专利名称：变电设备高压带电清扫机器控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变电设备高压带电清扫机器控制系统。
背景技术：
变电站支柱绝缘子由于置身户外，弥漫于空气中的工业污秽和自然污秽易沉积在绝缘子表面形成污秽层，这些污秽物受雾、小雨等侵害，极易引发污闪事故，因此对绝缘子要定期清扫。国内已有的带电干清扫设备有便携式软轴连接高压带电清扫杆和叉车配套型高压带电自动清扫机等，前者需人工把持清扫杆操作，劳动强度大，适用电压等级低，清扫高度低；后者要靠叉车的移动来调整清扫方向和距离，操作不方便，自动化相对较低。已经问世的带电作业机器人，绝大部分用于一般高压输电线路的保全维护，极少有专门用于清扫高压绝缘瓷瓶的。虽然出现了新型高电压带电清扫机器人，它采用剪叉式升降机构进行绝缘瓷瓶清扫、轻型卡车作为移动载体的解决方案，整个机器人包括机械系统、液压系统、 二级控制系统、通讯系统等几部分，但其在电磁兼容和抗电磁干扰问题、高电压绝缘问题、 实时性问题、校验和纠错问题、安全性问题、数据和图像的同时传输问题及网络的管理问题等依然存在问题。
实用新型内容本实用新型的目的就是为解决上述问题，提供一种结构简单，使用方便，可靠性好，抗干扰能力强等优点的变电设备高压带电清扫机器控制系统。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种变电设备高压带电清扫机器控制系统，它包括绝缘平台数据采集系统、车载控制系统和操作台控制系统；其中，绝缘平台数据采集系统包括安装在绝缘支架上的手爪到位传感器、手爪回转传感器、机械臂运动传感器，它们通过光纤与车载控制系统的控制器I连接；在机器人车体上还分别安装平台旋转编码器、高度测定电位器和倾斜仪、摄像机；车载控制系统包括控制器I，它与无线通讯模块I连接；控制器I还与继电器组连接，继电器组与液压阀组连接，液压阀组则与相应的液压管路连接；控制器I还与计数器连接，计数器与平台旋转编码器连接；控制器I还与A/D模块连接，A/D模块则与高度测定电位器和倾斜仪连接；在车载控制系统中还设有无线图像通讯模块I，它与摄像机连接；所述操作台控制系统包括控制器II，它与无线通讯模块II连接，操作台则与控制器II连接；同时控制器11还与数据显示装置以及工控机和监视器连接，工控机和监视器则与图像采集装置连接，图像采集装置则与无线图像通讯模块II连接。所述控制器I为西门子S7-200型，所述控制器II采用西门子S7-226型。本实用新型中，绝缘平台数据采集系统主要功能是机械臂和作业工具运动状态的数据采集。由于绝缘要求，电气类的传感器无法使用，也无法用导线将数据从绝缘升降平台上传下来，因此采用光纤作为传递数据的载体，第一组光纤传感器作为手爪是否到达清扫位置的信号发生器；第二组光纤传感器的码盘与驱动手爪回转机构的液压马达的输出轴连接在一起，将手爪回转的角度信息传递至控制系统；第三组光纤传感器的码盘与操作机械臂的驱动液压马达的输出轴连接在一起，用以计算操作机械臂及手爪的伸缩距离；还有两组光纤传感器作为行程开关使用，安装在操作机械臂的前后，意外情况或失控时对清扫机器人起保护作用，绝缘升降平台的回转机构由于安装于车体上，本身不需绝缘，因此用编码器来反馈绝缘升降平台的回转角度。绝缘升降平台的高度参数可由一节叉杆的高度参数推得，用安装于最下面一节叉杆回转轴处的电位器就可间接实现高度测定的功能。车载控制系统主要实现绝缘瓷瓶清扫轨迹的生成和控制；移动载体的快速自动调平；作业过程中意外事件的快速响应；借助视觉系统实现局部智能的绝缘瓷瓶的自动对心控制等！视觉系统包括单目视觉系统和智能云台控制。