本發(fā)明涉及儲氣柜活塞水平漂移度自動監(jiān)測系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

儲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，有儲氣壓力高、壓力穩(wěn)定、使用壽命長、煤氣不增濕、污染少、占地面積小及操作安全可靠等優(yōu)點，現(xiàn)在氣柜設(shè)計大多采用干式煤氣柜，干式煤氣柜其外部是一個圓柱體，內(nèi)部的活塞做成園拱形狀，是一個圓形，活塞的位置，即柜位，指示著儲氣量，活塞的上下運動指示著氣柜儲氣量的改變，因此柜位是煤氣柜設(shè)計中必須要監(jiān)測的參數(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)。如果活塞在運行過程中發(fā)生傾斜且傾斜度達(dá)到一定程度時，會發(fā)生活塞卡軌，導(dǎo)致柜內(nèi)煤氣過壓或欠壓，嚴(yán)重時將會發(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)重時會直接發(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行，必須采用自動化手段對煤氣柜中活塞的運行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測，并實現(xiàn)有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過傳感器和智能儀器自動采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)控管理區(qū)域，實時顯示氣柜活塞的位置、傾斜度和漂移度參數(shù)，從而判斷氣柜的運行狀態(tài)，并對異常狀態(tài)實現(xiàn)預(yù)警或報警，對保障煤氣柜的安全運行具有重要意義。

現(xiàn)有的煤氣柜運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要是對壓力、容量、熱力參數(shù)、柜位高度等的監(jiān)測功能，近些年的監(jiān)測系統(tǒng)也實現(xiàn)了對活塞傾斜度的監(jiān)測。但是，國內(nèi)外現(xiàn)有的氣柜運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)均沒有實現(xiàn)對活塞水平漂移度的檢測，也沒有文獻(xiàn)報道這種環(huán)境下活塞漂移度的檢測方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能快速、準(zhǔn)確監(jiān)測儲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：

儲氣柜活塞水平漂移度自動監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括超聲波測距傳感器及控制與信號處理模塊，所述超聲波測距傳感器沿所述活塞圓周等距安裝，所述控制與信號處理模塊安裝于活塞中心點；每兩個圓心對稱的超聲波測距傳感器為一組通過脈沖回波法測量到氣柜內(nèi)壁的距離，并通過各自的信號傳輸線與控制與信號處理模塊連接，把各自檢測到的距離值傳送給控制與信號處理模塊，計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：

所述的儲氣柜活塞水平漂移度自動監(jiān)測系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟：

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

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

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

(4)控制與信號處理模塊的參數(shù)運算模塊通過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，以通信方式傳送到遠(yuǎn)程的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理中心；

(6)監(jiān)測數(shù)據(jù)管理中心的計算機(jī)通過串行通信接口接收到參數(shù)，在軟件界面顯示儲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)超過了設(shè)定的警戒值，則計算機(jī)軟件顯示報警信息并發(fā)出聲光報警信號。

所述模型如下：

將氣柜內(nèi)圓和活塞外圓為兩個同心圓，圓心位置設(shè)為坐標(biāo)原點(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p1，此時s1p1為s1測得的距離d1，因此有r2-d1＝|os1|r2-d1＝|os1|，即

(x0+r1)²+y0²＝(r2-d1)²，通過計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)活塞水平放置且沒有漂移時對系統(tǒng)進(jìn)行測量，每個超聲波測距傳感器得到一個與氣柜內(nèi)圓的距離值，這個值為校驗距離；在運用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算之前通過與校驗距離的比較，將異常值剔除。

沿活塞外圓均勻安裝n個傳感器，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)明提供的大型儲氣柜活塞水平漂移狀態(tài)的檢測方法和自動監(jiān)測系統(tǒng)，能對活塞運行時的水平漂移度進(jìn)行檢測，檢測數(shù)據(jù)可以傳輸、顯示并報警。所提供的檢測方法和裝置也可以融入現(xiàn)有的柜位監(jiān)測系統(tǒng)中進(jìn)行綜合設(shè)計，在現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上增加漂移狀態(tài)監(jiān)測功能。該系統(tǒng)的使用可以進(jìn)一步加強(qiáng)儲氣柜運行的安全保障，防止由于活塞漂移過度導(dǎo)致活塞傾斜、扯斷密封圈等問題引起的煤氣泄漏，預(yù)防發(fā)生嚴(yán)重爆炸事故。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的儲氣柜活塞水平漂移度自動監(jiān)測系統(tǒng)。

圖2為本發(fā)明提供的模型示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

如圖1所示，氣柜活塞水平漂移度自動監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括超聲波測距傳感器4及控制與信號處理模塊3，所述超聲波測距傳感器沿所述活塞圓周等距安裝，所述控制與信號處理模塊安裝于活塞2中心點；每兩個圓心對稱的超聲波測距傳感器為一組通過脈沖回波法測量到氣柜1內(nèi)壁的距離，并通過各自的信號傳輸線與控制與信號處理模塊連接，把各自檢測到的距離值傳送給控制與信號處理模塊，計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超聲波測距傳感器組成，超聲波測距傳感器沿活塞圓周等距安裝；八個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)運算模塊、遠(yuǎn)程通信模塊。

所述的儲氣柜活塞水平漂移度自動監(jiān)測系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟：

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

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

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

(4)控制與信號處理模塊的參數(shù)運算模塊通過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，以通信方式傳送到遠(yuǎn)程的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理中心；

(6)監(jiān)測數(shù)據(jù)管理中心的計算機(jī)通過串行通信接口接收到參數(shù)，在軟件界面顯示儲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)超過了設(shè)定的警戒值，則計算機(jī)軟件顯示報警信息并發(fā)出聲光報警信號。

參數(shù)運算模塊通過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同心圓，如圖2所示，圓心位置設(shè)為坐標(biāo)原點(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p1，此時s1p1為s1測得的距離d1，因此有r2-d1＝|os1|r2-d1＝|os1|，即

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

理論上只要有2個有效的測距點(任意兩個傳感器)，就能計算得到(x0，y0)。實際當(dāng)中為了提高精確性，可以沿圓周均勻安裝n個傳感器，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)。