專利名稱：高壓輸電線巡線模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬訓(xùn)練領(lǐng)域，具體涉及一種高壓輸電線巡線模擬裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于全球氣候變暖，自然災(zāi)害頻發(fā)，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)和人民造成的災(zāi)害有上升的趨勢(shì)。電力部門在災(zāi)害發(fā)生后救災(zāi)和減災(zāi)的手段還不夠完善，尤其是快速掌握災(zāi)情還缺乏有效的經(jīng)過(guò)演練的技術(shù)手段。與此同時(shí)，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，輸電線路越來(lái)越長(zhǎng)，電壓等級(jí)越來(lái)越高。我國(guó)目前IIOkV以上的電力線路近七十萬(wàn)公里，巡線作業(yè)每年都要進(jìn)行多次，工作量巨大，電力企業(yè)每年都要投入巨大的人力物力對(duì)輸電線路進(jìn)行定期巡視檢查。傳統(tǒng)的電路線巡檢工作主要由人工完成，而人工巡檢存在工作效率低、準(zhǔn)確性差等問(wèn)題，對(duì)于保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行極為不利。 目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)部門如電力、公安系統(tǒng)等民用警用領(lǐng)域已在積極應(yīng)用飛行器巡線技術(shù)，擁有較大的市場(chǎng)前景。隨之而來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題就是對(duì)相應(yīng)巡查人員巡線技能的訓(xùn)練，如直接利用飛機(jī)對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，這樣不但大大提高了訓(xùn)練成本，降低的企業(yè)飛機(jī)的利用率，對(duì)訓(xùn)練人數(shù)也有很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高壓輸電線巡線模擬裝置，在地面上對(duì)巡線人員進(jìn)行訓(xùn)練，提高巡線人員的熟練程度，降低了成本。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下高壓輸電線巡線模擬裝置，該裝置包括光電穩(wěn)定吊艙、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和控制系統(tǒng)；光電穩(wěn)定吊艙安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，控制系統(tǒng)控制整個(gè)高壓輸電線巡線模擬裝置的運(yùn)行。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用室外和室內(nèi)兩種訓(xùn)練方式，室外高壓輸電線巡線模擬裝置采用車輛運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬直升機(jī)的姿態(tài)變化和飛行動(dòng)作，利用車輛內(nèi)部環(huán)境模擬機(jī)艙乘坐環(huán)境，完成與真實(shí)巡線狀態(tài)的復(fù)現(xiàn)，使模擬操控人員的體感與真實(shí)情況相一致。訓(xùn)練人員可通過(guò)駕駛車輛行駛于二級(jí)及以上的公路上，利用車上的光電穩(wěn)定吊艙對(duì)其周圍的輸電線進(jìn)行檢測(cè)。這種方法與利用飛機(jī)巡線相比不僅降低了巡線成本，達(dá)到了巡線目的，而且達(dá)到了對(duì)巡線人員的訓(xùn)練目的，提高了其熟練程度。室內(nèi)高壓輸電線巡線模擬裝置可模擬直升機(jī)的俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航、升降、縱移、橫移六個(gè)運(yùn)行姿態(tài)，還可以模擬直升機(jī)加減速、盤旋、懸停等飛行狀態(tài)。另外，還可以模擬機(jī)艙乘坐環(huán)境。訓(xùn)練系統(tǒng)可以提供六自由度運(yùn)動(dòng)信號(hào)，使模擬操控人員的體感與真實(shí)情況相一致，并能適時(shí)為操控人員提供信息顯示，再現(xiàn)真實(shí)環(huán)境下人體的感覺(jué)和各種物理效應(yīng)。完成與真實(shí)巡線狀態(tài)的復(fù)現(xiàn)。


