CN102253667A - 一种凝汽器清洗机器人远程监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凝汽器清洗机器人远程监控系统及其监控方法，该系统包括多个客户端、一个服务器和多个用于实施凝汽器清洗操作的清洗机器人；多个客户端均通过Internet网络与服务器连接，多个清洗机器人通过工业以太网与服务器相连；客户端设有登录模块、机器人运动状态监测模块、高压水枪状态监测模块、凝汽器室环境状态监测模块和视频图像声纳数据监测模块。该凝汽器清洗机器人远程监控系统及其监控方法具有远程监控清洗机器人的运动和清洗等动作。

Description

一种凝汽器清洗机器人远程监控系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及一种凝汽器清洗机器人远程监控系统及其监控方法，本发明用于远程监测清洗机器人状态和凝汽器环境参数、远程控制清洗机器人的运动和清洗等动作。

背景技术

凝汽器是电力、制药、化工等行业的大型换热设备，其热交换性能的高低直接影响到能源的利用率，关系到工厂的节能减排。由于工业领域使用的凝汽器通常采用水冷方式，直接取自江河湖泊的自然水源不干净，加之热交换时伴随化学反应，致使铜管内壁积聚了一些不利于传热的污垢，使得凝汽器换热面的传热能力大幅下降，进而使得汽轮机效率降低。因此，必须定期对凝汽器进行清洗。

目前凝汽器清洗使用的是智能移动清洗机器人(专利号为CN200810143704.9)，它采用履带式结构，通过视觉伺服定位系统可以自由移动到任意位置，支持高压水射清洗和化学清洗，适应于大型冷凝器清洗。由于目前机器人技术的不成熟、水下环境复杂、能见度低、冷却水流速较大，智能移动清洗机器人(专利号为CN200810143704.9)自身并不能顺利的完成清洗任务。因此需要人工远程进行辅助操作。人工辅助操作需要能够远程监测清洗机器人的状态以及感知清洗机器人的运行环境，目前尚无远程监控系统能够满足凝汽器远程监测的任务要求，无法远程采集现场的图像和各传感器信息，不能实现现场的远程监测，无法实时掌握冷凝器室的冷却水流量、流速、压力、温度等信息，无法实时监测高压水枪内的高压水压力、流速、清洗剂浓度等信息，因此不能保证清洗机器人自身的安全以及清洗任务的顺利完成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种凝汽器清洗机器人远程监控系统及其监控方法，该凝汽器清洗机器人远程监控系统及其监控方法具有远程监控清洗机器人的运动和清洗等动作。

本发明的技术解决方案如下：

一种凝汽器清洗机器人远程监控系统，包括多个客户端、一个服务器和多个用于实施凝汽器清洗操作的清洗机器人；

多个客户端均通过Internet网络与服务器连接，多个清洗机器人通过工业以太网与服务器相连；

客户端设有登录模块、机器人运动状态监测模块、高压水枪状态监测模块、凝汽器室环境状态监测模块和视频图像声纳数据监测模块。

登录模块用于客户基于用户名和密码从客户端登陆；

机器人运动状态监测模块用于监控各个运动控制轴的状态，运动控制轴的状态包括限位开关是否触发、控制轴使能状态、控制轴连接的伺服驱动器是否报警、控制轴驱动电流是否过载；

高压水枪状态监测模块用于监控高压水枪内的高压水压力和清洗剂的浓度；高压水就是从高压水枪出来的能够清洗污垢的高速高压水流，就跟洗车用的高压水一样；冷却水是冷凝器室内常年流动的水，这个冷却水的作用是让冷凝器管道内的蒸汽降低到设定的温度；

凝汽器室环境状态监测模块用于监控凝汽器室内与污垢形成和清洗有关的环境参数，所监测参数包括凝汽器室内的冷却水流量、流速、温度；

视频图像声纳数据监测模块用于监测清洗机器人所处的水下环境，包括对障碍物和冷凝器管的管口位置的监控；

监控管口的位置是为了让机器人完成后续的工作----管口定位，就是通过图像找到管口的位置，让机器人的高压水枪喷头对准这个位置。

服务器与清洗机器人通过工业以太网使用CAN总线或者MODBUS协议连接。

具体步骤如下：

步骤1：用户登陆：用户在某一客户端登陆，进入监控界面；

步骤2：监控建立：该客户端向某一清洗机器人发出监控请求，该清洗机器人接受该客户端的请求后，将实时采集的监测数据返回给该客户端；

步骤3：监控步骤：客户端基于收到的检测数据，并根据预设的数值范围判断监控数据是否异常，如果监控数据异常则发出控制命令给该清洗机器人，该清洗机器人根据收到的控制命令执行相应的操作；客户端发出该控制命令后继续监控；