它完成对操作对象的定位、跟踪和根据反馈信息对云台的自动控制，以及工作情况的现场监测。整个系统使用西门子S7-200 系列PLC作为子系统的控制器，绝缘瓷瓶清扫轨迹是绝缘平台的回转、操作机械臂的直线运动及手爪机构的回转3种运动的合成，分别控制它们的运动，生成绝缘瓷瓶清扫所需的轨迹，安装于车体支架上的倾斜仪将支架的倾斜参数反馈给控制系统，系统自动控制四个支撑腿油缸的运动，快速调平车体支架，使清扫机器人工作时有一个稳定的基础。绝缘瓷瓶的自动对心控制是通过自动视觉对中检测伺服控制的方法实现的。安装在车体平台尾部云台上的摄像机首先对现场图像进行摄取，由工控机内图像采集卡采集并交付系统核心图像识别及处理程序，进一步完成瓷瓶的自动识别与定位，输出瓷瓶中心位置及瓷瓶中心轴与清扫臂的转角差，从而引导平台调整，使手爪的轴心通过瓷瓶的中心，最终实现绝缘瓷瓶的自动对心。操作台控制系统主要实现机器人的遥控操作、图像采集和监视等功能。操作台控制系统可以在超过20m远的距离以外，通过无线通讯系统，遥控操作清扫机器人的各种动作。无线收发模块将前方摄像机采集的图像信息传输至操作台的工控机内进行处理，以控制机器人的运动。安装于操作台上的显示器实时显示机器人的工作状况，一方面观察工作情况和清扫效果，另一方面当发现意外情况时人可以立即介入对清扫机器人的控制。系统采用PLC作为车载子系统的控制器，接收操作台控制系统上PLC的动作指令，因此通讯问题分为两部分，一部分为上位机与PLC之间的通讯，另一部分为PLC通过无线通信模块互相之间的通讯。在上位工控机与PLC之间，由于系统采用的是西门子S7-226型，它带有两个 RS485通讯口，而上位工控机通讯口却是RS232，所以采用西门子公司专用的PC/PPI编程电缆作为上下位机的连接电缆，实现了 RS232和RS485的转换，并且具有隔离抗干扰的功能。 PLC自带的通信口 RS485采用半双工通讯，用两根数据线TXD和RXD来发送数据和接收数据，通讯中没有硬件握手信号，因而只能采用软件握手的通讯方式保持数据传输的同步。上位工控机与PLC之间通讯是通过一对无线通讯模块实现的。由于RS485通讯口工作方式是半双工模式，因此无线模块SA68D21DL也为半双工模式，收/发切换由PLC的输出触点控制。为实现对等多节点的无线通讯，采用了 AX. 25作为无线通讯协议。选择9600bps以上的波特率，并加入一定的延时，可以有效调和收发切换和数据传送之间时间的分配问题。 在数据传输可靠性方面，首先对发送来的每一个数据帧的起始字节和结束字节进行检查， 并对照数据块字节数，可以去除大部分的干扰；其次在数据帧中加入了帧校验，并采用工程上的循环冗余校验法(CRC)，进一步对数据进行检验纠错，以去除前面检查中偶然漏过的干扰信号。由于无线模块本身和外界的干扰，无线模块对每帧数据的前三个字节无法识别，因此对传输的数据信号，加上三个字节的前导帧，前导帧随同数据帧一起发送，既间接实现了收发延时，又降低了误码率，保证了数据帧接收的稳定性。本实用新型的有益效果是整个系统简练、可靠，在高电压场所的强电磁环境下工作时，实测的通讯误码率小于10_5，远远满足系统要求。