圖I本發(fā)明室外高壓輸電線巡線模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本發(fā)明室內(nèi)高壓輸電線巡線模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，室外高壓輸電線巡線模擬裝置主要包括光電穩(wěn)定吊艙I、工程車輛2、控制系統(tǒng)三部分。光電穩(wěn)定吊艙I主要是完成對(duì)高壓輸電線的巡檢。工程車輛2主要用于光電穩(wěn)定吊艙的運(yùn)輸，以及模擬飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)變化?？刂葡到y(tǒng)用于對(duì)光電穩(wěn)定吊艙I的控制。光電穩(wěn)定吊艙I通過(guò)安裝支架5安裝于工程車輛2頂部?？刂葡到y(tǒng)安裝于工程車輛2內(nèi)部。電纜3經(jīng)過(guò)工程車輛2中間窗口，將光電穩(wěn)定吊艙I與控制系統(tǒng)相接。車輛2帶有找平平臺(tái)支撐裝置4，確保車體水平位置穩(wěn)固，使駕駛室內(nèi)形成可以自動(dòng)升降的平臺(tái)。要求支撐腿同車架縱梁直接可靠連接，能收放自如，不影響車輛2的行駛。室外高壓輸電線巡線模擬裝置的控制系統(tǒng)包括如下部件上位機(jī)、主控板、功率放大器、伺服電機(jī)、光電編碼器、可見(jiàn)光紅外成像儀、視頻切換芯片、字符疊加單元和顯示器；主控板是控制系統(tǒng)的核心部分，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出控制指令，主控板通過(guò)功率放大器控制伺服電機(jī)中的俯仰電機(jī)和方位電機(jī)；使用伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)吊艙方位、俯仰兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，吊艙可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)掃描、自動(dòng)掃描、測(cè)角、方向鎖定等功能。采用光電編碼器檢測(cè)吊艙轉(zhuǎn)過(guò)的角度。在下一個(gè)采樣周期到來(lái)時(shí)，所測(cè)轉(zhuǎn)角信號(hào)被反饋到單片機(jī)，與給定角度值求偏差，經(jīng)控制算法得出控制量，并由單片機(jī)輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)板功率放大后驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)，接著進(jìn)入下一個(gè)采樣周期，繼續(xù)對(duì)角度進(jìn)行修正，如此循環(huán)，直至達(dá)到轉(zhuǎn)角精度的要求，從而實(shí)現(xiàn)吊艙位置的精確控制。主控板接收上位機(jī)發(fā)出的成像儀操作指令，解讀后轉(zhuǎn)發(fā)到可見(jiàn)光紅外成像儀，經(jīng)視頻切換芯片進(jìn)行兩路視頻 目號(hào)的切換，字符置加單兀實(shí)現(xiàn)在掃描視頻上置加相關(guān)角度、速度、時(shí)間等信息，通過(guò)顯示器顯示出來(lái)，以便掌握信息，高效完成掃描、偵察任務(wù)。如圖2所示，室內(nèi)高壓輸電線巡線模擬裝置主要包括光電穩(wěn)定吊艙I、六自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)6和直升機(jī)座艙模擬器7三部分。光電穩(wěn)定吊艙I安裝在六自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)6上，安裝方式與現(xiàn)有直升機(jī)安裝方式一致，即光電穩(wěn)定吊艙I通過(guò)過(guò)渡件掛載安裝在六自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)上6，控制系統(tǒng)核心處理器安裝在直升機(jī)座艙模擬器7中，兩者通過(guò)電纜連接。直升機(jī)座艙模擬器7是用于模擬直升機(jī)座艙內(nèi)部空間環(huán)境及布局。對(duì)巡線來(lái)說(shuō)，光電穩(wěn)定吊艙I的控制部分安裝在直升機(jī)后排座位中間，巡線員坐在后排座位上，因此有用的空間只是后排座位，因此只需模擬后排座位即可。座艙模擬器采用封閉式結(jié)構(gòu)，兩側(cè)開(kāi)門，在門上安裝有觀測(cè)窗。模擬器主體結(jié)構(gòu)由鈑金件焊接而成，減小了系統(tǒng)重量，同時(shí)對(duì)培訓(xùn)人員起到保護(hù)作用。六自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)6是訓(xùn)練系統(tǒng)的最重要組成部分，它完成直升機(jī)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和飛行狀態(tài)的模擬。平臺(tái)采用電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)方式。六自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)6主要包括上平臺(tái)、基礎(chǔ)、電動(dòng)缸、控制柜和附件等部件。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與地基之間通過(guò)下三點(diǎn)固定座以及地腳螺栓可靠連接，通過(guò)上三角平臺(tái)與模擬艙的基座用螺栓連接。控制機(jī)柜等均平放于地面。平臺(tái)基礎(chǔ)要保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；抗震性；安全性。