步骤4：监控完成：当用户在该客户端提出结束监控请求，则该用户退出登陆，该客户端释放对该清洗机器人的监控。

每一个清洗机器人在每一个时刻只能接受一个客户端的监控(即每一个清洗机器人不能同时接受2个客户端的监控)。

有益效果：

本发明的凝汽器清洗机器人远程监控系统及其监控方法，具有如下优点特点和有益效果：

1、架构简单明了

架构简单，系统结构图清晰明了，系统由客户端、服务器、清洗机器人构成。

2、硬件体系搭建方便

硬件体系搭建方便，客户端与服务器的连接通过任意的网络连接方式即可实现；服务器与清洗机器人通过工业以太网连接，可以保证网络传输的稳定性。

3、软件使用清晰易懂

软件使用清晰易懂，按照监测参数的不同，将不同监测对象的状态和数据在独立的区域进行显示，每个区域配有历史数据查询、数据存储、报表打印、故障报警、控制操作等功能按钮，所有的操作实现均封装在服务器端，保证操作实现的实时性和安全性。

4、可完成多种监测任务

能够有效的监测清洗机器人的运动控制轴状态、高压水枪的状态、清洗机器人的运动状态等。

能有效的监测高压水枪内高压水的压力流量、清洗剂浓度以及凝汽器当前冷却水的流量、流速、温度等参数。

能有效传输监测水下的视频图像、声纳数据等环境参数。

5、可降低清洗机器人的损耗、提高清洗效率

清洗机器人远程监控系统能够很好的监测清洗机器人的各种状态，由于加强了现场环境信息的获取，可以减少清洗机器人在未知环境中或者紧急情况下的损耗，可以提高清洗机器人的清洗效率。

6、具有良好的可扩展性

清洗机器人远程监控系统采用模块化编程思想，每个模块都采用统一的编写标准，可以方便以后的监测扩展。

附图说明

图1为本发明凝汽器清洗机器人远程监控系统在实施例一中的系统结构示意图；

图2为本发明凝汽器清洗机器人远程监控系统在实施例一中的软件功能图；

图3为本发明凝汽器清洗机器人远程监控系统在实施例一中的模块功能图；

图4为本发明凝汽器清洗机器人远程控制系统的控制结构图；

图5为本发明凝汽器清洗机器人的各个控制轴标识图；其中图a为侧视图，图b为主视图；

标号说明：

1、第一控制轴，2、第二控制轴，3、第三控制轴，4、第四控制轴，5、第五控制轴，6、推杆，7、旋转臂。

图6为本发明凝汽器清洗机器人远程监控方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

本实施例中的一种用于清洗机器人的远程监控系统，具备远程登录，远程监测清洗机器人状态、监测凝汽器环境参数，远程控制清洗机器人运动和清洗，故障报警，历史数据存储以及打印报表的功能。远程监控系统的硬件体系由至少一个客户端、服务器、至少一个清洗机器人，客户端与服务器通过Internet网络使用TCP/IP协议进行连接；服务器与清洗机器人通过工业以太网使用CAN总线或者MODBUS协议连接。所述服务器先与各个清洗机器人建立数据连接，所述清洗机器人将实时采集各个状态数据发送给所述服务器，所述服务器等待所述客户端的监控请求。所述客户端通过网络连接到所述服务器后向所述服务器发送监控请求，所述服务器验证其合法性之后发送监测数据至所述客户端。所述客户端通过网络连接到所述服务器后向所述清洗机器人发送控制命令，控制命令经所述服务器转发到所述清洗机器人，所述清洗机器人接受到控制命令后进行校验，校验成功后执行相应指令。所述远程监控系统可同时对多路信号进行监控，如运动状态信号、高压水状态信号、冷却水状态信号、视频图像信号、声纳数据信号。这多路信号相互独立，某一路信号出现中断时不影响其他几路信号的传输和监控。