图1为本实用新型的结构示意图。其中，1.绝缘平台数据采集系统，11.手爪到位传感器，12.手爪回转传感器， 13.机械臂运动传感器，14.光纤，15.平台旋转编码器，16.高度测定电位器，17.倾斜仪， 18.摄像机，2.车载控制系统，21.控制器I，22.无线通讯模块I，23.继电器组，24.液压阀组，25.计数器，26. A/D模块，27.无线图像通讯模块I，3.操作台控制系统，31.控制器II， 32.无线通讯模块II，33.操作台，34.数据显示装置，35.工控机和监视器，36.图像采集装置，37.无线图像通讯模块II。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。图1中，它包括绝缘平台数据采集系统1、车载控制系统2和操作台控制系统；其中，绝缘平台数据采集系统1包括安装在绝缘支架上的手爪到位传感器11、手爪回转传感器12、机械臂运动传感器13，它们通过光纤14与车载控制系统2的控制器I连接；在机器人车体上还分别安装平台旋转编码器15、高度测定电位器16和倾斜仪17、摄像机18 ；车载控制系统2包括控制器121，它与无线通讯模块122连接；控制器121还与继电器组23连接，继电器组23与液压阀组24连接，液压阀组24则与相应的液压管路连接； 控制器121还与计数器25连接，计数器25与平台旋转编码器15连接；控制器121还与A/ D模块26连接，A/D模块26则与高度测定电位器16和倾斜仪17连接；在车载控制系统2 中还设有无线图像通讯模块127，它与摄像机18连接；所述操作台控制系统3包括控制器1131，它与无线通讯模块1132连接，操作台33 则与控制器1131连接；同时控制器1131还与数据显示装置34以及工控机和监视器35连接，工控机和监视器35则与图像采集装置36连接，图像采集装置36则与无线图像通讯模块Π37连接。所述控制器121为西门子S7-200型，所述控制器1131采用西门子S7-226型。
权利要求1.一种变电设备高压带电清扫机器控制系统，其特征是，它包括绝缘平台数据采集系统、车载控制系统和操作台控制系统；其中，绝缘平台数据采集系统包括安装在绝缘支架上的手爪到位传感器、手爪回转传感器、机械臂运动传感器，它们通过光纤与车载控制系统的控制器I连接；在机器人车体上还分别安装平台旋转编码器、高度测定电位器和倾斜仪、摄像机；车载控制系统包括控制器I，它与无线通讯模块I连接；控制器I还与继电器组连接， 继电器组与液压阀组连接，液压阀组则与相应的液压管路连接；控制器I还与计数器连接， 计数器与平台旋转编码器连接；控制器I还与A/D模块连接，A/D模块则与高度测定电位器和倾斜仪连接；在车载控制系统中还设有无线图像通讯模块I，它与摄像机连接；所述操作台控制系统包括控制器II，它与无线通讯模块II连接，操作台则与控制器II 连接；同时控制器II还与数据显示装置以及工控机和监视器连接，工控机和监视器则与图像采集装置连接，图像采集装置则与无线图像通讯模块II连接。
2.如权利要求1所述的变电设备高压带电清扫机器控制系统，其特征是，所述控制器I 为西门子S7-200型，所述控制器II采用西门子S7-226型。
专利摘要本实用新型涉及一种变电设备高压带电清扫机器控制系统。包括绝缘平台数据采集系统包括安装在绝缘支架上的手爪到位传感器、手爪回转传感器、机械臂运动传感器；以及平台旋转编码器、高度测定电位器和倾斜仪、摄像机；车载控制系统包括控制器I，它与无线通讯模块I、继电器组连接、计数器、平台旋转编码器、A/D模块连接，继电器组与液压阀组及相应的液压管路连接；A/D模块与高度测定电位器和倾斜仪连接；无线图像通讯模块I与摄像机连接；操作台控制系统包括控制器II，它与无线通讯模块II、操作台连接；控制器II还与数据显示装置以及工控机和监视器连接，工控机和监视器则与图像采集装置、无线图像通讯模块II连接。
文档编号B08B1/00GK201989150SQ201120013229
公开日2011年9月28日 申请日期2011年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者张正云, 王长春, 蒋霞 申请人:蒋霞