鏡像動態(tài)裝置對工具管理與檢測技術(shù)研究與應(yīng)用

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司德宏供電局 李勁松

電力工具的管理是保障電力生產(chǎn)安全的重要組成部分，帶電作業(yè)工具的管理更為重要。現(xiàn)階段對于帶電作業(yè)工具的管理較為粗放，環(huán)境實現(xiàn)的是最基本的溫濕度控制，工具的出入庫管理較為混亂，無法做到精細(xì)化，大多情況下需要“人”的配合與干預(yù)，沒法做到真正的無人值守。工具管理人為干預(yù)環(huán)節(jié)越多，出問題的風(fēng)險越高，對于帶電工具管理缺少有效、安全、高效、智能、環(huán)保的手段和方法，目前大多采用RFID射頻技術(shù)對工具管理，此方式的識別率差、標(biāo)簽易脫落、易損壞等，工作人員需經(jīng)常更換新標(biāo)簽，寫入新數(shù)據(jù)，造成重復(fù)工作、也起不到對工具的有效管理與監(jiān)督作用[1]。

1 國內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

目前國內(nèi)對帶電作業(yè)工具的管理與檢測方式為人力參與為主，大多用RFID射頻管理帶電作業(yè)工具，需先建立臺賬庫，對電子標(biāo)簽進(jìn)行人工掃描寫入，標(biāo)簽受電磁、污染、碰撞等影響較大，易造成不能正常讀取數(shù)據(jù)；不同的工具，標(biāo)簽的固定容易脫落，有一定的誤掃率、多個工具借出時，掃描影響大，做不到精準(zhǔn)掃描；RFID電子標(biāo)簽受金屬干擾大，穩(wěn)定性不強(qiáng)；人員拿工具頻繁經(jīng)過射頻的磁場下，長期對身體有一定的影響。國內(nèi)外RFID射頻識別讀取與電子標(biāo)簽沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各自按自己的規(guī)格設(shè)計，通用性差；RFID技術(shù)對電子標(biāo)簽要求環(huán)境很高，帶電作業(yè)的環(huán)境，容易造成標(biāo)簽的失效，電子標(biāo)簽本身對方向性也有要求，無論如何調(diào)整，都存在3%的漏識別率。電子標(biāo)簽屬于較為“嬌氣”的產(chǎn)品，價格不低，帶電作業(yè)工具不是一次性工具，帶電作業(yè)過程中碰撞、沾污等在所難免，也就造成了電子標(biāo)簽的頻繁報廢，電子標(biāo)簽里面寫入的工具信息報廢，實際工具沒有報廢，這對工具的管理上建立了一個大的漏洞，要解決，就要人為的操作處理；無法提高工作效率、也無法保障帶電作業(yè)的安全性[2-3]。

本項目針對于目前國內(nèi)外的工具管理與檢測的技術(shù)進(jìn)行了調(diào)查、研究，通過鏡像裝置對帶電作業(yè)部分工具樣品進(jìn)行了管理試驗，鏡像對樣品的識別與辨認(rèn)試驗達(dá)到預(yù)想效果，工具樣品辨識響應(yīng)速度快、靈敏度高、無需人干預(yù)?，F(xiàn)提出了鏡像動態(tài)裝置對工具進(jìn)行管理與檢測裝置，將針對性解決現(xiàn)有帶電作業(yè)工具在管理與檢測需要粘貼二維碼、電子標(biāo)簽來作為識別源，要人為的輔助操作的弊端、掃描效果差、浪費資源、勞動強(qiáng)度大、影響職業(yè)健康等問題。能有效提升帶電作業(yè)工具在無人輔助操作下的管理與檢測效果，保障帶電作業(yè)的安全性，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 研究的必要性

目前，對帶電作業(yè)工具環(huán)境與管理方法主要為手工臺賬、二維碼標(biāo)簽人工掃描、RFID射頻掃描。存在以下缺陷及不足。

2.1 手工臺賬

記錄不規(guī)范，隨意性強(qiáng)，不易保存，不能形成一套成體系的借出、歸還記錄，人為成分太多，屬于被動性臺賬記錄。

2.2 二維碼標(biāo)簽人工掃描

標(biāo)簽易損壞，重復(fù)打印，掃描為人工操作，需要一件一件的借出，一件一件的歸還，費時費力。

2.3 RFID射頻掃描

需先建立臺賬庫，對電子標(biāo)簽進(jìn)行人工掃描寫入，標(biāo)簽受電磁、污染、碰撞等影響較大，易造成不能正常讀取數(shù)據(jù)；不同的工具，標(biāo)簽的固定容易脫落，有一定的誤掃率、多個工具借出時，掃描影響大，做不到精準(zhǔn)掃描；RFID電子標(biāo)簽受金屬干擾大，穩(wěn)定性不強(qiáng)；人員拿工具過頻繁過射頻的磁場下，長期對身體有一定的影響。

