基于物联网和智能巡检机器人的配电网综合监控系统的制作方法

本发明涉及一种监控系统，尤其是基于物联网和智能巡检机器人的配电网综合监控系统。

背景技术：

随着国家大力发展智能电网，变电站和变电设备的智能化建设是电网技术的发展趋势，为了确保配电网的安全运行，对配电运行的现场环境和相关电器设备运行状态的实时检测和调控必将作为智能电网建设的重要组成部分。

然而，当前配电网由于其使用环境和结构的复杂性使得其智能化信息水平较低。目前大部分对变电站或小区、开闭所配置的动力、环境、安全防卫、报警、电压、电能等监测系统多为独立的子系统，各个子系统都是孤立的，以至于出现了一种监测“孤岛”现象，而没有配置一套完整的并进行综合监控的系统，或者综合控制不够全面，系统不够完善，从而使得变电站无法达到智能化运行管理的要求，这也无形中降低了系统的实用性、稳定性和安全性，并且增加了投资成本。

与此同时，当前变电站的设备巡检还主要依靠人工巡检，巡检的质量、效果受人为因素影响很大，而造成巡检质量好坏不一，同时巡检过程中需要对分析处理数据，进一步确定故障的类型和处理方式，而现场巡检人员在现场由于设备等方面的缺陷，导致故障处理不及时，可能影响变电站的正常工作，因此，变电站的智能化就显得尤为重要。

随着智能变电站的发展，无人职守变电站越来越普及，这就要求能够实现远程监控，以及实现各个系统之间的综合监控。随着智能电网规划的进行，未来智能变电站将成为主流，因而提供一种可以对变电站多方面状态进行综合监控的系统就显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明基于现有技术的不足，提供一种基于物联网和智能巡检机器人的配电网综合监控系统，通过采用物联网技术和智能巡检机器人，实现了对变电站和环网柜进行综合监控与自动巡检，有效地确保了配电网的安全运行。

本发明的具体方案是：基于物联网和智能巡检机器人的配电网综合监控系统，包括监测系统、智能巡检机器人和后台管理平台以及远程接收终端，其特征是：所述监测系统包括用于对变电站进行监测和管理的环境监测系统、防盗监测系统、消防监测系统、门禁管理系统和用于对环网柜运行状态进行监测的环网柜监测系统以及相关联动设备；监测系统将采集到的数据信息通过智能采集器实时传输至后台管理平台，后台管理平台发出控制指令，并通过智能采集器控制联动设备的工作动态；

所述智能巡检机器人在变电站内根据指定路径和巡检目标点进行自动巡检，实现对相关目标点的温度采集、红外成像和图像识别，并将采集到的信息传输至后台管理平台；

所述后台管理平台用于对采集接收到的数据进行集中分析和判断，将采集的数据与大数据库进行对比，分析预警可能发生的隐患，并将预警信息传输至远程接收终端。

本发明中所述环境监测系统包括安装在变电站内的六氟化硫检测仪、温湿度传感器和臭氧传感器；所述防盗监测系统包括用于非法入侵监测的网络摄像头和脉冲电子围栏以及红外对射传感器；所述消防监测系统包括光电感烟火探测器和明火探测器；所述门禁管理系统包括设置在变电站入口处的刷卡识别系统和语音提示器以及设置在变电站内、外一定设防区域内的若干个入侵探测器；所述环网柜监测系统包括安装在环网柜内的工业半球摄像头、用于对环网柜内带电接点温湿度进行测量的温湿度传感器和对变压器外壳温度进行测量的红外测温仪；所述联动设备包括安装在变电站内的灯光照明系统、除湿器、空调、风机和声光报警器及安装在环网柜内的除湿器和排风扇。

本发明中所述智能采集器包括处理器a、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、隔离模块a、隔离模块b和运算放大器以及a/d转换模块；所述开关量输入模块接收到的开关量信息通过隔离模块a传输至处理器a；所述模拟量输入模块接收到的模拟量信息依次通过运算放大器进行信号放大处理和a/d转换模块的模数转换后传输至处理器a;所述处理器a对接收到的信号进行处理，并通过隔离模块b向开关量输出模块发出控制指令，开关量输出模块输出开关量信息以控制各个联动设备的工作动态；在处理器a配置有rs485通讯接口，用以实现与后台管理平台之间进行信息交互。

