CN101104174A - 油品储罐清理液压式自控机器人 - Google Patents

Abstract

一种油品储罐清理液压式自控机器人，机器人包括机架、机架上端前部的转盘、与转盘轴相连的俯仰转盘，在俯仰转盘上面平行设置的探照灯、喷射头和摄像头，与两转盘液压摆动缸和喷射头相连的液压管线，设在机架下部前端与机架转轴机构相连和与液压缸相连的铲板，设在机架下部两侧的液压马达传动的履带机构，液压系统包括液压泵、液压源、机架上的液压马达、摆动缸、液压缸及其之间相连的液压管路和设在机架后端中部的保护液压管路和电线的集成管；控制系统包括PLC控制中心控制板、电路板、操作面板、控制柜、电磁阀和电机；PLC控制板和电路板设计在控制柜内，通过操作面板控制机器人、液压泵和泥浆泵工作，把污泥回收到污泥储存罐处理外运。

Description

油品储罐清理液压式自控机器人

一、技术领域

本发明涉及一种油品储罐清理除污除砂设备，具体地说是一种油品储罐清理液压式自控机器人。

二、背景技术

油品储罐在长时间的储运生产中，油品中的少量机械杂质、沙粒、泥土、重金属盐类以及石蜡和沥青质等重油性组分会因为比重差而自然沉降，积累在油罐底部，形成又黑又稠的胶状物质层，即为油罐底泥。底层油泥随着连续储运时间的增长而增多，久而久之，严重影响油罐的储运生产，必须定期进行清除。安全生产也要求油品储罐定期进行检查，德国早在1993年就要求原油储罐每隔5年必须检修一次，我国石化行业一般规定，原油储罐间隔5-6年应清洗检修。目前，国内外清罐的方法主要有：人力手工清罐法、热油循环清罐法、热水循环清罐法、化学药剂清罐法和机械清罐法。以上几种方法都存在着清罐周期长、清洗费时费力、清洗工艺不科学、清除的污泥不回收利用、污染环境，也存在着不安全因素。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种油品储罐清理液压式自控机器人，解决上述已有技术中存在的问题。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

机器人采用全液压驱动、摄像头监视、铲板机构清理、喷射头清洗、泥浆泵抽出、大罐储存处理和罐外自控作业程序方式。

本发明由机器人、液压系统、控制系统和污泥储存处理罐组成，其特征在于机器人包括机架、机架上端前部的转盘、与转盘轴相连的俯仰转盘，在俯仰转盘上面平行设置的探照灯、喷射头和摄像头，与两转盘液压摆动缸和喷射头相连的液压管线，设在机架下部前端与机架转轴机构相连和与液压缸相连的铲板，设在机架下部两侧的液压马达传动的履带机构，液压系统包括液压泵、液压源、机架上的液压马达、摆动缸、液压缸及其之间相连的液压管路和设在机架后端中部的保护液压管路和电线的集成管；控制系统包括PLC控制中心控制板、电路板、操作面板、控制柜、电磁阀和电机；PLC控制板和电路板设计在控制柜内，通过操作面板控制机器人、液压泵和泥浆泵工作，把污泥回收到污泥储存罐处理外运。

转盘和俯仰转盘在液压摆动缸作用下摆动，转盘带动俯仰转盘水平转角为300°，俯仰转盘带动探照灯、喷射头和摄像头上下俯仰，俯仰角为140°。

液压缸固定在机架前端中部，其活塞杆与铲板内下部活动连接，与铲板和机架之间的转轴连接机构配合使铲板上下升降。

履带传动机构由履带、传动轮、链轮、传动轴和液压马达组成，传动轴通过机架两侧与传动轮连接，传动轮与链轮啮合，链轮与履带链啮合，液压马达设置在传动轴的中部，带动传动轴转动。

