CN106707739A - 一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***及方法，机器人可以通过隧道无线WIFI覆盖，接入隧道光纤以太网远程监控消防门状态，在通过消防门时，进行消防门的开启关闭控制；如果隧道发生火灾或异常，主干光纤或无线WIFI覆盖设备遭到破坏，巡检机器人在靠近隧道消防门时，可以通过第二条数据链路Zigbee或其它近场通信方式控制消防门开启关闭，避免机器人失去对消防门的控制；如果现场消防门供电***失效，则消防门的电插锁失效，机器人仍然可以通过前端保险杠顶开方式逃离防火分区。

Description

一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***及方法

技术领域

本发明涉及一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***及方法。

背景技术

城市电缆隧道是重要的公共基础设施，内部一般安装有110KV或500KV高压电缆，这些都是城市供电的主动脉，电缆一旦***起火,将会引起更严重的火灾和停电事故,后果十分严重。

目前电缆隧道内部由若干防火门进行隔离的消防分区组成，每个消防分区都配置了消防给水及灭火的配套设施，一旦出现险情，发生火灾，内部将产生大量有害气体，人员无法进入现场，为此目前有的电缆隧道已经安装智能巡检设备，代替人员部分工作。目前的巡检机器人在穿越防火门时，多采用直接机械顶开或单数据链控制方式，但这两种方式都一定的缺陷，机械顶开方式防火门平时就关闭不严，再经过长期运行机械疲劳往往防火隔离效果不良；

而单数据链通信控制方式，往往***稳定性差，一旦发生火灾电缆损伤，导致巡检机器人通信链路中断，无法通过或逃离现场，造额外的经济损失。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***及方法，本发明使得机器人可以通过隧道无线WIFI覆盖，接入隧道光纤以太网远程监控消防门状态，在通过消防门时，进行消防门的开启关闭控制；如果隧道发生火灾或异常，主干光纤或无线WIFI覆盖设备遭到破坏，巡检机器人在靠近隧道消防门时，可以通过第二条数据链路Zigbee或其它近场通信方式控制消防门开启关闭，避免机器人失去对消防门的控制；如果现场消防门供电***失效，则消防门的电插锁失效，机器人仍然可以通过前端保险杠顶开方式逃离防火分区。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***，包括上位机、隧道消防控制柜、通信网络和消防门控制器，其中：

所述消防门控制器有多个，被配置为接收并执行消防门控制柜下发的命令，同时与机器人通信，接收机器人的命令，控制相应的消防门的打开和关闭；

所述隧道消防控制柜接入隧道内布设的通信网络，以和与隧道内通信网络覆盖下的任何位置的机器人通信，接收机器人的请求，同时，接收消防门控制器的信息，监控其状态；

所述上位机与隧道消防控制柜进行数据交互，实现消防门控制管理及消防门反馈状态记录、报警显示处理，与机器人通信，并调度各个机器人，提前通知机器人隧道内相关消防门的状态；

所述通信网络，包括隧道内环网以及Zigbee无线网络，所述环网包括设置在隧道内的多个无线接入点，光纤环网将无线接入点连接起来，形成环网，所述Zigbee无线网络为多个消防门控制器的Zigbee无线通信通道形成的网络；

所述隧道消防门控制柜通过两种无线通信方式与机器人通信，一种是WIFI接入通道，另一种是Zigbee无线通信通道，实现备用冗余。

所述机器人通过WIFI接入隧道以太网，直接隧道消防控制柜通信，同时通过无线转有线光纤方式与上位机通信。

所述消防门控制器设置在隧道防火分区两端安装的消防门上。

所述隧道消防控制柜通过现场总线管理多个消防门控制器。

所述机器人通过WIFI网络接入隧道以太网，直接与上位机或者隧道消防控制柜通信。

所述消防门采用通电加锁式电插锁，断电自动解锁模式；同时门上安装机械碰撞开关，机器人撞击或人员拍打即断开电插锁电源，解锁消防门。

所述环网使得机器人通过无线接收装置，在隧道内的任意位置都能接入，同时通过路由器将隧道网络与上位机的网络建立实时连接，使隧道内接入无线WIFI网络的设备全部接受上位机调度管理。

基于上述控制***的控制方法，机器人在需要通过消防门时，优先使用WIFI网络给隧道消防门控制柜下达开启相应位置的N号消防门指令，隧道消防门控制柜通过现场总线通知N号消防门控制器，N号消防门控制器通过总线按照顺序开启防火分区两端的开闭门控制器，机器人收到消防门开启状态信息后，机器人启动通过消防门，机器人安全通过后通知隧道消防门控制柜关闭消防门，再由隧道消防门控制柜下达指令给消防门控制器，实现消防门的关闭；

