一種軌道機器人自動穿越消防門的冗余控制系統及方法與流程

本發明涉及一種軌道機器人自動穿越消防門的冗余控制系統及方法。

背景技術：

城市電纜隧道是重要的公共基礎設施，內部一般安裝有110KV或500KV高壓電纜，這些都是城市供電的主動脈，電纜一旦爆炸起火,將會引起更嚴重的火災和停電事故,后果十分嚴重。

目前電纜隧道內部由若干防火門進行隔離的消防分區組成，每個消防分區都配置了消防給水及滅火的配套設施，一旦出現險情，發生火災，內部將產生大量有害氣體，人員無法進入現場，為此目前有的電纜隧道已經安裝智能巡檢設備，代替人員部分工作。目前的巡檢機器人在穿越防火門時，多采用直接機械頂開或單數據鏈控制方式，但這兩種方式都一定的缺陷，機械頂開方式防火門平時就關閉不嚴，再經過長期運行機械疲勞往往防火隔離效果不良；

而單數據鏈通信控制方式，往往系統穩定性差，一旦發生火災電纜損傷，導致巡檢機器人通信鏈路中斷，無法通過或逃離現場，造額外的經濟損失。

技術實現要素：

本發明為了解決上述問題，提出了一種軌道機器人自動穿越消防門的冗余控制系統及方法，本發明使得機器人可以通過隧道無線WIFI覆蓋，接入隧道光纖以太網遠程監控消防門狀態，在通過消防門時，進行消防門的開啟關閉控制；如果隧道發生火災或異常，主干光纖或無線WIFI覆蓋設備遭到破壞，巡檢機器人在靠近隧道消防門時，可以通過第二條數據鏈路Zigbee或其它近場通信方式控制消防門開啟關閉，避免機器人失去對消防門的控制；如果現場消防門供電系統失效，則消防門的電插鎖失效，機器人仍然可以通過前端保險杠頂開方式逃離防火分區。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種軌道機器人自動穿越消防門的冗余控制系統，包括上位機、隧道消防控制柜、通信網絡和消防門控制器，其中：

所述消防門控制器有多個，被配置為接收并執行消防門控制柜下發的命令，同時與機器人通信，接收機器人的命令，控制相應的消防門的打開和關閉；

所述隧道消防控制柜接入隧道內布設的通信網絡，以和與隧道內通信網絡覆蓋下的任何位置的機器人通信，接收機器人的請求，同時，接收消防門控制器的信息，監控其狀態；

所述上位機與隧道消防控制柜進行數據交互，實現消防門控制管理及消防門反饋狀態記錄、報警顯示處理，與機器人通信，并調度各個機器人，提前通知機器人隧道內相關消防門的狀態；

所述通信網絡，包括隧道內環網以及Zigbee無線網絡，所述環網包括設置在隧道內的多個無線接入點，光纖環網將無線接入點連接起來，形成環網，所述Zigbee無線網絡為多個消防門控制器的Zigbee無線通信通道形成的網絡；

所述隧道消防門控制柜通過兩種無線通信方式與機器人通信，一種是WIFI接入通道，另一種是Zigbee無線通信通道，實現備用冗余。

所述機器人通過WIFI接入隧道以太網，直接隧道消防控制柜通信，同時通過無線轉有線光纖方式與上位機通信。

所述消防門控制器設置在隧道防火分區兩端安裝的消防門上。

所述隧道消防控制柜通過現場總線管理多個消防門控制器。

所述機器人通過WIFI網絡接入隧道以太網，直接與上位機或者隧道消防控制柜通信。

所述消防門采用通電加鎖式電插鎖，斷電自動解鎖模式；同時門上安裝機械碰撞開關，機器人撞擊或人員拍打即斷開電插鎖電源，解鎖消防門。

所述環網使得機器人通過無線接收裝置，在隧道內的任意位置都能接入，同時通過路由器將隧道網絡與上位機的網絡建立實時連接，使隧道內接入無線WIFI網絡的設備全部接受上位機調度管理。

基于上述控制系統的控制方法，機器人在需要通過消防門時，優先使用WIFI網絡給隧道消防門控制柜下達開啟相應位置的N號消防門指令，隧道消防門控制柜通過現場總線通知N號消防門控制器，N號消防門控制器通過總線按照順序開啟防火分區兩端的開閉門控制器，機器人收到消防門開啟狀態信息后，機器人啟動通過消防門，機器人安全通過后通知隧道消防門控制柜關閉消防門，再由隧道消防門控制柜下達指令給消防門控制器，實現消防門的關閉；

若機器人無法通過WIFI控制消防門和獲取消防門狀態，機器人自動啟用Zigbee近場無線通道繞過隧道消防門控制柜，直接與消防門控制器建立通信，控制開閉器打開消防門，獲取消防門開門狀態，安全通過消防門。

如果機器人與本地消防門控制板的兩路通信鏈路全部失效，機器人對當前要執行的任務等級進行分析，如果為非緊急任務，機器人對現場環境進行分析，是否有威脅機器人安全的要素存在，如果沒有緊急任務且環境不存在威脅要素，機器人保存故障記錄；否則離開此消防分區，執行穿越消防門指令。