因此，研制出新型、便捷、安全、穩(wěn)定的鏡像動態(tài)裝置對工具進(jìn)行管理與檢測系統(tǒng)設(shè)備，能解決當(dāng)前帶電作業(yè)工具細(xì)微化管理與檢測的瓶頸，提高帶電作業(yè)工具管理與檢測方面的安全性、高效性、節(jié)能性、環(huán)保性，降低作業(yè)人員勞動強(qiáng)度，提升作業(yè)風(fēng)險管控能力。本設(shè)備具有自動化程度高、操作便捷、通用性強(qiáng)、節(jié)能高效、作業(yè)成本低、清除無損壞等特點，能有效解決變電站戶外設(shè)備帶電清除覆冰作業(yè)問題。隨著電網(wǎng)智能化的提升，保障智能電網(wǎng)運(yùn)行的管理手段也需要不斷的提升，因此，研究先進(jìn)的帶電作業(yè)工具環(huán)境與管理的方式，將為以后電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供重要保障。

3 主要研究內(nèi)容

3.1 主要技術(shù)內(nèi)容

3.1.1 鏡像動態(tài)裝置對工具管理與檢測技術(shù)研究

鏡像動態(tài)裝置對工具管理與檢測在帶電工具存放的庫房里面進(jìn)行，庫房的大小各不盡相同，由于帶電作業(yè)對時間與安全要求極高，因此帶電作業(yè)任務(wù)下達(dá)后第一時間帶適合的帶電工具要求嚴(yán)格。本系統(tǒng)采用后臺程序遠(yuǎn)程操作鏡像動態(tài)裝置設(shè)備的方式，根據(jù)不同電壓等級、不同作業(yè)方式的作業(yè)現(xiàn)場，按照提前預(yù)設(shè)參數(shù)與工作環(huán)境、按工作票要求進(jìn)行控制鏡像動態(tài)裝置設(shè)備，自動來完成帶電作業(yè)工具拿取到指定庫房窗口，工作人員只需身份認(rèn)證后拿取工具去現(xiàn)場作業(yè)即可，確保拿取工具的高效性與準(zhǔn)確性[4-5]。

3.1.2 鏡像動態(tài)裝置的主要工作原理

鏡像動態(tài)裝置主要構(gòu)成單元有自動平衡運(yùn)輸裝置、鏡像物品識別系統(tǒng)、多功能抓取裝置、帶電工具的定位與篩選裝置、通訊系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)、自動充電系統(tǒng)、控制及管理系統(tǒng)。鏡像動態(tài)裝置主要通過控制及管理系統(tǒng)作為大腦，控制著包括線路規(guī)劃、三維定位、物品及人員識別、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)庫、帶電工具的定位與篩選、行走、抓取、自動充電等自動化控制。鏡像動態(tài)裝置對工具管理與檢測技術(shù)主要采用無人為干預(yù)與參與的方式，通過機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，指導(dǎo)學(xué)習(xí)使機(jī)器自動實現(xiàn)針對不同物品進(jìn)行操作的功能。