履带外层设为橡胶层，内层设为钢质层，两层紧扣合一体。

探照灯和摄像头电线、喷射头水管、俯仰转盘、转盘、液压缸和传动轴液压马达的液压管线通过固定在机架后端上部的集成管与罐体外的液压泵站、水泵和控制柜分别连接。

液压控制系统设在罐外的液压泵站上，液压缸和摆动缸的手动换向阀换向管路，电磁换向阀换向管路及液压马达的电磁比例换向阀的换向管路并联在液压泵出口管路上，并联处设有减压阀，在液压泵出口处设有旁路，旁路上设有溢流阀和电磁阀；在液压马达进出口处设有单向节流阀，在摆动缸进出口之间设有溢流阀。

电气控制系统选用PLC作为控制中心，除视频信号以外的所有设备输入输出的控制信号直接进入PLC，由PLC进行控制。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1、方案合理、结构紧凑，机器人采用模拟化设计，罐内组装方便快捷。

2、机器人动作完全采用液压控制，机器人自身除防爆型探照灯和摄像头外，无其它电器和电路，确保了清理储罐的安全。

3、采用工控计算机和PLC控制中心控制机器人的工作，控制灵活，方便快捷。

4、液压泵、液压管路控制水泵、水泵泥浆泵和控制柜都设计在罐外的一个模块上，并设置在集装箱内，操作灵活、搬运方便。

5、铲板设为两层，外层设为橡胶型，确保了罐体和罐底的安全。

6、简化了清罐工艺、降低了清罐成本、提高了清罐速度、防止了环境污染。

四、附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1的右视图，

图3为图1的俯视图，

图4为液压控制原理示意图，

图5为电气控制系统示意图。

图1、2、3中1-机架  2-转盘  3-俯仰转盘  4-探照灯  5-摄像头  6-喷射头  7-液压缸  8-铲板  9-履带机构  10-集成管

图4中4-1-液压泵  4-2-溢流阀  4-3-单向阀  4-4-电磁比例换向阀4-5、8-单向节流阀  4-7、9-液压马达  4-10-减压阀  4-11-电磁换向阀4-12-液控换向阀  4-13-液压缸  4-14-溢流阀  4-15-上下摆动缸4-16-左右摆动缸  4-17-手动换向阀  4-18-电磁阀

五、具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明：

本发明由机器人、液压系统、控制系统和污泥储存处理罐组成，其特征在于机器人包括机架1、机架上端前部的转盘2、与转盘轴相连的俯仰转盘3，在俯仰转盘上面平行设置的探照灯4、喷射头6和摄像头5，与两转盘液压摆动缸和喷射头相连的液压管线，设在机架下部前端与机架转轴机构相连和与液压缸7相连的铲板8，设在机架下部两侧的液压马达传动的履带机构9，液压系统包括液压泵4-1、液压源、机架上的液压马达4-7、9、摆动缸4-15、16、液压缸4-13及其之间相连的液压管路和设在机架后端中部的保护液压管路和电线的集成管10；控制系统包括PLC控制中心控制板、电路板、操作面板、控制柜、电磁阀和电机；PLC控制板和电路板设计在控制柜内，通过操作面板控制机器人、液压泵和泥浆泵工作，把污泥回收到污泥储存罐处理外运。

1、总体设计

储油罐清理机器人总体方案采用模块化设计，使机器人能够方便拆开进入油罐标准入孔并在罐内快速方便组装。充分考虑作业环境，所有进罐部分要求防爆。储油罐清理机器人可分成以下几部分：

第一部分：架体部件：主要采用型材焊接结构。罐外液压泵站和控制室集中布置在一个集装箱中，以方便搬运和现场作业。

第二部分：行走机构：采用橡胶履带式行走机构，具有附着力强、牵引力大、不易损伤行走地面等特点，通过双液压马达驱动，差速实现转向，机动灵活。

第三部分：清洗部分：主要实现水平300°旋转，俯仰140°范围内摄像头传输图像、探照灯照明、高压喷射流清洗油罐底泥；利用铲板机构的前推下压作动实现油罐底泥清理。

第四部分：动力驱动部分：液压动力由液压泵站提供，采用液压马达驱动履带行走；采用旋转液压缸驱动喷射清洗部分摆动；采用液压缸推动铲板动作；高压喷射液流动力由喷射泵提供。