機器人有緊急任務時，機器人進入非安全模式，關閉避障雷達，觸碰消防門上安裝的機械碰撞開關，解鎖消防門。

本發明的有益效果為：

本發明可以實現機器人自由穿越電力隧道的防火分區，機器人實現了無線WIFI遠距離控制檢測消防門，及近距離Zigbee無線控制開關消防門的冗余控制，避免隧道發生火災或其他意外導致WIFI無線通道斷開后，機器人無法通過消防門，無法完成應急災害處置及應急逃離而造成重大經濟損失。

附圖說明

圖1是系統結構圖；

圖2是機器人控制框圖。

圖3是機器人穿越消防門冗余控制調度流程框圖。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

一種軌道機器人自動穿越消防門的冗余控制系統由上位機，隧道消防控制柜，消防門控制器，軌道機器人組成。

所述上位機通過光纖經過路由器與隧道消防控制柜進行數據交互，實現消防門控制管理及消防門反饋狀態記錄、報警顯示處理；通過無線WIFI通道管理調度隧道巡檢機器人，可以提前通知機器人隧道內相關消防門的狀態。

所述隧道消防控制柜在現場直接通過網線接入到隧道已經布有的隧道網絡中，可以與隧道內WIFI覆蓋下的任何位置的機器人通信。隧道消防控制柜通過現場總線管理多個消防門控制器，上報消防門的故障與狀態。

所述消防門控制器用來控制開閉門器，實現消防門的打開和關閉。一方面，它可以直接通過現場總線與消防門控制柜通信，執行消防門控制柜下發的命令，另一方面，通過其本身的Zigbee網絡可以直接和軌道機器人通信，接受機器人的命令，實現消防門的開閉操作。

所述軌道機器人可以通過兩種無線通信方式控制消防門，一種是WIFI接入通道，另一種是Zigbee無線通信通道。

所述軌道機器人通過WIFI接入隧道以太網，可以直接與上位機或者隧道消防控制柜通信。

所述軌道機器人，在需要通過消防門時，優先使用WIFI網絡給隧道消防門控制柜下達開門指令，隧道消防門控制柜通過現場總線通知消防門控制器，控制箱通過總線控制開閉門器，以實現消防門的開。Zigbee無線通道是WIFI通信的備用通道，當WIFI通道中斷后，機器人自動啟用Zigbee近場無線通道繞過隧道消防門控制柜，直接與消防門控制器建立通信，控制開閉門器打開消防門，獲取消防門開門狀態，安全通過消防門。

一種軌道機器人自動穿越消防門的冗余控制方法，包括以下步驟：

步驟1：在隧道內安裝隧道消防控制柜；

步驟2：在隧道防火分區兩端安裝消防門及消防門控制器；

步驟3：隧道消防門處理；

步驟4：隧道內無線覆蓋網絡的構建；

步驟5：機器人巡檢，實現穿越消防門的冗余控制；

步驟6：上位機消防門控制管理及狀態記錄。

所述步驟1和2：在隧道內安裝隧道消防控制柜，在隧道防火分區兩端安裝消防門及消防門控制器。隧道消防控制柜通過現場總線管理多個消防門控制器；隧道消防控制柜在現場直接通過網線接入到隧道已經布有的隧道網絡中，可以與隧道內WIFI覆蓋下的任何位置的機器人通信；軌道機器人通過WIFI接入隧道以太網，可以直接與上位機或者隧道消防控制柜通信。

所述步驟3，對隧道內消防門所實用的電插鎖采用通電加鎖，斷電自動解鎖模式；同時門上安裝機械碰撞開關，機器人撞擊或人員拍打可斷開電插鎖電源，解鎖消防門，避免火災發生本地消防門控制器損壞，人員或機器人無法通過情況發生。

所述步驟4，在隧道內搭建無線覆蓋網絡，每隔一定的距離安裝一套無線AP，通光纖環網將AP連接起來，機器人通過無線接收裝置，在隧道內的任意位置都能接入環網；同時通過路由器將隧道網絡與上位機的網絡建立實時連接，使隧道內接入無線WIFI網絡的設備全部接受上位機調度管理。

所述步驟5：機器人沿軌道在隧道內自動巡檢，機器人安裝有兩種無線通信模塊，一種是WIFI接入模塊，另一種是Zigbee無線通信模塊。WIFI模塊通過無線AP接入隧道以太網可以直接訪問上位機及隧道消防控制柜。

機器人在需要通過消防門時，優先使用WIFI網絡給隧道消防門控制柜下達開啟N號消防門指令，隧道消防門控制柜通過現場總線通知N號消防門控制器，N號消防門控制器通過總線按照順序開啟1號和2號開閉門控制器，機器人收到消防門開啟OK狀態后，機器人啟動通過消防門，機器人安全通過后通知隧道消防門控制柜關閉消防門，再由隧道消防門控制柜下達指令給消防門控制器，實現消防門的關閉。

