。对于PLC通信来说，是应用预制线来达到构成通道的目的，不用布置其他的线路，省钱以及安全。但是，PLC通信中存在信号盲点和抗干扰能力差的严重问题。

第二个解决方案：应用运营商的4G网络来进行连接，这项技术具有高频和高速的优势。变电站的监控区域很大，这项技术能够达到早期的覆盖需求，只需要建设一个全面的4G无线专用网络，所以投资很小，但是后期将不得不在以后阶段为昂贵的流量向运营商付费。

第三项解决方案：使用WIFI连接，此方法需要一个自己创建的通信AP基站，并且可以无线连接到其他AP以扩大网络覆盖范围。它们最常在变电站的室外使用，并且在随后的操作需要免费维护的情况下，距离的范围通常从数十米到数百米。

在上述解决方案的优点和缺点中，智能巡检机器人采用第三种解决方案。

（2）边缘通信方案选择

变电站中的边缘设备，除电气设备外，还指安装用于保护电缆和配电箱的某些设备，例如排水沟、配电箱和井盖等。当前，通过遥控器与边缘设备进行通信时，以下解决方案是最常用的：

解决方案一：蓝牙技术可用于手机，计算机，立体声音响，打印机和其他设备。基于该机器，它可以连接到国际网络。其中蓝牙有很多版本，而蓝牙4.0是使用最广泛的版本，它拥有很多的优点，比如说低功耗，成本低，高可靠性和快速启动等特点。但是因为通信距离比较短，在户外巡检并不适合。

解决方案二：采用红外通信作为数据传输所需的传输介质的红外遥控技术，实现方法方便，收发器具有成本低，结构简单以及可靠性高的优点。在家电行业中，它通常被用来当作短距离的遥控器，但是它不能适应恶劣的环境，因此不能保证数据传输的可靠性，可靠性差。

解决方案三：无线电遥控技术是用遥控器来传递无线电信号，用来达成对设备的遥控的目的。这种方法的传输距离很长，受环境影响因素不大。日常的生活中，可以轻松地在户外使用。这种方式还被广泛的应用于军事防御以及国内的工业等领域本文采用第三种解决方案，在检查机器人和边缘设备之间进行数据的传递。

1.4导航定位方案选择

该巡检机器人的导航计划在下面：

解决方案1：运用磁导航方法，这种方法需要事先插入磁轨和RFID，同时，之后的维护和实施的成本很高。

解决方案2：使用对变电站环境中的干扰敏感的GPS系统，这种方式的缺点也很明显，就是对环境变化比较敏感。

解决方案3：使用LIDARSLAM导航方法，所需的传感器通常包括里程表以及碰撞开关盒等设备，并且LIDAR传感器不易受欢迎影响，而且巡查的范围比较的大，广泛用于变电站的巡检机器人的身上。

解决方案4：使用SLAM视觉导航方法。该图像传感器具有低成本、高分辨率以及低功耗的优点。它高度依赖于光线，通常与其他传感