若机器人无法通过WIFI控制消防门和获取消防门状态，机器人自动启用Zigbee近场无线通道绕过隧道消防门控制柜，直接与消防门控制器建立通信，控制开闭器打开消防门，获取消防门开门状态，安全通过消防门。

如果机器人与本地消防门控制板的两路通信链路全部失效，机器人对当前要执行的任务等级进行分析，如果为非紧急任务，机器人对现场环境进行分析，是否有威胁机器人安全的要素存在，如果没有紧急任务且环境不存在威胁要素，机器人保存故障记录；否则离开此消防分区，执行穿越消防门指令。

机器人有紧急任务时，机器人进入非安全模式，关闭避障雷达，触碰消防门上安装的机械碰撞开关，解锁消防门。

本发明的有益效果为：

本发明可以实现机器人自由穿越电力隧道的防火分区，机器人实现了无线WIFI远距离控制检测消防门，及近距离Zigbee无线控制开关消防门的冗余控制，避免隧道发生火灾或其他意外导致WIFI无线通道断开后，机器人无法通过消防门，无法完成应急灾害处置及应急逃离而造成重大经济损失。

附图说明

图1是***结构图；

图2是机器人控制框图。

图3是机器人穿越消防门冗余控制调度流程框图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***由上位机，隧道消防控制柜，消防门控制器，轨道机器人组成。

所述上位机通过光纤经过路由器与隧道消防控制柜进行数据交互，实现消防门控制管理及消防门反馈状态记录、报警显示处理；通过无线WIFI通道管理调度隧道巡检机器人，可以提前通知机器人隧道内相关消防门的状态。

所述隧道消防控制柜在现场直接通过网线接入到隧道已经布有的隧道网络中，可以与隧道内WIFI覆盖下的任何位置的机器人通信。隧道消防控制柜通过现场总线管理多个消防门控制器，上报消防门的故障与状态。

所述消防门控制器用来控制开闭门器，实现消防门的打开和关闭。一方面，它可以直接通过现场总线与消防门控制柜通信，执行消防门控制柜下发的命令，另一方面，通过其本身的Zigbee网络可以直接和轨道机器人通信，接受机器人的命令，实现消防门的开闭操作。

所述轨道机器人可以通过两种无线通信方式控制消防门，一种是WIFI接入通道，另一种是Zigbee无线通信通道。

所述轨道机器人通过WIFI接入隧道以太网，可以直接与上位机或者隧道消防控制柜通信。

所述轨道机器人，在需要通过消防门时，优先使用WIFI网络给隧道消防门控制柜下达开门指令，隧道消防门控制柜通过现场总线通知消防门控制器，控制箱通过总线控制开闭门器，以实现消防门的开。Zigbee无线通道是WIFI通信的备用通道，当WIFI通道中断后，机器人自动启用Zigbee近场无线通道绕过隧道消防门控制柜，直接与消防门控制器建立通信，控制开闭门器打开消防门，获取消防门开门状态，安全通过消防门。

一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在隧道内安装隧道消防控制柜；

步骤2：在隧道防火分区两端安装消防门及消防门控制器；

步骤3：隧道消防门处理；

步骤4：隧道内无线覆盖网络的构建；

步骤5：机器人巡检，实现穿越消防门的冗余控制；

步骤6：上位机消防门控制管理及状态记录。

所述步骤1和2：在隧道内安装隧道消防控制柜，在隧道防火分区两端安装消防门及消防门控制器。隧道消防控制柜通过现场总线管理多个消防门控制器；隧道消防控制柜在现场直接通过网线接入到隧道已经布有的隧道网络中，可以与隧道内WIFI覆盖下的任何位置的机器人通信；轨道机器人通过WIFI接入隧道以太网，可以直接与上位机或者隧道消防控制柜通信。

所述步骤3，对隧道内消防门所实用的电插锁采用通电加锁，断电自动解锁模式；同时门上安装机械碰撞开关，机器人撞击或人员拍打可断开电插锁电源，解锁消防门，避免火灾发生本地消防门控制器损坏，人员或机器人无法通过情况发生。

所述步骤4，在隧道内搭建无线覆盖网络，每隔一定的距离安装一套无线AP，通光纤环网将AP连接起来，机器人通过无线接收装置，在隧道内的任意位置都能接入环网；同时通过路由器将隧道网络与上位机的网络建立实时连接，使隧道内接入无线WIFI网络的设备全部接受上位机调度管理。