如图1所示，凝汽器清洗机器人远程监控系统含有两个客户端C1和C2、一个服务器及两个清洗机器人R1和R2。其中客户端C1和C2与服务器通过网络连接，该网络可以是TCP/IP网络；服务器与清洗机器人使用的工业以太网是CAN总线连接方式。所述服务器先与清洗机器人R1及R2建立数据连接，所述清洗机器人R1及R2将实时采集各个状态数据发送给所述服务器，所述服务器等待所述客户端C1或者客户端C2的监控请求。所述客户端C1通过网络连接到所述服务器后向所述服务器发送监控所述清洗机器人R1的请求，所述服务器验证其合法性之后将所述清洗机器人R1的监测数据发送至所述客户端C1。所述客户端C1通过网络连接到所述服务器后向所述清洗机器人R1发送控制命令，控制命令经所述服务器转发到所述清洗机器人R1，所述清洗机器人R1接受到控制命令后进行校验，校验成功后执行相应指令。

需要说明的是所述客户端C1也可以监控所述清洗机器人R2，及监控请求不限于对应序号。同时客户端C2也可以监控所述清洗机器人R1。但是同一台清洗机器人同时只能接受来自最多不超过一台客户端的监控请求，只有在当前客户端释放当前监控的清洗机器人的控制权之后，其他客户端才有权限控制当前控制的清洗机器人。即当所述客户端C1正在监控所述清洗机器人R1时，客户端C2不能监控所述清洗机器人R1，只有当所述客户端C1释放了对所述清洗机器人R1的控制权之后，客户端C2才能监控所述清洗机器人R1。

需要说明的是所述远程监控系统可同时对五路信号进行监控，包括运动状态信号、高压水状态信号、冷却水状态信号、视频图像信号、声纳数据信号。这五路信号相互独立，某一路信号出现中断时不影响其他几路信号的传输和监控。

所述凝汽器清洗机器人远程监控系统的软件体系如图2所示，包括登录模块、机器人运动状态监测模块、高压水枪状态监测模块、凝汽器室环境状态监测模块、视频图像声纳数据监测模块。登录模块是为了保证系统的安全性，每次使用系统时需要验证用户的合法性。机器人运动监测模块的功能是主要负责机器人的运动状态监测，监测参数包括但不限于各个运动控制轴的状态如限位开关是否触发、控制轴使能状态、控制轴连接的伺服驱动器是否报警、控制轴驱动电流是否过载等。高压水枪状态监测模块的功能是主要负责高压水枪内的高压水状态的监测，监测参数包括但不限于高压水枪内的高压水压力、流量、流速和清洗剂的浓度等参数。凝气器室环境状态监测模块的功能是主要负责监测凝汽器室内与污垢形成和清洗有关的环境参数，监测参数包括但不限于凝汽器室内的冷却水流量、流速、温度等参数。视频图像声纳数据监测模块的功能是主要负责监测清洗机器人所处的水下环境，监测参数包括但不限于清洗机器人的位置、清洗机器人当前所处的环境结构(如地面、墙面、障碍物等)、冷凝器管的管口位置等参数。

所述各监测模块包含监测子模块、控制子模块、数据存储子模块、历史数据查询子模块、故障报警子模块、报表打印子模块。不同的监测模块下的监测子模块完成各自的监测任务，并在系统界面相应的区域显示监测参数，如视频图像以视频的形式实时显示当前清洗机器人的环境；声纳数据则以二维图像的形式实时显示在界面内，同时标识出当前清洗机器人的位置。控制子模块则向清洗机器人发送相应的控制命令，如控制清洗机器人的前进后退转向和急停、高压水枪的升降、高压水枪的开关和水压水速的调整、清洗剂浓度阀的调整、视频和声纳等设备的开启和关闭等。数据存储子模块负责存储当前所采集到的各种数据，以视频格式、Excel表格等形式保存。历史数据查询子模块主要负责在数据库中检索历史数据。故障报警子模块负责监测各监测模块设备是否正常工作及进行故障报警。报表打印子模块负责各监测模块的打印请求如环境参数、控制轴状态参数、故障信息等。

