基于人机交互系统的电气自动化设备安装及控制.pdf

2023年第45卷第4期第58 页文章编号：1 0 0 5-7 2 7 7(2 0 2 3)0 4-0 0 58-0 4基于人机交互系统的电气自动化设备安装及控制电气传动自动化ELECTRIC DRIVEAUTOMATIONVol.45,No.42023,45(4):5861滕建华（寰宇东方国际集装箱（宁波）有限公司，浙江宁波3 1 51 0 0）摘要：室内电力电气设备的建设与安装是电力系统工业的重要组成部分，需要安装的设备往往质量大、精度高。因此，利用现有的新兴信息和通信技术，构建人机交互平台，对室内电力电气设备和电气系统的安装具有重要意义。针对当前物联网系统迅猛发展的背景，设计了一套基于云在线决策、边缘计算辅助远程数据处理与监控、智能机器现场高精度运行的室内电气设备安装解决方案，解锁了安全避碰和系统通信调度逻辑等关键功能。该系统将极大地填补当前电力行业设备安装工程领域的智能化空白。关键词：人机交互；电气自动化安装；室内电力；物联网中图分类号：TP242.2Installation and Control of Electrical Automation Equipment Based(Dong Fang International Container(Ningbo)Co.,Ltd.,Ningbo 315100,Zhejiang,China)Abstract:The construction and installation of indoor power electrical equipment is an important component of thepower system industry,and the equipment that needs to be installed is often of high quality and accuracy.Therefore,utilizing existing emerging information and communication technologies to build a human-machineinteraction platform for the installation of indoor power electrical equipment and systems is of great significance.Against the background of the rapid development of the current Internet of Things system,a set of indoor electricalequipment installation solution based on cloud online decision-making,edge computing assisted remote dataprocessing and monitoring,and high-precision operation of intelligent machines on site is designed,which unlockskey functions such as safe collision avoidance and system communication scheduling logic.This system will greatlyfill the intelligent gap in the current field of equipment installation engineering in the power industry.Key words:Human-computer interaction;Electrical automatic installation;Indoor electricity;LOT文献标志码：Aon Man-machine Interaction SystemTENG Jianhua目前,通过人机交互、人工智能（AI)和物联网(LOT)技术,集成环境感知、定位与映射、定位与导航、最优控制与路径规划等算法已经广泛应用于各行业的生产领域。与此同时，第五代移动通信、边缘计算等新兴的信息通信技术将工业智能化生产能力提高到了一个新的水平。室内电力电气设备的建设与安装是电力系统工业的重要组成部分，需要安装的设备通常质量大(大于1 t)、精度高（小于1 cm），但目前，它们的安装工艺仍然依赖于人工完成。在此背景下,利用现有的新兴技术，构建人机交互智能终端和物联网平台,用于室内电力设备和电气系统的安装，对于终端安装机器人的智能感知能力、数据远程处理和基于这些技术的云决策，对提高安装效率和减少安装事故具有重要意义 1-5。