CN102288624A - 管道环焊缝数字射线检测系统 - Google Patents

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刘全利
白世武
陈浩
李佳
薛岩
安志彬
郭敏利
孙晶
周广言
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本发明是一种管道环焊缝检测的管道环焊缝数字射线检测系统。工控机与通讯转换器由网线连接，通讯转换器通过cameralink电缆与面阵探测器连接；工控机由RS232与磁感应发射机连接，磁感应发射机通过发射电磁场信号，与磁感应接收机相连，给管内PLC发出曝光、前进、后退命令；PLC通过控制电缆与射线管和行走电机电磁阀相连；工控机也与伺服驱动器通过RS232通讯线相连，连有编码器的伺服驱动器与直流伺服电机连接，直流电源与伺服驱动器、直流伺服电机、编码器连接，为其供电；PLC的一输出接电源控制器的输入，电源控制器的输出接射线管，同时PLC有输出接射线管和管内爬行器启停控制电磁阀。

Description

管道环焊缝数字射线检测系统
技术领域
本发明是一种适用于管道环焊缝检测的管道环焊缝数字射线检测系统，涉及X-射线技术和管道系统技术领域。
背景技术
目前在管道环焊缝检测中大量使用射线胶片成像，胶片成像不仅浪费大量胶片，也无法实现实时成像和电子存储。利用面阵探测器实现的管道环焊缝数字射线检测技术克服了以上缺点，具有实时成像、计算机图像处理分析功能，适应数字化管道建设的需要。但现在已经开发的管道数字射线成像设备，是把射线源和面阵探测器固定在环焊缝两侧利用双壁透射线成像，对于厚壁管道，射线能量低时成像不清晰，射线能量高时容易损坏成像面阵，不利于在管道施工中推广应用。
发明内容
本发明的目的是发明一种缺陷定位准确、分辨率高、管内爬行器能够同步控制、可实现对管道环焊缝进行实时成像和电子存储的管道环焊缝数字射线检测系统。
本发明的技术方案是在新开发的工控机控制平台上搭建的数字射线检测系统，由管外的面阵采集系统和伺服扫查系统、管内的爬行器控制系统和磁感应同步控制系统，共同组成一个同步控制数字射线检测系统，其构成如图1所示。它在常规的面阵探测器、通讯转换器、射线管和管内爬行器基础上，又设置了伺服驱动器、直流伺服电机、编码器和直流电源、用于管内爬行控制器的PLC、磁感应发射机、磁感应接收机及放置在检测车中的工控机组成。
工控机与通讯转换器由网线连接，通讯转换器通过cameralink电缆与面阵探测器连接；工控机由RS232与磁感应发射机连接，磁感应发射机通过发射电磁场信号，与磁感应接收机相连，给管内爬行控制器PLC发出曝光、前进、后退命令；工控机也与伺服驱动器通过RS232通讯线相连，连有编码器的伺服驱动器与直流伺服电机连接，直流电源与伺服驱动器、直流伺服电机、编码器连接，为其供电；管内爬行控制器PLC通过控制电缆与射线管和行走电机电磁阀相连；管内爬行控制器PLC的一输出接电源控制器的输入，电源控制器的输出接射线管，同时管内爬行控制器PLC有输出接射线管和管内爬行器启停控制电磁阀。
面阵探测器检测到的信号送到通讯转换器，工控机的网络接口与通讯转换器的通讯口连接，通讯转换器通过工控机的网络接口接收程序软件传过来的控制字，按照接收的控制字对应的图像采集模式对数字射线接收过程进行控制，并把接收的数字射线信号以数据包的形式传输给工控机；工控机通过磁感应发射/接收机，把管内爬行器前进、后退和停止的命令及射线管曝光的命令发送到管内PLC，由管内PLC对管内爬行器行走电机和射线管进行控制；工控机通过发送控制字给驱动器，控制直流伺服电机的前进、后退、行进速度及行走距离，同时通过驱动器实时检测直流伺服电机的行进距离，用于对检测的数字射线信号的位置进行精确标定。
本管道环焊缝数字射线检测系统的电原理如图2所示，面阵探测器VARIAN1313的video接通讯转换器PT1000-CL的video，通讯转换器PT1000-CL的LAN接工控机JP4-1504的RJ45；工控机JPC-1504的TxD1、RxD1通过RS232通讯线分别与伺服驱动器Copley ACJ-055的RxD、TxD相连，伺服驱动器CopleyACJ-055的输出接直流伺服电机Maxon RE40，伺服驱动器Copley ACJ-055的输入接编码器HEDL55的输出，直流电源S-100-12与伺服驱动器Copley ACJ-055、直流伺服电机Maxon RE40、编码器HEDL55连接，为其供电；工控机JPC-1504的TxD2、RxD2通过RS232通讯线分别与磁感应发射机PCD2000A-1的RxD、TxD相连，磁感应发射机PCD2000A-1的输出pulse通过磁感应信号接磁感应接收机PCD2000A-2，磁感应接收机PCD2000A-2的输出OUT、GND分别接PLC1747-L531高速脉冲计数模块1746-HSCE2的输入A1(+)、A1(n)；PLC1746-N04V的一输出接电源控制器YxLON Pwer的输入，电源控制器YxLON Pwer的输出接射线管300CTH，同时PLC1746-N04V的另一输出及PLC1746-IB8均接射线管300CTH，PLC1746-OW4的输出接管内爬行器启停控制电磁阀YV1。