鏡像動態(tài)裝置的鏡像物品識別系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場工作票或?qū)嶋H對工具的要求指令自動識別工作票等指令，通過視覺識別系統(tǒng)與采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比對來識別所需物資及工具，通過三維坐標(biāo)對目標(biāo)物品定位，然后啟動通訊系統(tǒng)，通過抗干擾數(shù)字通訊技術(shù)實現(xiàn)物品定位，建立行走路線，到達(dá)所要拿取的工具的位置；啟動多功能抓取裝置系統(tǒng)，針對不同的作業(yè)要求，不同的帶電作業(yè)工具，鏡像動態(tài)裝置均可以進(jìn)行自動調(diào)整拿取不同的帶電作業(yè)工具，根據(jù)帶電工具類型及大小調(diào)整拿取方式，采用預(yù)設(shè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行抓取操作，同時確保不損壞帶電作業(yè)工具；通過自動平衡運(yùn)輸裝置系統(tǒng)，識別行程過程中的障礙物，進(jìn)行測距預(yù)警，實現(xiàn)運(yùn)輸過程中能夠自動平衡功能，以保證運(yùn)輸過程中的安全性。作業(yè)結(jié)束后，鏡像動態(tài)裝置接到指令，達(dá)到工具提取位置，通過視覺識別系統(tǒng)與采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比對來識別所需物資及工具，把從現(xiàn)場回來的帶電作業(yè)工具進(jìn)行清潔、檢測后，數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)對各操作對象通過圖像采集形成機(jī)器唯一識別編碼，記錄工具出入庫數(shù)據(jù)，帶電工具的定位與篩選裝置通過機(jī)器記憶優(yōu)化工器具的使用頻率，確保工具頻繁使用造成疲勞損壞；自動充電系統(tǒng)自動識別電量，電量不足時通過定位使機(jī)器在電能缺損的情況下自動進(jìn)行充電操作，最終通過這些綜合系統(tǒng)的操作運(yùn)行達(dá)到整個鏡像動態(tài)裝置對工具管理與檢測功能。

其原理可概括為：通過上傳的工作票或?qū)嶋H工具需求，觸發(fā)指令鏡像動態(tài)裝置，鏡像識別到所需的工具是什么，在什么位置，建立行走路線，到達(dá)所要拿取的工具的位置；鏡像動態(tài)裝置可根據(jù)帶電工具類型及大小調(diào)整拿取方式，同時確保不損壞帶電作業(yè)工具；鏡像動態(tài)裝置拿取到所需的帶電作業(yè)工具后，按優(yōu)化的行走路線把工具送到庫房指定的平臺窗口，便于施工人員帶去現(xiàn)場；鏡像動態(tài)裝置把從現(xiàn)場回來的帶電作業(yè)工具進(jìn)行清潔、檢測后，把工具歸還到庫房指定的位置上，便于下次使用；鏡像動態(tài)裝置可以定時對庫房內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行清潔與維護(hù)，成為帶電作業(yè)工具的好保姆與守護(hù)者。

3.2 主要技術(shù)難點

3.2.1 鏡像物品識別系統(tǒng)的研發(fā)

帶電作業(yè)工器具每種類別數(shù)量較多，從外部形態(tài)上不具有唯一性，傳統(tǒng)的標(biāo)簽方式容易脫落并影響工器具現(xiàn)場使用。

3.2.2 多功能抓取裝置

帶電作業(yè)工具的類別較多，形狀各不相同，也就造成對帶電作業(yè)工具的拿取方式的不同。帶電作業(yè)工器具的絕緣性能關(guān)系到作業(yè)人員的安全，也就要求在抓取作業(yè)時操作方法及抓取裝置的接觸面、材質(zhì)等需要符合較高的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 帶電工具的定位與篩選裝置

對于在帶電作業(yè)庫房中對每件工器具的定位，必須建立三維立體坐標(biāo)數(shù)字圖來定置定位每個物品的存放地點，才能實現(xiàn)精準(zhǔn)的抓取操作。

3.2.4 控制及管理系統(tǒng)的研發(fā)

控制系統(tǒng)包括線路規(guī)劃、三維定位、物品及人員識別、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)庫、帶電工具的定位與篩選、行走、抓取、自動充電等自動化控制。

4 達(dá)到的效果

4.1 鏡像動態(tài)裝置對工具進(jìn)行管理與檢測系統(tǒng)設(shè)備解決的問題及特點

鏡像動態(tài)裝置對工具進(jìn)行管理與檢測是一種從根本上解決現(xiàn)有方式對帶電作業(yè)工具無法做到精細(xì)化、精準(zhǔn)化的管理與檢測，能解決要人為參與制作標(biāo)簽、粘貼標(biāo)簽、人拿取工具的管理流程，徹底告別“人”對帶電作業(yè)工具的管理與干預(yù)，做到真正的對帶電作業(yè)工具管理的無人化，立體化的管控風(fēng)險，保證電網(wǎng)運(yùn)行安全。

鏡像動態(tài)裝置對工具進(jìn)行管理與檢測終端可以通過網(wǎng)絡(luò)操作，與庫房內(nèi)鏡像動態(tài)裝置配合，自動便捷地實現(xiàn)將本次現(xiàn)場作業(yè)的工具或要求的工具經(jīng)過檢測后自動送入到庫房工具窗口處。遠(yuǎn)距離全程自動化進(jìn)行記錄臺賬與數(shù)據(jù)調(diào)配上傳，各監(jiān)管部門能立體化直觀的看到工具的動態(tài)效果。