基于以上研究发现，目前，设备智能化安装的相关研究已经在许多行业得到推广，但是关于电气设备的安装，特别是室内电力电气设备的智能2023年第4期滕建华基于人机交互系统的电气自动化设备安装及控制59.化安装方法和系统设计的研究报道很少。针对当前通讯科技（ICT)迅猛发展的背景，将人机交互和物联网技术融人到室内电力电气设备的安装过程中，设计了一套基于云在线决策、边缘计算辅助远程数据处理与监控、智能机器现场高精度运行的室内电气设备安装解决方案，解锁了安全避碰和系统通信调度逻辑等关键功能。该系统将极大地填补当前电力行业设备安装工程领域的智能化空白。1室内电气自动化设备需求分析1.1行业状况当前有一些基于电气自动化设备系统智能化安装的相关研究，但研究的立足点相对比较零散。有学者试图在解决风力涡轮机安装方面做出一些努力，并为大型安装设施设计了具体的智能控制过程；还有学者试图设计一个配备智能控制器和通信模块的高压双电源开关系统，国内有研究提出了一种高压变电站现场智能安装方法，并考虑了电磁干扰问题，为电力系统监测提供了一个多通道传感器智能安装平台；国外有研究专注于智能辅导系统，以支持电力安装项目的发展，并使实践知识可以通过一种易于传播的方式形式化 6-1 0 如上所述，当前我国电力工业发展迅速，但其建筑技术的发展与行业快速发展的预期势头不相称。电力系统的室内安装施工仍然是一个劳动密集型行业。另一方面，随着机器人技术的飞速发展，各行各业出现了“机器更换”的热潮。近年来，电力系统也进行了大量的投资开展机器人技术研究，并应用于电力系统检测、电力服务网络查询等领域。1.2需求分析从技术角度来看，须配置基于激光定位技术的系统来获取环境信息，并在此定位技术的基础上，设计工作机器人运动过程中的粗定位与终端精定位相结合的规划调度系统。调度系统必须能够完成基于即时定位与地图构建（SLAM)技术的快速自我测绘，支持用户自行更改站点，并提供测绘界面。该系统能够支持多机调度、终端任务分配和状态显示，同时支持地图信息和补充信息的数据库管理。考虑到机器人在野外作业过程中的运动参与，系统需要在控制机构设置中基于运动学和动力学建模，开发相应的算法，以保证机器人在作业过程中高速运动时的稳定性。最后，作为一种支援现场施工作业的系统，它还需要支援人机交互,并能够在自动操作和手动操作模式之间切换。从功能上看，系统要满足施工过程中的安全要求，且操作方便，从而实现无人值守的操作过程。确保该机器人在-1 0 至40 的正常工作温度下，电池寿命至少为6 h，每天可以保证8 2.5t已安装设备的处理周期。2电力电气自动化设备安装系统设计2.1人机交互调度系统从宏观上看，调度系统应该能够实现机器人的任务调度和路径规划。其中,机器人任务调度就是与机器人通信，从闲置的机器人中选择一个引导机器人按照一定的路径完成运输功能；实时路径规划即根据所选机器人的位置和目标站的位置对机器人进人的路径进行最优应答，引导机器人规划路径完成运输功能。从微观角度看，调度系统应能实现状态查询、任务查询、任务发布、字符修改或取消、任务状态报告、现场寻呼接口、设备状态监测7 项功能。具体来说：（1)状态查询：主要实现机器人状态的查询，包括当前位置、运行速度、运行方向、运行状态（是否受障碍物影响)传感器状态、对接机构状态、扩展输入输出端口状态、电池电压等。(2)任务查询：电力运行维护系统查询调度系统中当前正在执行或排队执行的任务信息，包括任务标识号、任务类型、任务优先级、任务详细信息和任务执行状态等。（3）任务发布：电力运行维护系统将任务信息60电气传动自动化2023年第4期发送到调度系统，调度系统将任务标识返回到运行维护系统，包括任务类型、任务优先级和任务细节等。（4)字符修改或取消：只要任务尚未执行，操作和维护系统就可以通过修改或取消任务接口来操作该任务。(5)任务状态报告：当机器人成功完成任务或由于特殊原因无法完成任务时，调度系统将任务执行结果报告给操作维护系统。(6)现场寻呼接口：将现场的一些设备信号作为寻呼信息进行响应，或者将现场的手动按钮作为寻呼信息进行响应。(7)设备状态监测：监测机器人的工作状态和任务信息，并用图形界面显示机器人的行进路线和位置信息。任务信息历史，机器人工作状态日志查询等功能。2.2系统安全策略系统的安全策略主要体现在操作机器人的安全控制中，其中防碰撞是安全策略的主要任务之一。该机器人采用避障传感器、安全触手、手动紧急制动手柄三级安全保护机构，保证自身及相关设备实时处于安全状态。当机器人在行进方向上发现障碍物时，机器人会自动减速并停止前进，障碍清除后，它会自动恢复行走。采用进气道面积扫描传感器，最大探测距离为3 m。