本发明中所述智能巡检机器人上设有激光传感器、可见光传感器、红外传感器、车载温度传感器、车载高清摄像机、视频分析算法模块、处理器b、无线通讯模块a和驱动模块以及行走机构、升降机构、旋转机构，其中升降机构设置于旋转机构上，激光传感器、可见光传感器、红外传感器、车载温度传感器和车载高清摄像机均安装于升降机构的伸缩端；在后台管理平台设有无线通讯模块b；所述激光传感器、可见光传感器、红外传感器和车载温度传感器分别通讯连接处理器b；所述车载高清摄像机通讯连接视频分析算法模块，视频分析算法模块通讯连接处理器b；所述处理器b通过无线通讯模块a、无线通讯模块b实现与后台管理平台之间的信息交互；所述处理器b通过驱动模块实现对行走机构、升降机构和旋转机构的工作动态的实时控制。

本发明中所述后台管理平台配置有gprs通讯模块，远程接收终端选用手机，后台管理平台发出的预警信息通过gprs通讯模块以短信的方式发送至手机上。

本发明中所述后台管理平台内置有组态系统、配置系统、列表系统和采集分析系统；

所述配置系统包括配置信号的来源、所属的硬件关系；配置端口及信号的告警、告警屏蔽时间的设定和历史保存；配置操作人员的权限；配置数据库维护方案；配置界面风格及界面刷新率和数据库轮询时间；配置逻辑信号的层次关系；

所述采集分析系统根据配置进行数据采集，并将采集到的数据与大数据库进行对比，分析预警可能发生的隐患；

所述列表系统用列表的形式显示各个数据量的值，包含信号值、视频流、告警栏、历史记录查询栏、曲线显示、控制操作和打印报表；

所述组态系统以组态的表达方式显示各个数据量的值，包含信号值、视频流、告警栏、历史记录查询栏、曲线显示、控制操作、打印报表和语音报警。

本发明的有益效果如下：通过采用物联网技术和智能巡检机器人的自动巡检，远程实现并加强了对变电站现场的环境、防盗、消防、门禁和环网柜运行状态的集中检测与管理，从而达到对相关联动设备的实时调控，大大减小了工作人员的巡检强度，对故障隐患进行提前预防，并对所发生的故障迅速作出准确判断和处理，大大降低了维护成本，整体提高了监控系统的实用性、稳定性和安全性，确保了配电网的安全稳定地运行。

附图说明

图1是本发明的控制结构框图；

图2是本发明中智能采集器的控制结构框图；

图3是本发明中智能巡检机器人的控制结构框图；

图4是本发明中后台管理平台的软件构架图。

具体实施方式

参见图1，基于物联网和智能巡检机器人的配电网综合监控系统，包括监测系统、智能巡检机器人和后台管理平台以及远程接收终端；

所述监测系统包括用于对变电站进行监测和管理的环境监测系统、防盗监测系统、消防监测系统、门禁管理系统和用于对环网柜运行状态进行监测的环网柜监测系统以及相关联动设备；监测系统将采集到的数据信息通过智能采集器实时传输至后台管理平台，后台管理平台发出控制指令，并通过智能采集器控制联动设备的工作动态；

所述智能巡检机器人在变电站内根据指定路径和巡检目标点进行自动巡检，实现对相关目标点的温度采集、红外成像和图像识别，并将采集到的信息传输至后台管理平台；

所述后台管理平台用于对采集接收到的数据进行集中分析和判断，将采集的数据与大数据库进行对比，分析预警可能发生的隐患，并将预警信息传输至远程接收终端。

本实施例中所述环境监测系统包括安装在变电站内的六氟化硫检测仪、温湿度传感器和臭氧传感器，所述六氟化硫检测仪采用超声波声速测量与衰减法相结合，可定量、实时在线测量sf6气体浓度，克服了传统测量方法如负电晕放电法和卤素传感器法只能定性判别是否越限的缺陷，不能够准确得到气体中sf6的含量；所述温湿度传感器采用数字输出的温湿度模块，具有精度高、重复性好等特点，具体参数如下：①温度范围：-40～＋125℃，精度：±1%；②温度灵敏度：0.1℃；③湿度测量范围：0～99%，精度：1%；所述臭氧传感器采用进口传感器，测量精度高，输出性能稳定，使用寿命长，在硬件设计上采用先进的单片微机，减少外围部件，提高系统的可靠性和稳定性；能够实时监测环境臭氧值，抗干扰性强，且安装灵活方便，具体参数如下：①臭氧测量范围：0～100ppm；测量精度：±3%（25℃）；所述六氟化硫检测仪、温湿度传感器和臭氧传感器检测到的数据均通过rs-485总线上传至智能采集器。