Zigbee無線通道是在WIFI通道故障時啟用，機器人要通過某個消防門時，但這時無法通過WIFI控制消防門和獲取消防門狀態，機器人自動啟用Zigbee近場無線通道繞過隧道消防門控制柜，直接與消防門控制器建立通信，控制開閉器打開消防門，獲取消防門開門狀態，安全通過消防門。

若WIFI通道與Zigbee通道全部失效后，且有緊急任務需要通過消防門，機器人則進入非安全模式，關閉避障雷達，以緩慢的速度嘗試頂開消防門通過防火分區。

所述步驟6：上位機通過光纖通信與隧道消防控制柜進行數據交互，實現消防門控制管理及消防門反饋狀態記錄、報警顯示處理；通過無線WIFI通道管理調度隧道巡檢機器人，可以提前通知機器人N號消防門的狀態。

如圖1所示，一種軌道機器人自動穿越消防門的冗余控制系統由上位機，隧道消防控制柜，消防門控制器，軌道機器人組成

上位機通過光纖經過路由器與隧道消防控制柜進行數據交互，實現消防門控制管理及消防門反饋狀態記錄、報警顯示處理；通過無線WIFI通道管理調度隧道巡檢機器人，可以提前通知機器人隧道內相關消防門的狀態。

隧道消防控制柜在現場直接通過網線接入到隧道已經布有的隧道網絡中，可以與隧道內WIFI覆蓋下的任何位置的機器人通信。隧道消防控制柜通過現場總線管理多個消防門控制器，上報消防門的故障與狀態。

消防門控制器用來控制開閉門器，實現消防門的打開和關閉。一方面，它可以直接通過現場總線與消防門控制柜通信，執行消防門控制柜下發的命令，另一方面，通過其本身的Zigbee網絡可以直接和軌道機器人通信，接受機器人的命令，實現消防門的開閉操作。

軌道機器人可以通過兩種無線通信方式控制消防門，一種是WIFI接入通道，另一種是Zigbee無線通信通道。軌道機器人通過WIFI接入隧道以太網，可以直接與上位機或者隧道消防控制柜通信。軌道機器人，在需要通過消防門時，優先使用WIFI網絡給隧道消防門控制柜下達開門指令，隧道消防門控制柜通過現場總線通知消防門控制器，控制箱通過總線控制開閉門器，以實現消防門的開。Zigbee無線通道是WIFI通信的備用通道，當WIFI通道中斷后，機器人自動啟用Zigbee近場無線通道繞過隧道消防門控制柜，直接與消防門控制器建立通信，控制開閉門器打開消防門，獲取消防門開門狀態，安全通過消防門。

如圖2所示，本框圖說明，機器人可以通過消防控制柜控制本地消防門控制器，也可以直接控制本地消防門控制器，這種控制方式的優點是，對消防門采用雙通道冗余控制，優先采用主通道，可以通過隧道消防控制柜提前獲知所有消防門的狀態信息，當主通道中斷后，機器人在需要通過的消防門附近可以通過子通道直接控制本地消防門控制器，啟動開閉門器控制消防門。

如圖3所示，機器人穿越消防門冗余控制調度流程如下步驟：

1、啟動穿越消防門。

2、定位要通過的消防門：機器人對路徑分析，識別需要穿越的消防門編號。

3、啟動WIFI鏈路控制：優先啟動WIFI控制鏈路，機器人通過WIFI鏈路嘗試與消防門本地控制器建立通信，通信正常機器人通知隧道消防控制柜控制消防門本地控制板開啟某個消防門；如果嘗試3次不能與消防門本地控制器建立連接，則啟動Zigbee通信鏈路。

4、啟動Zigbee通信鏈路：機器人進入zigbee通信距離范圍內后，通過Zigbee通道直接控制消防門本地控制板，開啟消防門。通信鏈路正常則進入開門控制流程；否則嘗試3次通信鏈路依然故障，則進入任務等級及現場環境條件分析流程，決定是否必須穿越消防門。

5、開門控制流程：通信信道(WIFI或Zigbee)成功建立后，機器人通知開門控制指令，并檢查消防門開門狀態，開門到位后，機器人執行穿越運動。

6、任務、生存環境分析評估：機器人與本地消防門控制板的兩路通信鏈路全部失效后，機器人對當前要執行的任務等級進行分析，如果為非緊急任務，機器人對現場環境進行分析，是否有威脅機器人安全的要素(如火災、水浸等)存在，如果沒有緊急任務且環境良好，機器人將保存故障記錄，退出流程；否則進入緊急模式。

7、緊急處理模式：機器人存在機器人任務，或此消防分區不安全，機器人必須離開此消防分區，執行穿越消防門指令；機器人則進入非安全模式，關閉避障雷達，以緩慢的速度嘗試頂開消防門通過防火分區；機器人頂到消防門上安裝的機械碰撞開關，不管消防門是否有電，都給電插鎖切斷電源，解鎖消防門，避免火災發生時本地消防門控制器損壞，機器人無法通過情況發生。

8、通過消防門后關門控制：機器人成功穿過消防門后，通知此消防門關閉，退出控制流程。

9、保存故障記錄：機器人檢測到通信故障后，保存故障記錄，退出控制流程。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。