三个不同的距离可以设置为减速区域、刹车区域和紧急制动区域（例如，减速在1 m至2 m的距离，停车在0.5m至1 m的距离和紧急制动小于0.5m）。机械开关式安全触手安装在机器人的前后方向的底部。当避障雷达发生故障时，如果安全触手碰到障碍物，它将强制切断机器人驾驶组的工作电流，实现紧急制动，避免事故发生。安全避障的工作原理主要是平扫模式，如图1(a)所示。智能机器人采用自然导航方式,在所述机器人的下方安装有专门为所述机器人配置的多线扫描传感器，并配置有双目摄像机以协助进行路径规划。当它工作时，导航扫描仪将首先扫描该地区是否有障碍物。如果有障碍物,速度可以根据图1(b)中的扫描色块进行调整，直到车辆最终停止。(a)(b)（a）扫描区域内是否有障碍物；（b）根据图中的扫描色块调整速度，直到车辆最终停止图1 安全避障原则3通讯系统与人机交互操作设计3.1通讯系统设计车载调度系统通过IEEE802.11b协议接收调度信息，同时，其他可以转换为动作的星载模块总是有数据交互。导航系统和机器人蓄电池充电站不断为机器人操作过程提供数据支持和服务支持。图2 显示了使用负载量和接受量的折线图。1200一.一负载量一一接受量1000-800-60040020003.2人机交互操作设计通信系统的结构如图3 所示。人机交互系统电气自动化设备安装的操作过程可以描述为以下步骤：a.现场人员应将电柜卸至指定区域，按要求放置，操作人员应通过手持终端发出操作指令。b.该命令从无线通信系统传输到终端控制系统，终端控制系统接收该命令并指令机器人控制系统执行该任务。20图2 使用负载量和接受量的折线图4060801002023年第4期滕建华基于人机交互系统的电气自动化设备安装及控制61c.接收到任务命令后,机器人控制系统控制底层驱动单元根据计划路径执行任务命令。d.机器人从待机区开始，按照计划的路径行进到指定的电器柜所在的工作站，通过电器柜顶部的工具自动提升电器柜。e.按计划路线驱动到变电站，并将电器柜放置在任务说明书中指定的安装位置。这是一个机器人的自动转移过程。f.在机器人完成任务后，如果有新的命令，机器人将继续执行，直到没有任务命令发出；如果没有新的命令，机器人将返回待机区域并等待任务命令。生产线控制管理AGV调度控制器远程I/O自主移动地面导航系统APAPAP自主移动自主移动机器人#1机器人#2图3 通信系统结构4结论本文提出了一种基于人机交互系统和物联网的室内电气自动化设备安装系统解决方案。该系统能够实现室内电气设备安装过程中的独立定位导航、环境感知、背景大数据处理和云在线监测,有效地提高施工效率、减小危险性和故障预测及远程解决。参考文献1J Lin,C Lin,L Pan,Z Chen,J Yu,and Y Chen.Designof intelligent detection system for artificial installationof automobile parts C/IEEE 4th Advanced InformationTechnology,Electronic and Automation Ccontrol Conference(IAEAC),2019.2 M Kim,J Park,K Lee,S Lee and J Choi Optimum Designof Cooling Fan Considering Experimental Method forThree Phase Induction Motor c/2020 23rd InternationalConference on Electrical Machines and Systems(ICEMS),2020:1220-1224.3P Ostojic,R Yabiku,J Vico,P Lopes and A Balista.Improving the usage of temperature sensors for motorthermal protection C/2012 Petroleum and ChemicalIndustry Conference(PCIC),2012:1-7.4高旺，杨飞.使用具有互锁传感器的Arduino安装：照明和声音模块介绍 J.电气安装技术，2 0 1 7,1 0(0 9):2 1-2 2.5李斌.低碳汽车电气化推进系统的热管理 J.电力系统保护与控制,2 0 1 7,0 7(1 9)：3 4-3 7.6S Suhono,H Purnamal,H Utomo.Ground Fault Protectionusing Open Break Delta Grounding Transformer inUngrounded 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