基于巡检机器人的通信控制系统设计与分析资料下载.pdf
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采集变电站的工作设备声音,分析并上传基站声音状态依据GPS、激光雷达、超声雷达数据等,自主规划路径、巡检,并上传机器人运动状态。
变电站巡检机器人是一个多动作、多任务、多控制设备的复杂系统。
由于变电站工作地点的特殊性,基站和移动站的大量信息交互工作,还必须对其实施远程的可靠控制,于是选择了一套基于无线网络的多级通讯控制系统的设计方案。
3通信系统的总体结构图1为变电站巡检机器人的通信控制结构总图。
整个通信结构由无线局域网通信和多级控制通信组成。
在无线局域网的构成中,使用两套无线网桥组成了无线局域网的主要通信设备。
其符合IEEE802.11b国际标准,完全兼容现有的局域网络环境。
使用国际公开的ISM2.4GHz微波频道通信2,速率最高达11Mbps,与普通局域网有线连接速率无异。
并且抗干扰及信息保密性高,设有40/128-bitWEP加密,SNMP鉴定许可访问权。
发射性能为RF输出功率20dBM(最大),频率稳定性25ppm,传输基于巡检机器人的通信控制系统设计与分析*ArchitectureDesignandAnalysisofCommunicationControlSystemontheIntelligentMobileRobot李向东,厉秉强(山东鲁能智能技术有限公司,山东济南250002)试验研究摘要:
详细分析设计了多级控制通信系统的软硬件实现方法。
介绍了变电站巡检智能移动机器人的系统结构、无线扩频技术。
在变电站的强电磁干扰环境下成功地利用无线技术实现了机器人路径规划精确定位和机器人实时巡检的功能。
关键词:
变电站;
机器人;
无线局域网;
红外热像仪;
串口网关Abstract:
Thepaperparticularlyanalyzesthehardware&
softwareprincipleofthemulti-levelcontrolcommunicationsys-tem.Itintroducesthesystemarchitectureoftheintelligentmobilerobotforsubstationinspectionandthewirelessampli-fiedfrequencytechnology.Byusingwirelesstechnology,therobotcanaccuratelylocatethepathlayoutandconductreal-timeinspectioninthehighelectromagneticinterfererenvironmentofsubstation.Keywords:
Substation;
Robot;
WirelessWAN;
InfraredThermalImagers;
SerialPortGateway中图分类号:
TP24文献标识码:
B文章编号:
1007-9904(2005)06-0003-04*本文由国家863计划资助(项目编号2002AA420110-3)3山东电力技术SHANDONGDIANLIJISHU2005年第6期(总第146期)距离可达30km/11Mbps,满足机器人移动范围的要求。
因此,它们的性能完全符合使用要求。
机器人本体上需要GPS进行精确定位,这需要GPS进行差分处理得到精确的定位数据,普通的GPS接收机多是使用串行口RS232进行差分处理,这里采用了串口网关实时传输数据的方案。
是由两台串口网关设备联网服务器组成,串口网关连接成点对点的结构模式,完全满足GPS实时差分的要求,达到精确定位的目的。
串口分配器有效的为机器人本体的多个串口通信控制设备提供了方便可行的接口;
另一方面它以本地控制计算机作为控制服务器借助搭建的无线局域网,接受远程基站监控的控制命令;
可见光摄像机的控制可以利用云台解码器的控制接口直接控制摄像机的镜头;
整个通信控制系统构成了一个多级的通信控制网络。
由此,实现了机器人本体移动的目的,实现了各种串行口设备的控制。
串行口的选择简化了设备的接口,大大简化了研发的周期,精简了系统,易于机器人的产品化进程。
4机器人本体通信系统的硬件体系结构机器人本体上的通信控制系统以一台工业控制计算机为核心,在机器的内部串行通信分配器的接口上,共连接了五台串口设备。
如图1所示,这些串口设备直接和控制计算机进行相连接。
以驻留在控制计算机中的服务程序实现各个设备的实时控制和调节。
需要后台实时分析的数据可以通过无线局域网直接传输到基站,视频服务器的连接方式实现了红外热像仪采集的要检测设备的图像实时传输到基站的目的。
红外图像的分析需要占据相当大的计算量,视频服务器的引入减少了控制计算机的计算分析的工作量,提高了工作的速度。
这样形成了机器人控制的独立工作的特性,其中工控机作为唯一的控制通信主机。
4.1无线局域网工作方式机器人系统中的基站和移动站的主要连接设备是无线网桥(如图1所示)。
移动站的无线网桥主要通过SwitchHUB连接了移动控制计算机、视频服务器、串口网关等设备。
