《電子技術(shù)應(yīng)用》
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使用智能終端控制激光異物清除設(shè)備
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第3期
楊 波，劉傳利，吳英迪，蔡亞芬
中國(guó)信息通信研究院 泰爾系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，北京100045
摘要： 對(duì)于架空高壓輸電線上的異物，利用激光清除已成為一種主流的手段。分析了異物清除作業(yè)的過程及其對(duì)控制系統(tǒng)的需求，提出了一種將執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制和運(yùn)算分離，使用與執(zhí)行設(shè)備無線連接的便攜智能完成控制計(jì)算的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并詳述了這一控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件流程。相較傳統(tǒng)一體化控制系統(tǒng)，這樣的設(shè)計(jì)成本低，使用靈活，維護(hù)簡(jiǎn)便且易于功能擴(kuò)展。實(shí)驗(yàn)表明，此系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確可靠地控制激光異物清除設(shè)備完成清除操作。
中圖分類號(hào)： TN929.5；TP273
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200441
中文引用格式： 楊波，劉傳利，吳英迪，等. 使用智能終端控制激光異物清除設(shè)備[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(3)：51-54，60.
英文引用格式： Yang Bo，Liu Chuanli，Wu Yingdi，et al. Controlling the laser foreign matter remover device by smart terminals[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(3)：51-54，60.
Controlling the laser foreign matter remover device by smart terminals
Yang Bo，Liu Chuanli，Wu Yingdi，Cai Yafen
CTTL-Systems，China Academy of Information and Communications Technology，Beijing 100045，China
Abstract： Using laser to remove foreign matters on overhead high-voltage transmission lines has already become a mainstream method in recent years. In this paper, by analyzing the procedures of the removing operation as well as its demand on the control system of the remover device, a novel design of control system is proposed, in which the calculation are mainly performed in a generic smart terminal device connecting wirelessly to the actuator-driving part. The complete hardware design and software flow are also introduced. Comparing to the conventional integrated control system, this design is more flexible, easier to maintain and upgrade, and is of lower cost. Experiments show that, remover device controlled by this system can perform the removing operation accurately and reliably.
Key words : laser foreign matter remover；smart terminal device；wireless control；modularization

0 引言

    高壓電線上纏繞的異物是高壓輸電網(wǎng)絡(luò)線路故障的主要原因之一，其帶來的短路事故占到外力破壞引致事故的一半以上[1]。因此，對(duì)輸電線上異物的及時(shí)清除是電力行業(yè)非常重視的問題。傳統(tǒng)使用輔助工具進(jìn)行人工清除的做法[2-3]效率較低；而使用無人機(jī)[4-5]、掛線機(jī)器人[6-8]等進(jìn)行清除的方法操控難度較大，自損率高，且容易帶來次生危害。近年來，使用二氧化碳激光從地面遠(yuǎn)距離清除電線上異物的方法[9]憑借便于運(yùn)輸、操作方便、清除迅速、對(duì)輸電線纜的安全性[10]等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為一種主流的清理方式。

    在激光異物清除裝置中，對(duì)激光指向、焦點(diǎn)、功率等的控制決定了工作的精準(zhǔn)度和效率，因此其控制部分的硬件和算法至關(guān)重要。針對(duì)清除任務(wù)中涉及的算法，例如視頻識(shí)別[11]、聚焦[12]、清除方式[13]等，很多研究者已進(jìn)行過深入研究。但從已發(fā)表的研究成果來看，大多數(shù)的研究基于集驅(qū)動(dòng)、控制、運(yùn)算、操作界面于一體專用平臺(tái)(工控機(jī)等)進(jìn)行，大部分的設(shè)備也使用專用的工控機(jī)作為控制系統(tǒng)硬件的核心。然而，在實(shí)際激光異物清除的任務(wù)中，絕大部分控制并不涉及復(fù)雜計(jì)算的大數(shù)據(jù)量的通信，無需高性能的計(jì)算平臺(tái)來完成；同時(shí)，便攜智能電子設(shè)備(如智能手機(jī)、平板電腦等)在今天已經(jīng)非常普及，這些設(shè)備不僅能夠提供異物清除任務(wù)所需要的顯示反饋和人機(jī)接口，其算力也能夠勝任較為復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。如果使用通用便攜終端實(shí)時(shí)控制激光異物清除裝置，相比現(xiàn)有的一體化控制系統(tǒng)而言，能提供如下便利：

    (1)使用模塊化結(jié)構(gòu)，將操控/顯示和機(jī)械/電子控制分離，便于硬件系統(tǒng)的維護(hù)；

    (2)使用通用設(shè)備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的操控和顯示，提高系統(tǒng)適應(yīng)性，降低了系統(tǒng)的成本；

    (3)將計(jì)算壓力轉(zhuǎn)移到通用設(shè)備中，大幅降低了機(jī)械/電子部分的硬件需求，降低了前端的成本；

    (4)利用智能終端的網(wǎng)絡(luò)功能，可進(jìn)一步將復(fù)雜計(jì)算轉(zhuǎn)移到云/邊緣進(jìn)行，大幅提高了系統(tǒng)的靈活度；

    (5)控制方法/算法相關(guān)的改動(dòng)僅需要進(jìn)行軟件升級(jí)，且可以在線進(jìn)行。

    基于這樣的想法，本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種利用便攜智能終端控制的激光異物清除系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并詳述了各部分的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。




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作者信息:

楊  波，劉傳利，吳英迪，蔡亞芬

(中國(guó)信息通信研究院 泰爾系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，北京100045)

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