鏡像動態(tài)裝置對工具進(jìn)行管理與檢測能夠?qū)ε潆妿щ娮鳂I(yè)工具、輸電帶電作業(yè)工具、安全工器具、搶修工具等進(jìn)行管理與檢測，能做到相互獨立又統(tǒng)一兼顧。

鏡像動態(tài)裝置對工具進(jìn)行管理與檢測效率高、通用性強(qiáng)，徹底解決“人”對工具管理存在的漏洞與風(fēng)險，也能解決大多班組上沒有專職庫管員的問題，提高了效率，降低了成本。

4.2 鏡像動態(tài)裝置對工具管理與檢測技術(shù)研究與應(yīng)用范圍

本項目擬研發(fā)完成的鏡像動態(tài)裝置，適用于全國范圍內(nèi)帶電作業(yè)工器具及電力工具的全自動無人化管理。

鏡像動態(tài)裝置可以自動選擇所需工具，避免工具重復(fù)使用，降低工具疲勞；增加了工器具的使用壽命，節(jié)約了成本。

鏡像動態(tài)裝置可以對工具的存放環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測調(diào)節(jié)、衛(wèi)生清潔等；對工具的試驗提醒，對到期試驗的工具進(jìn)行分類提取等，節(jié)約了人力資源的同時降低了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。

鏡像動態(tài)裝置具有學(xué)習(xí)系統(tǒng)，可以滿足工器具更新所帶來的不適用性。

4.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4.3.1 裝置便捷和安全性

鏡像動態(tài)裝置對工具管理與檢測，可以實現(xiàn)帶電作業(yè)工器具自動準(zhǔn)備，無需人工輔助，提高了帶電作業(yè)的效率，降低了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，避免工器具重復(fù)使用，減低工具疲勞，增加了帶電作業(yè)的安全性。

4.3.2 裝置可靠性

鏡像動態(tài)裝置采用最新通訊技術(shù)及圖形算法，設(shè)置有預(yù)警系統(tǒng)及機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，有較高的可靠性及實用性。

4.3.3 裝置節(jié)能性

鏡像動態(tài)裝置對工具管理與檢測，可以實現(xiàn)每次帶電作業(yè)所用工器具的自動調(diào)配，避免工具重復(fù)使用，降低工具疲勞；增加了工器具的使用壽命，節(jié)約了成本。

4.4 創(chuàng)新點

鏡像動態(tài)裝置對工具管理與檢測技術(shù)研究與應(yīng)用項目具有以下創(chuàng)新點：鏡像物品識別系統(tǒng)的研發(fā)；多功能抓取裝置；帶電工具的定位與篩選裝置；自動平衡運(yùn)輸裝置；機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研發(fā)；控制及管理系統(tǒng)的研發(fā)。

5 結(jié)語

本項目基于現(xiàn)有方式對帶電作業(yè)工具無法真正管理的特點，研制的鏡像動態(tài)裝置對工具進(jìn)行管理與檢測可以有效解決無法做到精細(xì)化、精準(zhǔn)化的問題等；鏡像動態(tài)裝置對工具進(jìn)行管理與檢測終端可以通過網(wǎng)絡(luò)操作，與庫房內(nèi)鏡像動態(tài)裝置配合，自動便捷地實現(xiàn)將本次現(xiàn)場作業(yè)的工具或要求的工具經(jīng)過檢測后自動送入到庫房工具窗口處。遠(yuǎn)距離全程自動化進(jìn)行記錄臺賬與數(shù)據(jù)調(diào)配上傳，各監(jiān)管部門能立體化直觀的看到工具的動態(tài)效果；項目將由傳統(tǒng)的人工記錄、二維碼掃描與RFID射頻對工具的管理都是由“人”全程參與的模式轉(zhuǎn)向“自動化、可視化、輕便化、無人化”模式。鏡像動態(tài)裝置對工具進(jìn)行管理與檢測方式將成為電網(wǎng)對智能化運(yùn)維的推廣方式。有助于帶電作業(yè)大數(shù)據(jù)的建立，促進(jìn)帶電作業(yè)的發(fā)展，使項目的直接及間接效益得到更大的發(fā)揮，將大幅提升對帶電作業(yè)工具進(jìn)行管理與檢測的便捷化與高效化，符合高效、可靠、綠色電網(wǎng)的發(fā)展要求。