基站的无线网桥也是通过SwitchHUB和基站控制计算机、串口网关等设备连接。
连接到无线局域网中的这些设备都直接分配了IP地址,实现了设备之间的点对点通信。
本机器人的主要控制体是移动控制计算机,通信控制接口主要提供RS232接口进行数据通信和控制。
4.2监视、检测的控制通信系统通信系统是机器人能够赖以运行的“神经脉络”,通信系统的正常运行直接影响机器人的行为和规划动作。
该系统按通信系统来划分主要分为云台控制通信、可见光监视控制通信和红外检测控制通信三个部分,这三部分通过移动站控制计算机的软硬件控制结合成一个有机的整体(如图2所示)。
云台的使用要求具有预值位的功能又可以具有手动控制参与,目前使用的云台,水平旋转达到0330垂直旋转可以达到0360,云台置于外露的检测位置,防护要求较高,该云台的防护级别达到IP66,达到室外工作的工业防护级别。
云台解码器图1变电站巡检机器人控制结构图4山东电力技术SHANDONGDIANLIJISHU2005年第6期(总第146期)使用,其功能强大可以达到多预值位的要求,使用曼码控制误码率降低、抗干扰性能提高。
使检测工作更能方便的实现。
可见光摄像机的控制信号主要是光圈、聚焦、调焦的通信控制。
设备的光圈、聚焦采用自动控制。
为了有效利用资源,直接将调焦控制编码和云台控制编码统一制定协议控制。
这样只需将解码器的LENSCOM和ZOOM同摄像机的控制调焦的接线端子连接即可。
视频传输经过控制计算机分析可以传输到基站进行处理。
红外热像仪作为主要的检测设备,其视频信号要求满足实时性,主动上报到基站,控制信号主要由变倍、调焦、温度范围、补偿等组成。
这里使用外挂网络视频服务器的方案,将红外热像仪的实时采集的信息以PAL的信号模式传输到网络视频服务器,由其转换成数字图像信号直接通过无线局域网络传输到基站分析处理。
其控制通信使用移动控制计算机上运行的控制服务器程序,由串行端口直接控制红外热像仪的变倍、调焦、温度范围、补偿等信号。
此硬件结构方案的设计,节约了移动站控制计算机的资源,提高了其计算效率。
外挂视频服务器更有利于红外图像的实时传输。
控制信号集中在控制计算机上,有利于开发和维护。
4.3机器人状态数据采集通信系统本机器人需要多种外部数据的采集提供,通过数据信息融合分析才能确定运动状态,使机器人正常行驶。
机器人的数据采集采用松耦合的方式,使用不同的采集方式,在允许的范围内机器人可以随意增加减少传感器的数量。
如图3所示,机器人外部环境数据有多种信号数据,比如激光雷达、GPS、超声等数据信息需要采集。
这些信息由串口RS232直接接入多串口卡分配器主动上报到移动控制计算机。
机器人本体的传感器信息设计为模拟量输出,有A/D卡采集到控制计算机进行综合分析。
计算机设有总体控制的软件,综合分析的结果可以通过串口或者I/O输出控制信号,调整车体运动状态实现机器人的正常运动。
5通信系统的软件5.1机器人的通信协议为了机器人规范的控制和方便的设计软件,制定了基于该机器人的串行通信协议和无线局域网数据通信协议。
5.1.1命令协议结构控制器发给主机或机器人的操作命令。
其中:
校验字XOR=START+COMMAND+P1+P2START-命令起始字,规定用0xAACOMMAND-命令字,不同命令使用不同命令字,0xC0-0xFEP1,P2-PARAMETER,命令参数。
5.1.2响应协议结构主机和机器人对控制器命令的简单响应及机器人基本状态传送。
XOR=RESPONSE+S1+S2+S3RESPONSE-响应字,规定用0xA5S1,S2,S3-STATUS,状态字0x01-0xFE,分别代表各种状态5.2机器人无线局域网通信协议无线局域网编写传输程序的过程中,数据是进行流传输。
为了数据的实时性和数据分析的准确图2变电站巡检机器人的监视、检测系统连接图图3状态数据采集通信系统结构STARTCOMMANDP1P2XORRESPONSES1S2S3XOR5山东电力技术SHANDONGDIANLIJISHU2005年第6期(总第146期)数据类型时间戳数据大小数据源目的地址校验性、减少数据的遗漏的数量,在传输数据之前,需要进行传输的握手通信。
依据这种要求制定了握手通信数据和数据传输两种通信数据结构。
(1)握手通信数据结构
(2)数据传输结构在使用握手通信接收完成之后,进行基站和移动站对时得到确认后,再进行数据传输,数据传输结构依据数据方式进行数据分析。
5.3协议特点串口控制协议主要针对控制信息进行数据的分析,无线局域网数据传输数据协议针对数据3。
串口控制协议的串头用来表示控制数据传输的开始,校验位能保证数据传输的正确性。
该协议采用了定长的帧格式进行数据通信,整个数据报文共有5个字节。
校验字为一个字节,它是前面四个字节的异或累加和。
接收数据的累加和同校验字的比较的真假值作为接收数据的正确性,为假表示数据传输出错,返回数据状态(即响应字)依据响应结构协议,提示对方重发数据。
同样的道理,无线局域网数据的传输也需要握手通信协议通过之后,再传输需要分析的数据。
否则返回握手通信不成功的状态,需要对方重发数据。
5.4机器人通信控制的软件设计图4是变电站巡检机器人通信控制软件系统的数据流图。