所述清洗机器人远程监控系统的控制结构如图4所示，输出为清洗机器人的行进速度、高压水枪的开关量、电机电力供应量，输入为控制指标，受控对象为清洗机器人的位姿、高压水的压力、清洗剂的浓度。各控制轴的状态信息、高压水枪的状态信息、凝汽器室环境信息、视频图像声纳数据等信息经过工业以太网传送给服务器，服务器经由internet传送给客户端，由客户端处理得到的决策信息再由internet传送给服务器，再经由工业以太网传回清洗机器人，决策信息经过清洗机器人的控制器、执行器处理作用于受控对象，完成控制任务。

下面以运动状态监测模块为例介绍各个监测模块的工作流程。

所述机器人运动状态监测模块如图3所示，包括机器人各控制轴(如图5所示，第一控制轴和第二控制轴负责清洗机器人的整体运动，第三控制轴负责控制清洗机器人的底盘旋转，第四控制轴负责控制清洗机器人的大臂旋转，第五控制轴负责控制清洗机器人的喷枪运动)状态监测子模块、控制轴控制子模块、数据存储子模块、历史数据查询子模块、故障报警子模块、报表打印子模块。所述清洗机器人的各个运动控制轴的状态参数经由所述服务器发送到所述客户端，并在所述客户端的所述远程监控系统的所述控制轴状态监测子模块显示。控制轴状态参数由所述数据存储子模块保存，所述数据存储子模块每隔30分钟自动保存一次控制轴状态参数，然后自动清零；同时可以手动保存当前数据。如果所述历史故障报警子模块发出报警信号，所述数据存储子模块会记录当前报警信息并存储。当所述历史故障报警子模块发出报警信号时或者需要执行运动任务时，可以通过所述控制轴控制子模块向控制轴发送控制指令，经由所述服务器向所述清洗机器人转发，所述清洗机器人接受指令并校验后执行控制指令。通过所述历史数据查询子模块可以随时查询30分钟以内的控制轴状态参数以及每天运动控制轴的运行状态如是否异常。最后随时可以通过所述报表打印子模块打印30分钟内控制轴状态以及每天运动控制轴的运行状态。

机器人运动状态监测模块的工作流程为：首先状态监测子模块将清洗机器人R传回的机器人各个运动控制轴的状态参数信息显示在系统界面上，同时数据存储子模块将状态参数信息存储起来，每隔30分钟自动清零；然后监控人员可以根据参数范围表判断是否出现异常(包括通信中断、电机电力供应中断、电机过载过速、电机失控等)，没有则继续监测；如果出现异常情况，数据存储子模块将异常信息存储在异常日志里以备查询，监控人员根据异常情况处理表进行相应的操作，在监控结束时打印异常日志。

本发明还揭示了一种凝汽器清洗机器人远程监控方法，如图6，其步骤包括：

客户端C1远程登录服务器，输入用户名、密码、验证码，服务器S查询数据库判断客户端是否具有访问权限，通过确认则进入清洗机器人远程监控界面。

客户端C1进入远程监控界面后通过网络向服务器S发送对清洗机器人R1的运动状态、高压水枪状态、凝汽器室环境状态、视频图像声纳数据进行监控的请求。

服务器S接受监测请求后验证客户端C1的监控请求是否合法，查询客户端C1监控请求中的清洗机器人R1是否正在被监控，如果请求监控的清洗机器人R1处于空闲状态，服务器S就向请求监控的清洗机器人R1转发客户端C1的监控请求。否则返回请求监控清洗机器人R1忙碌的状态，让客户端C1等待。一旦监控关系成功建立，则在服务器S端建立了一张对应关系表，以维持C1对R1的监控关系。

清洗机器人R1实时采集各状态数据并返回监测数据。首先清洗机器人通过运动控制卡采集各运动控制轴的状态信息，通过装配在高压水枪上的流量传感器、流速传感器、压力传感器采集高压水枪内的高压水压力、流量、流速参数，通过配备在高压水枪处的清洗剂浓度监测仪采集清洗剂浓度，通过监测冷却水的流量传感器、流速传感器采集冷却水的流量、流速参数，通过水下摄像机采集视频图像，通过声纳传感器采集声纳数据。然后清洗机器人R1通过工业以太网将控制轴状态参数、高压水枪状态参数、凝汽器环境状态参数、视频图像、声纳数据实时传输给服务器S。服务器S将各状态数据转发给客户端C1。

