本發(fā)明涉及儲(chǔ)氣柜活塞水平漂移度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

儲(chǔ)存煤氣的氣柜是能源工業(yè)和鋼鐵工業(yè)必不可少的大型設(shè)施。煤氣柜按密封方式有濕式煤氣柜和干式煤氣柜兩種。濕式煤氣柜為用水密封的套筒式圓柱形結(jié)構(gòu)；干式煤氣柜為用稀(干)油或柔膜密封的活塞式結(jié)構(gòu)。干式煤氣柜與濕式煤氣柜相比，有儲(chǔ)氣壓力高、壓力穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、煤氣不增濕、污染少、占地面積小及操作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在氣柜設(shè)計(jì)大多采用干式煤氣柜，干式煤氣柜其外部是一個(gè)圓柱體，內(nèi)部的活塞做成園拱形狀，是一個(gè)圓形，活塞的位置，即柜位，指示著儲(chǔ)氣量，活塞的上下運(yùn)動(dòng)指示著氣柜儲(chǔ)氣量的改變，因此柜位是煤氣柜設(shè)計(jì)中必須要監(jiān)測(cè)的參數(shù)。而活塞狀態(tài)，包括活塞平面是否傾斜、活塞水平位置是否發(fā)生漂移等非常重要的安全參數(shù)。如果活塞在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生傾斜且傾斜度達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)發(fā)生活塞卡軌，導(dǎo)致柜內(nèi)煤氣過(guò)壓或欠壓，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)發(fā)生活塞沖頂或落底，造成重大損失和安全隱患?；钊绻谒椒较虬l(fā)生漂移，則會(huì)導(dǎo)致活塞傾斜、密封皮膜扯斷，從而可能導(dǎo)致煤氣泄漏，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接發(fā)生氣柜爆炸，產(chǎn)生重大安全事故，且經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此為保證煤氣柜安全運(yùn)行，必須采用自動(dòng)化手段對(duì)煤氣柜中活塞的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過(guò)傳感器和智能儀器自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)控管理區(qū)域，實(shí)時(shí)顯示氣柜活塞的位置、傾斜度和漂移度參數(shù)，從而判斷氣柜的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)異常狀態(tài)實(shí)現(xiàn)預(yù)警或報(bào)警，對(duì)保障煤氣柜的安全運(yùn)行具有重要意義。

現(xiàn)有的煤氣柜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)壓力、容量、熱力參數(shù)、柜位高度等的監(jiān)測(cè)功能，近些年的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)活塞傾斜度的監(jiān)測(cè)。但是，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的氣柜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞水平漂移度的檢測(cè)，也沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道這種環(huán)境下活塞漂移度的檢測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能快速、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氣柜活塞水平漂移度系統(tǒng)和方法，為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

儲(chǔ)氣柜活塞水平漂移度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括超聲波測(cè)距傳感器及控制與信號(hào)處理模塊，所述超聲波測(cè)距傳感器沿所述活塞圓周等距安裝，所述控制與信號(hào)處理模塊安裝于活塞中心點(diǎn)；每?jī)蓚€(gè)圓心對(duì)稱的超聲波測(cè)距傳感器為一組通過(guò)脈沖回波法測(cè)量到氣柜內(nèi)壁的距離，并通過(guò)各自的信號(hào)傳輸線與控制與信號(hào)處理模塊連接，把各自檢測(cè)到的距離值傳送給控制與信號(hào)處理模塊，計(jì)算出活塞水平漂移值和漂移方位。

在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案：

所述的儲(chǔ)氣柜活塞水平漂移度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)超聲波測(cè)距傳感器測(cè)量本地與氣柜內(nèi)壁的距離，并將距離值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給控制與信號(hào)處理模塊；

(2)控制與信號(hào)處理模塊通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器采樣模擬通道的信號(hào)，取均值后送入數(shù)據(jù)分析模塊；

(3)控制與信號(hào)處理模塊的數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)如前所述的異常值判別標(biāo)準(zhǔn)剔除異常值，并將保留的測(cè)量數(shù)據(jù)送入?yún)?shù)運(yùn)算模塊；