由图中可以看出,该机器人的通信软件系统设计是一个非常复杂的软件工程。
在各种视频、音频、状态、控制的数据流中存在着千丝万缕的联系。
为了简化开发过程的复杂性,易于开发,实现程序的模块化思想,这里引入了实时数据库的概念。
使用动态链接库创建实时数据暂存区域,这个实现的数据交互的区域我们称为实时数据库。
在通信的实时主动更新的数据的情况下,实现了各个执行模块之间的数据交互功能。
为了存储机器人的各种状态、控制、视音频的历史数据和异常情况的现场保存,采用了历史数据库。
该数据库使用Orical构建,其具有C/S(客户/服务)的功能。
方便了基站和移动站之间的历史数据的通信。
有利于异常情况的各种状态数据现场的保存。
6结论在本机器人系统中,利用了无线局域网技术,成功的提高了数据在无线传输中的抗干扰性能;
11Mbps的带宽保证了系统数据传输的稳定性;
数据传输协议的制定方便了软件的开发;
实时数据库的引入增强了数据传输的实时性能。
无线网桥和移动站控制计算机组成了该机器人系统的多级控制系统,成功的实现了这一复杂的机器人系统的总体控制体系,同时无线扩频技术结合GPS定位系统申请了国家实用新型专利。
参考文献:
1殷波.邓恒.樊大伟.。
基于条码技术的变电站巡检系统J.继电器2002,10(10):
58-622黄昌明,韩九强。
基于无线通信的远程监控系统研究数据类型时间戳数据大小数据校验图4变电站巡检机器人软件体系结构及数据流图6山东电力技术SHANDONGDIANLIJISHU2005年第6期(总第146期)图15032电流互感器C相永久接地故障一次系统情况0前言目前我们安装和更换老化保护屏时采用的微机保护技术发展较快,对其中的原理及安装技术必须熟练掌握,尤其是互感器TA的二次接入方式。
通常按照调试大纲要求微机保护采用断路器附加、套管TA的极性为12点组别,即以母线为正,TA的P1指向母线,TA的二次输出为减极性,对于3/2断路器接线方式应该以被保护设备的两侧母线为正,TA的二次输出为减极性取其和电流,虽然母线保护故障时故障潮流指向母线,但RCS-915、BP-2B微机母线装置要求与内部原理统一与上面的一样,既TA二次输出为减极性12点组别,仍然符合克希可夫第一定律,其动作过程完全符合系统情况。
这里介绍的为因互感器二次错误接线造成继电保护装置发生的异常造成电力系统事故,例如中性点、公共绕组TA的二次接线与保护原理的不统一,发生继电保护异常及事故的教训。
1问题的提出TA的二次接线极性必须符合继电保护的要求,以下面2次事故为例。
2001年6月17日500kV日照站500kV5032断路器C相TA发生永久性接地故障:
500kVII母线两套母线保护RADSS/S、BP-2A动作;
蒙照线线路保护两侧LFP-901A、CSL-101A动作;
蒙照线允许式通道FOX-40、STK-01开放,日照站LFP-925故障判别装置动作。
继电保护动作联系如图1示,继电保护动作行为分析如下:
电流互感器二次接线引起变压器电抗器保护误动作的分析及对策AnalysisandCountermeasuretoTheMalfunctionofTransformerandReactorsProtectionDevicescausedbytheTAsmallwiring闫大振,卢志鹏(山东电力超高压输变电分公司,山东济南250021)摘要:
针对500kV变压器、电抗器继电保护使用了中性点及公共绕组电流互感器,产生由于二次接错线引发保护误动作,根据自己的实践经验,提出行之有效的措施。
电抗器;
变压器;
互感器要求;
对策Abstract:
Inaccuratesmallwiringcausestheprotectivedevicesmalfunctionbecause500kVtransformerandreactorspro-tectivedevicesusetheTAplacedattheneutralpointandcommonwinding.Onthebasisofpracticalexperience,aneffectivemeasuretosolveitisputforward.Keywords:
reactor;
transformer;
transformerrequest;
countermeasure中图分类号:
TM774文献标识码:
1007-9904(2005)06-0007-04J,计算机自动测量与控制,2001,9(6):
14-16.3RamiroJordan,ChaoukiTAbdallah.Wirelesscommu-nicationsandnetworkingJAnOverview.IEEEAntennasandPropagationMagazine,2002,44
(1)作者简介:
李向东(1976-),男,工程硕士在读,工程师,研究领域:
机器人的通信与智能控制,电力设备红外检测技术。
(收稿日期:
2005-06-14)!
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- 基于 巡检 机器人 通信 控制系统 设计 分析