電氣連接方面平臺(tái)外部供電為交流380V三相四線，最大功率不超過(guò)30KVA?？刂茩C(jī)柜殼體要求接地。通訊方面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與模擬仿真計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)UDP協(xié)議通訊?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)用在六自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)包括如下部件=EtherCAT總線模塊、伺服驅(qū)動(dòng)器、多圈編碼器、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)軟件和PLC軟件；運(yùn)動(dòng)平臺(tái)軟件控制六自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，PLC軟件驅(qū)動(dòng)和控制單個(gè)電動(dòng)缸，驅(qū)動(dòng)器上的PLC應(yīng)用軟件執(zhí)行周期為1ms，完成電機(jī)速度環(huán)的控制和單個(gè)缸的安全保護(hù)。嵌入式PC上的控制軟件運(yùn)行于嵌入式WinCE系統(tǒng)，控制整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和安全，并可以提供顯示信息。嵌入式PC通過(guò)EtherCAT總線模塊向每個(gè)控制器發(fā)出速度指令和讀取缸的位置。上位數(shù)據(jù)輸入范圍超限、數(shù)據(jù)突變等異常情況的處置包含在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制軟件內(nèi)。平臺(tái)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)飛行狀態(tài)，計(jì)算出當(dāng)前所需的各個(gè)動(dòng)作筒長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)換成速度和位置指令，按照六軸協(xié)同運(yùn)動(dòng)的需要，按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)情況，自動(dòng)生成控制指令并通過(guò)EtherCAT總線模塊發(fā)送至伺服驅(qū)動(dòng)器；伺服驅(qū)動(dòng)器按照接收到的指令控制電動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)；電動(dòng)缸內(nèi)置的多圈編碼器經(jīng)倍頻后實(shí)時(shí)反映了各個(gè)缸的當(dāng)前長(zhǎng)度，反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，并 通過(guò)EtherCAT總線模塊回傳至嵌入式PC，軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。在緊急或故障情況下，驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)停止輸出，制動(dòng)機(jī)構(gòu)將電機(jī)輸出軸抱死，平臺(tái)停在當(dāng)前位置，確保系統(tǒng)安全制動(dòng)。在軟件設(shè)計(jì)中增加對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的判斷，如對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)采集，可實(shí)現(xiàn)更好的閉環(huán)控制，提高系統(tǒng)的安全性。另外還增加了對(duì)模擬器操作人員的安全性考慮，如增加登機(jī)橋是否升起判斷，座艙的各通道門是否關(guān)閉狀態(tài)判斷，增加座艙內(nèi)駕駛員緊急狀態(tài)按鈕等，對(duì)提高模擬器系統(tǒng)整體的安全性有很大的益處。
權(quán)利要求
1.高壓輸電線巡線模擬裝置，其特征在于，該裝置包括光電穩(wěn)定吊艙、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和控制系統(tǒng)；所述光電穩(wěn)定吊艙安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，控制系統(tǒng)控制整個(gè)高壓輸電線巡線模擬裝置的運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求I所述的高壓輸電線巡線模擬裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是車輛 或者六自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)。
3.如權(quán)利要求2所述的高壓輸電線巡線模擬裝置，其特征在于，所述車輛帶有找平平臺(tái)支撐裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的高壓輸電線巡線模擬裝置，其特征在于，所述找平平臺(tái)支撐裝置同車輛的車架縱梁直接連接。