所述步骤5：机器人沿轨道在隧道内自动巡检，机器人安装有两种无线通信模块，一种是WIFI接入模块，另一种是Zigbee无线通信模块。WIFI模块通过无线AP接入隧道以太网可以直接访问上位机及隧道消防控制柜。

机器人在需要通过消防门时，优先使用WIFI网络给隧道消防门控制柜下达开启N号消防门指令，隧道消防门控制柜通过现场总线通知N号消防门控制器，N号消防门控制器通过总线按照顺序开启1号和2号开闭门控制器，机器人收到消防门开启OK状态后，机器人启动通过消防门，机器人安全通过后通知隧道消防门控制柜关闭消防门，再由隧道消防门控制柜下达指令给消防门控制器，实现消防门的关闭。

Zigbee无线通道是在WIFI通道故障时启用，机器人要通过某个消防门时，但这时无法通过WIFI控制消防门和获取消防门状态，机器人自动启用Zigbee近场无线通道绕过隧道消防门控制柜，直接与消防门控制器建立通信，控制开闭器打开消防门，获取消防门开门状态，安全通过消防门。

若WIFI通道与Zigbee通道全部失效后，且有紧急任务需要通过消防门，机器人则进入非安全模式，关闭避障雷达，以缓慢的速度尝试顶开消防门通过防火分区。

所述步骤6：上位机通过光纤通信与隧道消防控制柜进行数据交互，实现消防门控制管理及消防门反馈状态记录、报警显示处理；通过无线WIFI通道管理调度隧道巡检机器人，可以提前通知机器人N号消防门的状态。

如图1所示，一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***由上位机，隧道消防控制柜，消防门控制器，轨道机器人组成

上位机通过光纤经过路由器与隧道消防控制柜进行数据交互，实现消防门控制管理及消防门反馈状态记录、报警显示处理；通过无线WIFI通道管理调度隧道巡检机器人，可以提前通知机器人隧道内相关消防门的状态。

隧道消防控制柜在现场直接通过网线接入到隧道已经布有的隧道网络中，可以与隧道内WIFI覆盖下的任何位置的机器人通信。隧道消防控制柜通过现场总线管理多个消防门控制器，上报消防门的故障与状态。

消防门控制器用来控制开闭门器，实现消防门的打开和关闭。一方面，它可以直接通过现场总线与消防门控制柜通信，执行消防门控制柜下发的命令，另一方面，通过其本身的Zigbee网络可以直接和轨道机器人通信，接受机器人的命令，实现消防门的开闭操作。

轨道机器人可以通过两种无线通信方式控制消防门，一种是WIFI接入通道，另一种是Zigbee无线通信通道。轨道机器人通过WIFI接入隧道以太网，可以直接与上位机或者隧道消防控制柜通信。轨道机器人，在需要通过消防门时，优先使用WIFI网络给隧道消防门控制柜下达开门指令，隧道消防门控制柜通过现场总线通知消防门控制器，控制箱通过总线控制开闭门器，以实现消防门的开。Zigbee无线通道是WIFI通信的备用通道，当WIFI通道中断后，机器人自动启用Zigbee近场无线通道绕过隧道消防门控制柜，直接与消防门控制器建立通信，控制开闭门器打开消防门，获取消防门开门状态，安全通过消防门。

如图2所示，本框图说明，机器人可以通过消防控制柜控制本地消防门控制器，也可以直接控制本地消防门控制器，这种控制方式的优点是，对消防门采用双通道冗余控制，优先采用主通道，可以通过隧道消防控制柜提前获知所有消防门的状态信息，当主通道中断后，机器人在需要通过的消防门附近可以通过子通道直接控制本地消防门控制器，启动开闭门器控制消防门。

如图3所示，机器人穿越消防门冗余控制调度流程如下步骤：

1、启动穿越消防门。

2、定位要通过的消防门：机器人对路径分析，识别需要穿越的消防门编号。

3、启动WIFI链路控制：优先启动WIFI控制链路，机器人通过WIFI链路尝试与消防门本地控制器建立通信，通信正常机器人通知隧道消防控制柜控制消防门本地控制板开启某个消防门；如果尝试3次不能与消防门本地控制器建立连接，则启动Zigbee通信链路。

4、启动Zigbee通信链路：机器人进入zigbee通信距离范围内后，通过Zigbee通道直接控制消防门本地控制板，开启消防门。通信链路正常则进入开门控制流程；否则尝试3次通信链路依然故障，则进入任务等级及现场环境条件分析流程，决定是否必须穿越消防门。