(4)控制與信號(hào)處理模塊的參數(shù)運(yùn)算模塊通過(guò)建立模型得到活塞水平漂移值和漂移方位，并將此數(shù)據(jù)送入遠(yuǎn)程通信模塊；

(5)控制與信號(hào)處理模塊的遠(yuǎn)程通信模塊將活塞水平漂移值和漂移方位轉(zhuǎn)換成通信符號(hào)，以通信方式傳送到遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理中心；

(6)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理中心的計(jì)算機(jī)通過(guò)串行通信接口接收到參數(shù)，在軟件界面顯示儲(chǔ)氣柜的活塞水平漂移數(shù)據(jù)和狀態(tài)；如果漂移度參數(shù)超過(guò)了設(shè)定的警戒值，則計(jì)算機(jī)軟件顯示報(bào)警信息并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

所述模型如下：

將氣柜內(nèi)圓和活塞外圓為兩個(gè)同心圓，圓心位置設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0)；活塞外圓的半徑為r1，氣柜內(nèi)圓半徑為r2；若活塞外圓的圓心位置發(fā)生變化即表示活塞發(fā)生了漂移，計(jì)算出塞外圓的圓心位置，即可得到活塞平移的大小和角度；傳感器安裝于水平方向的圓周點(diǎn)s1(x1，y1),連氣柜內(nèi)圓圓心o(0,0)和s1(x1，y1)交氣柜內(nèi)圓于一點(diǎn)p1，此時(shí)s1p1為s1測(cè)得的距離d1，因此有r2-d1＝|os1|r2-d1＝|os1|，即

(x0+r1)²+y0²＝(r2-d1)²，通過(guò)計(jì)算即得活塞水平漂移值和漂移方位(x0，y0)。

所述方法還包括校驗(yàn)距離的設(shè)定及距離異常值的判別：當(dāng)活塞水平放置且沒(méi)有漂移時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)超聲波測(cè)距傳感器得到一個(gè)與氣柜內(nèi)圓的距離值，這個(gè)值為校驗(yàn)距離；在運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算之前通過(guò)與校驗(yàn)距離的比較，將異常值剔除。

沿活塞外圓均勻安裝n個(gè)傳感器，令這些傳感器坐標(biāo)為(xi，yi)，i＝1,2…n,n≥2；令第i個(gè)傳感器與x軸夾角為θi，

則

令pij＝cosθi-cosθj，qij＝sinθi-sinθj和dij＝[(r2-di)²-(r2-dj)²]/(2*r1)

引入相關(guān)性分析和回歸方程，計(jì)算得到組(pij,qij,dij)；

取任意兩組(pij,qij,dij)和(pmn,qmn,dmn)，只要pij≠pmn且qij≠qmn，即可聯(lián)立方程

得到活塞水平漂移值和漂移方位(x0，y0)。

由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的大型儲(chǔ)氣柜活塞水平漂移狀態(tài)的檢測(cè)方法和自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能對(duì)活塞運(yùn)行時(shí)的水平漂移度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)可以傳輸、顯示并報(bào)警。所提供的檢測(cè)方法和裝置也可以融入現(xiàn)有的柜位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上增加漂移狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。該系統(tǒng)的使用可以進(jìn)一步加強(qiáng)儲(chǔ)氣柜運(yùn)行的安全保障，防止由于活塞漂移過(guò)度導(dǎo)致活塞傾斜、扯斷密封圈等問(wèn)題引起的煤氣泄漏，預(yù)防發(fā)生嚴(yán)重爆炸事故。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的儲(chǔ)氣柜活塞水平漂移度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

圖2為本發(fā)明提供的模型示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1所示，氣柜活塞水平漂移度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括超聲波測(cè)距傳感器4及控制與信號(hào)處理模塊3，所述超聲波測(cè)距傳感器沿所述活塞圓周等距安裝，所述控制與信號(hào)處理模塊安裝于活塞2中心點(diǎn)；每?jī)蓚€(gè)圓心對(duì)稱的超聲波測(cè)距傳感器為一組通過(guò)脈沖回波法測(cè)量到氣柜1內(nèi)壁的距離，并通過(guò)各自的信號(hào)傳輸線與控制與信號(hào)處理模塊連接，把各自檢測(cè)到的距離值傳送給控制與信號(hào)處理模塊，計(jì)算出活塞水平漂移值和漂移方位。通常，漂移度傳感器模塊由八個(gè)超聲波測(cè)距傳感器組成，超聲波測(cè)距傳感器沿活塞圓周等距安裝；八個(gè)傳感器安裝方向依次為正東、東南45度、正南、西南45度，正西，西北45度，正北，東北45度。