第五部分：电气控制部分：由PLC程序自动控制器完成规定的动作控制。在控制室操纵操纵杆实现罐外操作。控制系统设置完善的保护措施和报警提示，实现高可靠性控制作业。

储油罐清理机器人远程控制作业方式布置。排污抽吸系统用泥浆泵将底泥从罐底抽出，存放在一个缓冲罐中以备进一步处理。

2、机械结构设计

机械机构采用模块化设计，使机器人能够轻松拆开进入油罐标准人孔并在罐内快速方便组装，充分考虑作业环境，所有进罐部分要防爆、防水。

(1)铲板机构：铲板由1个液压缸驱动实现升降动作，铲板体结构为两层构成，内层是钢板，靠近地面的是橡胶板，以防作业过程中损坏罐体底部表面。

(2)行走机构的设计：行走机构采用橡胶履带式结构，由液压马达驱动履带行走机构来实现车体的移动。履带行走机构示意图3。

(3)清洗机构：采用摄像头、探照灯、喷嘴三合一的结构，由摆动液压缸驱动实现水平方向300°回转，垂直方向俯仰角140°范围内摆动，通过探照灯照明，由摄像头传输图像监视现场作业情况，以高压喷射流清洗油罐底泥。示意图如图4。

(4)控制室和液压站：控制室设操纵控制台控制储油罐清理机器人作业，并由监视器屏幕显示现场工作状况。将动力源液压泵站集中在同一个集装箱内，以方便搬运移动。

3、液压系统设计

储油罐清理机器人采用全液压驱动，由2个液压马达4-7、9实现行走，差速转向，2个液压摆动缸4-15、16驱动探照灯、摄像头5和喷射头6上下摆动和左右回转。设置1个液压缸4-13实现铲板升降动作。液压系统原理图见图4。

液压系统工作过程：

通过电磁比例换向阀4-4驱动液压马达4-7、9来控制行走速度和方向。

通过手动换向阀7或者电磁换向阀18来控制液控换向阀12驱动缸13运动，实现铲板上下摆动。

通过手动换向阀4-17或者电磁换向阀4-11来控制溢流阀4-14驱动摆动缸4-16，实现摄像头探照灯、喷射头左右架转。

泵通过电磁阀4-18、溢流阀4-2实现卸载。溢流阀4-14保护摆动缸4-15，实现摄像头探照灯、喷射头上下摆动。

通过手动换向阀17或者电磁换向阀4-11来控制溢流阀4-14驱动摆动缸4-16，实现摄像头探照灯、喷射头左右回转。

泵通过电磁阀4-18、溢流阀4-2实现卸载。溢流阀4-14保护摆动缸15、16工作。

4、电气控制系统设计

储油罐清理机器人电气控制系统选用PLC作为控制中心，除视频信号以外的所有设备输入输出信号直接进入PLC，由PLC来进行控制。视频信号由摄像头采集后直接由显示器输出，整个系统设计在控制柜内，操作按钮和显示屏设计在控制柜板面上，机器人电气控制系统示意图见图6。