客户端监C1测各状态数据。操作人员在客户端C1的显示界面上实时监测包括控制轴状态参数、高压水枪状态参数、凝汽器环境状态参数、视频图像、声纳数据在内的各种参数，通过历史数据查询来查看对比现在的状态参数是否异常。

客户端操作人员判断是否出现异常或者清洗机器人R1是否发出警报信息。客户端操作人员根据已有经验判断监测到的数据是否异常，主要监测运动控制轴是否过压、过流，高压水流速是否变小，清洗剂浓度变化是否异常，冷却水温度是否正常，清洗机器人是否遇到障碍物等异常情况。或者清洗机器人R1发出的报警信号，根据报警信号判断报警位置。报警信号分类如下表所示。

如果出现异常或者警报，则客户端操作人员确定应对策略，经由客户端发送控制命令。如果没有出现则继续进行数据监测。

客户端C1通过网络经由服务器S转发向清洗机器人R1发送控制指令。客户端C1发送的控制指令可以是让控制轴减速的过压过流保护指令，也可以是高压水枪减小或增大高压水压力的指令，也可以是调整视频分辨率的指令。

清洗机器人R1接受由服务器S转发过来的控制指令后进行校验，校验成功后执行相应控制指令。清洗机器人R1不校验指令是由哪个客户端发送，只负责校验指令信息是否完整。服务器S负责将客户端发送的控制指令进行剥离，找到客户端C1对应控制的清洗机器人R1，并将控制指令转发给清洗机器人R1。

客户端C1判断监控是否结束，如果没有结束则继续进行数据监测。监控结束之后，退出登录，并释放对所控清洗机器人R1的监控。服务器S清除所控清洗机器人R1的受控状态，为下一个申请监控请求的客户端提供监控服务。

本发明中的客户端可以有多台计算机，可以分布在任意位置。清洗机器人可以有多台，可以分布在不同的冷凝器室。

Claims (4)

1.一种凝汽器清洗机器人远程监控系统，其特征在于，包括多个客户端、一个服务器和多个用于实施凝汽器清洗操作的清洗机器人；

多个客户端均通过Internet网络与服务器连接，多个清洗机器人通过工业以太网与服务器相连；

客户端设有登录模块、机器人运动状态监测模块、高压水枪状态监测模块、凝汽器室环境状态监测模块和视频图像声纳数据监测模块。

登录模块用于客户基于用户名和密码从客户端登陆；

机器人运动状态监测模块用于监控各个运动控制轴的状态，运动控制轴的状态包括限位开关是否触发、控制轴使能状态、控制轴连接的伺服驱动器是否报警、控制轴驱动电流是否过载；

高压水枪状态监测模块用于监控高压水枪内的高压水压力和清洗剂的浓度；

凝汽器室环境状态监测模块用于监控凝汽器室内与污垢形成和清洗有关的环境参数，所监测参数包括凝汽器室内的冷却水流量、流速、温度；

视频图像声纳数据监测模块用于监测清洗机器人所处的水下环境，包括对障碍物和冷凝器管的管口位置的监控；

2.根据权利要求1所述的凝汽器清洗机器人远程监控系统，其特征在于，服务器与清洗机器人通过工业以太网使用CAN总线或者MODBUS协议连接。

3.一种凝汽器清洗机器人远程监控方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的凝汽器清洗机器人远程监控系统，具体步骤如下：

步骤1：用户登陆：用户在某一客户端登陆，进入监控界面；

步骤2：监控建立：该客户端向某一清洗机器人发出监控请求，该清洗机器人接受该客户端的请求后，将实时采集的监测数据返回给该客户端；

步骤3：监控步骤：客户端基于收到的检测数据，并根据预设的数值范围判断监控数据是否异常，如果监控数据异常则发出控制命令给该清洗机器人，该清洗机器人根据收到的控制命令执行相应的操作；客户端发出该控制命令后继续监控；

步骤4：监控完成：当用户在该客户端提出结束监控请求，则该用户退出登陆，该客户端释放对该清洗机器人的监控。

4.根据权利要求3所述的凝汽器清洗机器人远程监控方法，其特征在于，每一个清洗机器人在每一个时刻只能接受一个客户端的监控。

Images