5、开门控制流程：通信信道(WIFI或Zigbee)成功建立后，机器人通知开门控制指令，并检查消防门开门状态，开门到位后，机器人执行穿越运动。

6、任务、生存环境分析评估：机器人与本地消防门控制板的两路通信链路全部失效后，机器人对当前要执行的任务等级进行分析，如果为非紧急任务，机器人对现场环境进行分析，是否有威胁机器人安全的要素(如火灾、水浸等)存在，如果没有紧急任务且环境良好，机器人将保存故障记录，退出流程；否则进入紧急模式。

7、紧急处理模式：机器人存在机器人任务，或此消防分区不安全，机器人必须离开此消防分区，执行穿越消防门指令；机器人则进入非安全模式，关闭避障雷达，以缓慢的速度尝试顶开消防门通过防火分区；机器人顶到消防门上安装的机械碰撞开关，不管消防门是否有电，都给电插锁切断电源，解锁消防门，避免火灾发生时本地消防门控制器损坏，机器人无法通过情况发生。

8、通过消防门后关门控制：机器人成功穿过消防门后，通知此消防门关闭，退出控制流程。

9、保存故障记录：机器人检测到通信故障后，保存故障记录，退出控制流程。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***，其特征是：包括上位机、隧道消防控制柜、通信网络和消防门控制器，其中：

所述消防门控制器有多个，被配置为接收并执行消防门控制柜下发的命令，同时与机器人通信，接收机器人的命令，控制相应的消防门的打开和关闭；

所述隧道消防控制柜接入隧道内布设的通信网络，以和与隧道内通信网络覆盖下的任何位置的机器人通信，接收机器人的请求，同时，接收消防门控制器的信息，监控其状态；

所述上位机与隧道消防控制柜进行数据交互，实现消防门控制管理及消防门反馈状态记录、报警显示处理，与机器人通信，并调度各个机器人，提前通知机器人隧道内相关消防门的状态；

所述通信网络，包括隧道内环网以及Zigbee无线网络，所述环网包括设置在隧道内的多个无线接入点，光纤环网将无线接入点连接起来，形成环网，所述Zigbee无线网络为多个消防门控制器的Zigbee无线通信通道形成的网络；

所述隧道消防门控制柜通过两种无线通信方式与机器人通信，一种是WIFI接入通道，另一种是Zigbee无线通信通道，实现备用冗余。

2.如权利要求1所述的一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***，其特征是：所述机器人通过WIFI接入隧道以太网，直接隧道消防控制柜通信，同时通过无线转有线光纤方式与上位机通信。

3.如权利要求1所述的一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***，其特征是：所述消防门控制器设置在隧道防火分区两端安装的消防门上。

4.如权利要求1所述的一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***，其特征是：所述隧道消防控制柜通过现场总线管理多个消防门控制器。

5.如权利要求3所述的一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***，其特征是：所述消防门采用通电加锁式电插锁，断电自动解锁模式；同时门上安装机械碰撞开关，机器人撞击或人员拍打即断开电插锁电源，解锁消防门。

6.如权利要求1所述的一种轨道机器人自动穿越消防门的冗余控制***，其特征是：所述环网使得机器人通过无线接收装置，在隧道内的任意位置都能接入，同时通过路由器将隧道网络与上位机的网络建立实时连接，使隧道内接入无线WIFI网络的设备全部接受上位机调度管理。

7.基于如权利要求1-6中任一项所述的控制***的控制方法，其特征是：机器人在需要通过消防门时，优先使用WIFI网络给隧道消防门控制柜下达开启相应位置的N号消防门指令，隧道消防门控制柜通过现场总线通知N号消防门控制器，N号消防门控制器通过总线按照顺序开启防火分区两端的开闭门控制器，机器人收到消防门开启状态信息后，机器人启动通过消防门，机器人安全通过后通知隧道消防门控制柜关闭消防门，再由隧道消防门控制柜下达指令给消防门控制器，实现消防门的关闭；

若机器人无法通过WIFI控制消防门和获取消防门状态，机器人自动启用Zigbee近场无线通道绕过隧道消防门控制柜，直接与消防门控制器建立通信，控制开闭器打开消防门，获取消防门开门状态，安全通过消防门。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征是：如果机器人与本地消防门控制板的两路通信链路全部失效，机器人对当前要执行的任务等级进行分析，如果为非紧急任务，机器人对现场环境进行分析，是否有威胁机器人安全的要素存在，如果没有紧急任务且环境不存在威胁要素，机器人保存故障记录；否则离开此消防分区，执行穿越消防门指令。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征是：机器人有紧急任务时，机器人进入非安全模式，关闭避障雷达，触碰消防门上安装的机械碰撞开关，解锁消防门。