所述防盗监测系统包括用于非法入侵监测的网络摄像头和脉冲电子围栏以及红外对射传感器；

所述消防监测系统包括光电感烟火探测器和明火探测器；所述光电感烟火探测器在正常情况下，大约每隔6秒指示灯会闪亮一下；光电感烟火探测器对周围环境中的烟雾浓度进行自动检测，并根据使用环境状况进行灵敏度自动补偿；当烟雾浓度接近报警值，光电感烟火探测器加快对烟雾浓度趋势进行智能运算，同时报警指示灯开始闪亮；若运算结果达到或超过报警值，光电感烟火探测器开始进行声光报警，并启动继电器输出。当周围环境的烟雾浓度降低到报警值以下时，光电感烟火探测器自动恢复正常工作状态。所述明火探测器用于检测火焰中的紫外线并予以警报。

所述门禁管理系统包括设置在变电站入口处的刷卡识别系统和语音提示器以及若干个入侵探测器；所述刷卡识别系统是利用非接触式智能卡代替传统的人工查验证件放行、用钥匙开门的落后方式，系统自动识别智能卡上的身份信息和门禁权限信息，持卡人只有在规定的时间和在有权限的门禁点刷卡后，门禁点才能自动开门放行允许出入，否则对非法入侵拒绝开门并输出报警信号；由于门禁权限可以随时更改，因此，无论人员怎样变化和流动，都可及时更新门禁权限，不存在钥匙开门方式时的盗用风险；同时门禁出入记录被及时保存，可以为调查安全事件提供直接依据。

所述语音提示器在侦测到使用门禁系统时，能在第一时间发出温馨提示、警报、问候语等语音，也可以根据不同的应用场合，随时更换不同的语音，达到不同需求的播放效果。

所述入侵探测器作为前端设备，设有多个，大量布置在变电站内、外一定设防区域内并以此构成入侵报警系统，用于探测非法进入或试图非法进入设防区域的行为，并向智能采集器发送报警信息。

所述环网柜监测系统包括安装在环网柜内的工业半球摄像头、用于对环网柜内带电接点温湿度进行测量的温湿度传感器和对变压器外壳温度进行测量的红外测温仪；所述工业半球摄像头采集的视频信息和温湿度传感器采集的环网柜内部的温湿度信息实时上传至智能采集器，当温湿度过高时，智能采集器控制相应联动设备中的除湿器启动工作，进行紧急降温降湿处理，从而实现了对环网柜内运行状态的全面监测和控制。

所述联动设备包括安装在变电站内的灯光照明系统、除湿器、空调、风机和声光报警器及安装在环网柜内的除湿器和排风扇。

所述灯光照明系统在检测到有人进入变电站内时，会在系统的控制下自动打开；或者在防盗监测系统发出报警信号的同时，为了能够快速看到入侵的现场情况，方便对现场情况处理，以及做到对报警现场情况进行快速录像，作为事故证据备用，也可以实现跟视频监测的联动，比如：当某一个防区报警后，立即自动联动本防区的网络摄像头转移到报警发生地点，方便值班人及时查看现场视频图像；如果报警发生在夜间，还可以自动联动报警防区的灯光，即立即打开灯光，使入侵者暴露在灯光之下，难以逃脱。

所述风机和空调在六氟化硫检测仪检测到室内六氟化硫气体超标或臭氧传感器检测到的臭氧气体超标时，均会在系统的控制下自动启动，并且系统会及时发出告警。

参见图2，本实施例中所述智能采集器包括处理器a、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、隔离模块a、隔离模块b和运算放大器以及a/d转换模块；所述开关量输入模块接收到的开关量信息通过隔离模块a传输至处理器a；所述模拟量输入模块接收到的模拟量信息依次通过运算放大器进行信号放大处理和a/d转换模块的模数转换后传输至处理器a;所述处理器a对接收到的信号进行处理，并通过隔离模块b向开关量输出模块发出控制指令，开关量输出模块输出开关量信息以控制各个联动设备的工作动态；在处理器a配置有rs485通讯接口，用以实现与后台管理平台之间进行信息交互。