5.如權(quán)利要求2所述的高壓輸電線巡線模擬裝置，其特征在于，所述光電穩(wěn)定吊艙通過(guò)安裝盤固定在車輛頂端。
6.如權(quán)利要求2所述的高壓輸電線巡線模擬裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)應(yīng)用在車輛包括如下部件上位機(jī)、主控板、功率放大器、伺服電機(jī)、光電編碼器、可見(jiàn)光紅外成像儀、視頻切換芯片、字符疊加單元和顯示器；上位機(jī)發(fā)出控制指令，控制伺服電機(jī)和成像儀；使用伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)吊艙方位、俯仰兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，通過(guò)光電編碼器檢測(cè)吊艙轉(zhuǎn)過(guò)的角度；主控板接收上位機(jī)發(fā)出的成像儀操作指令，解讀后轉(zhuǎn)發(fā)到可見(jiàn)光紅外成像儀，經(jīng)視頻切換芯片進(jìn)行兩路視頻 目號(hào)的切換，字符置加單兀實(shí)現(xiàn)在掃描視頻上置加相關(guān)角度、速度、時(shí)間等信息，通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。
7.如權(quán)利要求2所述的高壓輸電線巡線模擬裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)應(yīng)用在六自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)包括如下部件=EtherCAT總線模塊、伺服驅(qū)動(dòng)器、多圈編碼器、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)軟件和PLC軟件；運(yùn)動(dòng)平臺(tái)軟件控制六自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，PLC軟件驅(qū)動(dòng)和控制單個(gè)電動(dòng)缸，平臺(tái)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)飛行狀態(tài)，按照六軸協(xié)同運(yùn)動(dòng)的需要和設(shè)定的運(yùn)動(dòng)情況，生成控制指令并通過(guò)EtherCAT總線模塊發(fā)送至伺服驅(qū)動(dòng)器；伺服驅(qū)動(dòng)器控制電動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)；電動(dòng)缸內(nèi)置的多圈編碼器經(jīng)倍頻后將各個(gè)缸的當(dāng)前長(zhǎng)度，反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，并通過(guò)EtherCAT總線模塊回傳至嵌入式PC，軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
全文摘要
高壓輸電線巡線模擬裝置屬于模擬訓(xùn)練領(lǐng)域，該裝置包括光電穩(wěn)定吊艙、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和控制系統(tǒng)；光電穩(wěn)定吊艙安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，控制系統(tǒng)控制整個(gè)高壓輸電線巡線模擬裝置的運(yùn)行。本發(fā)明采用室外和室內(nèi)兩種訓(xùn)練方式，室外高壓輸電線巡線模擬裝置采用車輛運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬直升機(jī)的姿態(tài)變化和飛行動(dòng)作，利用車輛內(nèi)部環(huán)境模擬機(jī)艙乘坐環(huán)境，完成與真實(shí)巡線狀態(tài)的復(fù)現(xiàn)，使模擬操控人員的體感與真實(shí)情況相一致。室內(nèi)高壓輸電線巡線模擬裝置可模擬直升機(jī)的六個(gè)運(yùn)行姿態(tài)和飛行狀態(tài)。還可以模擬機(jī)艙乘坐環(huán)境。高壓輸電線巡線模擬裝置使模擬操控人員的體感與真實(shí)情況相一致，再現(xiàn)真實(shí)環(huán)境下人體的感覺(jué)和各種物理效應(yīng)。完成與真實(shí)巡線狀態(tài)的復(fù)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G09B9/00GK102881203SQ20121041429
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者許金凱, 張學(xué)蕊, 金珈成, 于化東, 尹維崴, 謝蓓敏, 趙殿全, 胡海鵬, 韓冬, 孟立新, 杜江, 董山恒 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司, 吉林省電力有限公司檢修公司