(1)泵起停及继电保护系统

该系统控制动力有以下电机：喷水泵电机、液压站电机、排污泵电机。

每个电机的起停设独立按钮和指示灯；液压系统设置各种电磁阀、液控阀；

其它设备：照明，变压器，24V直流稳压电源，PLC及其它设备，空气开关，接触器，继电器，变压器。

以上设备的控制考虑集中在控制柜中。

(2)PLC控制及上位机系统

PLC系统是整个机器人的控制中心，除视频信号以外的所有设备输入输出信号直接进入PLC，由PLC来进行控制，控制内容包括：

输入部分：一键启动按钮、急停按钮，喷水泵、液压站、排污泵的手动启动和停止按钮，清洗组件的摆角控制，铲板控制，其它输入信号等。

输出部分：电机的手动启动和停止按钮指示灯，电机的输出控制信号，铲板液压缸的控制信号，摆缸的控制信号，驱动马达的控制信号，报警指示、警铃信号，其它输出信号等。

PLC配EEPROM存储卡使PLC程序可以掉电保护。

上位机方案：工业控制计算机与PLC通过MPI接口进行连接，在工控机上对PLC状态监视以及必要的参数显示和一些参数的设定。

5、安装调试

(1)安装方式：整个机器人分成架体部件、行走机构、清洗部分、动力驱动部分、电气控制部分等五部分，其安装过程如下：

先进行结构安装

电缆连接：机械框架安装完毕后，可以将电机控制柜的接线、PLC控制柜的接线进行连接。

控制液路连接：机械框架安装完毕后，可以将控制阀、控制电路连接。

(2)单体调试

在完成每个部件后，进行独立调试，主要对以下部件进行调试：行走部分、清洗部分、液压系统。

PLC控制柜测试，包括程序输入输出测试、上位机显示和操作测试，输出电磁阀控制测试，控制电机运行测试，系统运行测试。

电机起停继电保护控制柜测试：电压表、电流表、空气开关、接触器、输入输出开关、按钮指示灯和测试灯。

(3)整体调试

在完成全部安装后，先对各系统进行独立测试、联合测试。

完成上述全部调试工作后，进入实际的清罐来检验系统的可靠性和性能。

Claims (8)

1.一种油品储罐清理液压式自控机器人，由机器人、液压系统、控制系统和污泥储存处理罐组成，其特征在于机器人包括机架、机架上端前部的转盘、与转盘轴相连的俯仰转盘，在俯仰转盘上面平行设置的探照灯、喷射头和摄像头，与两转盘液压摆动缸和喷射头相连的液压管线，设在机架下部前端与机架转轴机构相连和与液压缸相连的铲板，设在机架下部两侧的液压马达传动的履带机构，液压系统包括液压泵、液压源、机架上的液压马达、摆动缸、液压缸及其之间相连的液压管路和设在机架后端中部的保护液压管路和电线的集成管；控制系统包括PLC控制中心控制板、电路板、操作面板、控制柜、电磁阀和电机；PLC控制板和电路板设计在控制柜内，通过操作面板控制机器人、液压泵和泥浆泵工作，把污泥回收到污泥储存罐处理外运。

2.根据权利要求1所述的油品储罐清理液压式自控机器人，其特征在于转盘和俯仰转盘在液压摆动缸作用下摆动，转盘带动俯仰转盘水平转角为300°，俯仰转盘带动探照灯、喷射头和摄像头上下俯仰，俯仰角为140°。

3.根据权利要求1所述的油品储罐清理液压式自控机器人，其特征在于液压缸固定在机架前端中部，其活塞杆与铲板内下部活动连接，与铲板和机架之间的转轴连接机构配合使铲板上下升降。

4.根据权利要求1所述的油品储罐清理液压式自控机器人，其特征在于履带传动机构由履带、传动轮、链轮、传动轴和液压马达组成，传动轴通过机架两侧与传动轮连接，传动轮与链轮啮合，链轮与履带链啮合，液压马达设置在传动轴的中部，带动传动轴转动。

5.根据权利要求1所述的油品储罐清理液压式自控机器人，其特征在于履带外层设为橡胶层，内层设为钢质层，两层紧扣合一体。

6.根据权利要求1所述的油品储罐清理液压式自控机器人，其特征在于探照灯和摄像头电线、喷射头水管、俯仰转盘、转盘、液压缸和传动轴液压马达的液压管线通过固定在机架后端上部的集成管与罐体外的液压泵站、水泵和控制柜分别连接。

7.根据权利要求1所述的油品储罐清理液压式自控机器人，其特征在于液压控制系统设在罐外的液压泵站上，液压缸和摆动缸的手动换向阀换向管路，电磁换向阀换向管路及液压马达的电磁比例换向阀的换向管路并联在液压泵出口管路上，并联处设有减压阀，在液压泵出口处设有旁路，旁路上设有溢流阀和电磁阀；在液压马达进出口处设有单向节流阀，在摆动缸进出口之间设有溢流阀。

8.根据权利要求1所述的油品储罐清理液压式自控机器人，其特征在于电气控制系统选用PLC作为控制中心，除视频信号以外的所有设备输入输出的控制信号直接进入PLC，由PLC进行控制。

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