参见图3，本实施例中所述智能巡检机器人上设有激光传感器、可见光传感器、红外传感器、车载温度传感器、车载高清摄像机、视频分析算法模块、处理器b、无线通讯模块a和驱动模块以及行走机构、升降机构、旋转机构，其中升降机构设置于旋转机构上，激光传感器、可见光传感器、红外传感器、车载温度传感器和车载高清摄像机均安装于升降机构的伸缩端；在后台管理平台设有无线通讯模块b；所述激光传感器、可见光传感器、红外传感器和车载温度传感器分别通讯连接处理器b；所述车载高清摄像机通讯连接视频分析算法模块，视频分析算法模块通讯连接处理器b；所述处理器b通过无线通讯模块a、无线通讯模块b实现与后台管理平台之间的信息交互；所述处理器b通过驱动模块实现对行走机构、升降机构和旋转机构的工作动态的实时控制。

智能巡检机器人在进行自动巡检时，可以根据指定的路线和巡检目标点进行自动巡检，巡检过程中不需要人工的介入和远程遥控，机器人将自动规划运动路径，自主移动到巡检目标点，完成设定的任务和动作。智能巡检机器人的工作原理如下：

智能巡检机器人通过激光传感器，利用激光探测方法构建一个廊道工作环境等比例的地图，即通过硬件上配置的激光传感器和软件的地图构建功能，完成对陌生工作环境的等比例地图绘制任务。智能巡检机器人在行走时，采用激光传感器和可见光传感器相结合的方式进行避障判断，当在行进方向上遇到障碍物时，智能巡检机器人能够通过激光传感器判断距离障碍物之间的距离，若距离障碍物之间的距离大于安全阈值，智能巡检机器人可自主规划路径并避开障碍物行走。若距离障碍物之间的距离小于或等于安全阈值，则视为不能通过，并将信息经过无线通讯模块a、b上传至后台管理平台，由后台管理平台进行预警。在此过程中，智能巡检机器人的行走动态由驱动模块驱动控制的行走机构来实现。

智能巡检机器人通过车载温度传感器对廊道内温度进行监测。当廊道内的温度超标时，工作人员通过远程或现场的后台管理平台操控智能巡检机器人到故障地点实地查看，近距离得到温度图像信息和温度数据信息，以帮助工作人员排查出廊道内存在的安全隐患。在此过程中，智能巡检机器人通过车载高清摄像机和视频分析算法模块对对现场视频及图片进行采集和分析，并且车载高清摄像机由升降机构控制实现上下运动，并由旋转机构控制实现左右旋转运动，真正实现三维全方位、无监测死角、近距离地进行高清视频图像的采集。

与此同时，智能巡检机器人通过通过红外测温传感器，对红外能量的测量，能够准确获得物体表面的温度，同时通过热成像技术，还能看见清晰的热成像图，可以及时发现设备发热缺陷，将发热缺陷消除在初始状态，这是保证设备安全稳定运行、降低检修成本、减少事故发生、避免被迫停电的关键。

本实施例中所述后台管理平台配置有gprs通讯模块，远程接收终端选用手机，后台管理平台发出的预警信息通过gprs通讯模块以短信的方式发送至手机上。在手机上装有配套的app软件，当有异常情况发生时，后台管理平台会将预警信息发送至手机，工作人员通过app软件实时查看各个权限内的配电站的情况，从而大大减小了工作人员的巡检强度，加强了对配电站的环境、防盗、消防、门禁和环网柜运行状态的集中监测与管理，从而确保了配电网的安全运行。

参见图1，本实施例中所述后台管理平台分为硬件部分和软件部分，其软件部分的构架如图4所示，分为组态系统、配置系统、列表系统和采集分析系统；

所述配置系统包括配置信号的来源、所属的硬件关系；配置端口及信号的告警、告警屏蔽时间的设定和历史保存；配置操作人员的权限；配置数据库维护方案；配置界面风格及界面刷新率和数据库轮询时间；配置逻辑信号的层次关系；

所述采集分析系统根据配置进行数据采集，并将采集到的数据与大数据库进行对比，分析预警可能发生的隐患；

所述列表系统用列表的形式显示各个数据量的值，包含信号值、视频流、告警栏、历史记录查询栏、曲线显示、控制操作和打印报表；

所述组态系统以组态的表达方式显示各个数据量的值，包含信号值、视频流、告警栏、历史记录查询栏、曲线显示、控制操作、打印报表和语音报警。