超高压带电清扫机器人控制系统设计与研究

摘要

我国西北地区多风沙、少阴雨，绝缘瓷瓶容易积累污垢，从而发生“污闪”事件，严重影响电力系统的安全运行。因而必须对变电站内的绝缘磁瓶进行定期清扫，以避免“污闪”事件的发生。在国家863项目的资助下，课题组从2002年开始研制带电清扫机器人，经过长期的努力，机器人的研制取得初步成效，解决了很多技术难题，制作出第一代样机(HVCR-Ⅰ)并成功地在兰州某220/330kV变电所进行了现场带电清扫试验。在第一代样机研制基础上，课题组又研制了第二代超高压带电清扫作业机器人(HVCR-Ⅱ)。第二代样机较第一代结构有了很大的改变，性能也有了很大提高。 本论文主要阐述了第二代样机的控制系统及功能设计，并对系统的主要机构—作业平台的控制进行了设计和研究，最后介绍了关于机器人使用性能的一些相关试验。 文中首先介绍了超高压带电清扫机器人的系统结构组成，包括机械机构和液压系统，以及功能设计要求；然后根据功能设计要求，设计了系统的控制系统。系统采用了上下位机交互式控制系统，下位机的主要功能是控制功能的实现，上位机的主要功能是对下位机进行监控。文中详细论述了下位机PLC控制系统的设计，包括硬件的选型与组建，机器人移动、作业、调平等各个控制功能的实现及相关问题研究；然后本文论述了引入上位机控制系统的主要作用，详细阐述了以S12单片机为核心的上位机控制的系统的组成，外围器件的设计和功能实现；讨论了上下位机的通讯和控制功能的实现。 作业平台是系统的主要功能部分，平台的升降机构采用了双层剪叉式升降机构和接力式驱动设计，大大提高了系统的绝缘性能，但平台运动速度稳定性较差。本文对升降平台的运动进行了详细的分析研究，并利用PID和液压控制方法分别对上下层升降平台的运动进行控制，取得了良好的效果。同时本文对平台作业的主要功能—自动清扫功能进行了设计和实现，并且能够在样机上稳定运行。 论文最后对机器人的各项性能进行了试验研究，包括高电压绝缘性能试验、清扫毛刷旋转测试、自动清扫试验以及平台自动调平试验。