所述控制與信號(hào)處理模塊包括微控制器、采樣模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、參數(shù)運(yùn)算模塊、遠(yuǎn)程通信模塊。

所述的儲(chǔ)氣柜活塞水平漂移度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)超聲波測(cè)距傳感器測(cè)量本地與氣柜內(nèi)壁的距離，并將距離值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給控制與信號(hào)處理模塊；

(2)控制與信號(hào)處理模塊通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器采樣模擬通道的信號(hào)，取均值后送入數(shù)據(jù)分析模塊；

(3)控制與信號(hào)處理模塊的數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)如前所述的異常值判別標(biāo)準(zhǔn)剔除異常值，并將保留的測(cè)量數(shù)據(jù)送入?yún)?shù)運(yùn)算模塊；

(4)控制與信號(hào)處理模塊的參數(shù)運(yùn)算模塊通過(guò)建立模型得到活塞水平漂移值和漂移方位，并將此數(shù)據(jù)送入遠(yuǎn)程通信模塊；

(5)控制與信號(hào)處理模塊的遠(yuǎn)程通信模塊將活塞水平漂移值和漂移方位轉(zhuǎn)換成通信符號(hào)，以通信方式傳送到遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理中心；

(6)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理中心的計(jì)算機(jī)通過(guò)串行通信接口接收到參數(shù)，在軟件界面顯示儲(chǔ)氣柜的活塞水平漂移數(shù)據(jù)和狀態(tài)；如果漂移度參數(shù)超過(guò)了設(shè)定的警戒值，則計(jì)算機(jī)軟件顯示報(bào)警信息并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

參數(shù)運(yùn)算模塊通過(guò)建立如下模型得到活塞水平漂移值和漂移方位：

將氣柜內(nèi)圓和活塞外圓為兩個(gè)同心圓，如圖2所示，圓心位置設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0)；活塞外圓的半徑為r1，氣柜內(nèi)圓半徑為r2；若活塞外圓的圓心位置發(fā)生變化即表示活塞發(fā)生了漂移，計(jì)算出塞外圓的圓心位置，即可得到活塞平移的大小和角度；傳感器安裝于水平方向的圓周點(diǎn)s1(x1，y1),連氣柜內(nèi)圓圓心o(0,0)和s1(x1，y1)交氣柜內(nèi)圓于一點(diǎn)p1，此時(shí)s1p1為s1測(cè)得的距離d1，因此有r2-d1＝|os1|r2-d1＝|os1|，即

(x0+r1)²+y0²＝(r2-d1)²，通過(guò)計(jì)算即得活塞水平漂移值和漂移方位(x0，y0)。

理論上只要有2個(gè)有效的測(cè)距點(diǎn)(任意兩個(gè)傳感器)，就能計(jì)算得到(x0，y0)。實(shí)際當(dāng)中為了提高精確性，可以沿圓周均勻安裝n個(gè)傳感器，令這些傳感器坐標(biāo)為(xi，yi)，i＝1,2…n,n≥2。令第i個(gè)傳感器與x軸夾角為θi，

則

令pij＝cosθi-cosθj，qij＝sinθi-sinθj和dij＝[(r2-di)²-(r2-dj)²]/(2*r1)

我們引入相關(guān)性分析和回歸方程，可以計(jì)算得到組(pij,qij,dij)(pij，qij，dij)。

取任意兩組(pij,qij,dij)和(pmn,qmn,dmn)(pij，qij，dij)和(pmn，qmn，dmn)，只要pij≠pmn且qij≠qmnpij≠pmn且qij≠qmn，即可聯(lián)立方程

求得更精確的活塞水平漂移值和漂移方位(x0，y0)。