本系统中所用射线管选用300CTH类产品，模块均选市销产品；工控机可选研祥工控机JPC-1504类产品，面阵探测器可选VARI AN1313类产品，通讯转换器可选PT1000-CL类产品，PLC可选1747-L531类产品，其高速脉冲计数模块可选1746-HSCE2类产品，模拟量输出模块可选1746-NO4V类产品，开关量输入模块可选1746-IB8类产品，开关量输出模块可选1746-OW4类产品，磁感应发射机可选PCD2000A-1类产品，磁感应接收机可选PCD2000A-2类产品，电源控制器可选YXLONPOWER类产品，驱动器可选Copley ACJ-055类产品，直流伺服电机可选Maxon RE40类产品，编码器可选HEDL55类产品，直流电源可选S-100-12类产品。
本管道环焊缝数字射线检测系统，是把可开合的爬行轨道从焊逢一侧固定到管道上，装有射线探测器的扫查器在伺服电机的驱动下沿焊缝扫查，管外有用于管内爬行器行进控制和成像定位的磁感应同步控制装置，管内有安装在爬行器上的同步工作的恒电位X射线机，面阵探测器、沿环焊缝扫查的伺服电机及管内恒电位X射线机在计算机的控制下协调工作，射线探测器将接收的射线转化为电信号，经电子扫描、数据采集和分析软件处理得到与焊缝射线扫查相一致的图像，用于焊接质量评判和电子档案存储。与现在国内已有的采用双壁透管道数字射线成像技术不同，管道环焊缝数字射线检测设备采集由管内爬行器上的射线管发出的恒电位X射线，管内爬行器的行走、定位和射线源的曝光完全由工控机控制，射线源的曝光与沿环焊缝扫查的管外扫查器的行进同步控制，与双壁透管道数字射线成像技术相比，在相同的射线电压下可以检测更厚的管道焊缝，在一定的管道壁厚条件下可以降低射线电压，避免高电压对面阵探测器的损害。
管道环焊缝数字射线检测系统解决了面阵探测器数据采集和管内射线源的曝光同步控制的技术难题，为管道环焊缝检测提供了一套全新方案。
可见，本发明可实现对管道环焊缝进行实时检测和电子存储，可以方便地通过人机界面设置数字图像采集方案和采集装置的运行速度及精确定位，通过对采集的电子图像进行后处理，可以得到比胶片成像更加详尽的焊缝信息。它成像分辨率高，管内爬行器能够同步控制，可实现对管道环焊缝进行实时成像和电子存储，且使用方便。
附图说明
图1管道环焊缝数字射线检测设备原理框图
图2管道环焊缝数字射线检测设备电原理图
图3驱动器控制端子接线图
图4管内爬行器控制端子接线图
其中1-伺服驱动器    2-直流伺服电机
    3-编码器        4-直流电源
具体实施方式
实施例.以本例说明本发明的具体实施方式，并对本发明作进一步的说明。本例是一工业试验样机，其构成如图1所示，电路及接线如图2-图4所示。
工控机与通讯转换器由网线连接，通讯转换器通过cameralink电缆与面阵探测器连接；工控机由RS232与磁感应发射机连接，磁感应发射机通过发射电磁场信号，与磁感应接收机相连，给管内爬行控制器PLC发出曝光、前进、后退命令；管内爬行控制器PLC通过控制电缆与射线管和行走电机电磁阀相连；工控机也与伺服驱动器通过RS232通讯线相连，连有编码器的伺服驱动器与直流伺服电机连接，直流电源与伺服驱动器、直流伺服电机、编码器连接，为其供电；管内爬行控制器PLC的一输出接电源控制器的输入，电源控制器的输出接射线管，同时PLC有输出接射线管和管内爬行器启停控制电磁阀。
本例的电原理如图2所示，面阵探测器VARIAN1313的video接通讯转换器PT1000-CL的video，通讯转换器PT1000-CL的LAN接工控机JP4-1504的RJ45；工控机JPC-1504的TxD1、RxD1通过RS232通讯线分别与驱动器Copley ACJ-055的RxD、TxD相连，驱动器Copley ACJ-055的输出接直流伺服电机Maxon RE40，驱动器Copley ACJ-055的输入接编码器HEDL55的输出，直流电源S-100-12与驱动器Copley ACJ-055、直流伺服电机Maxon RE40、编码器HEDL55连接，为其供电；工控机JPC-1504的TxD2、RxD2通过RS232通讯线分别与磁感应发射机PCD2000A-1的RxD、TxD相连，磁感应发射机PCD2000A-1的输出pulse通过磁感应信号接磁感应接收机PCD2000A-2，磁感应接收机PCD2000A-2的输出OUT、GND分别接PLC1747-L531高速脉冲计数模块1746-HSCE2的输入A1(+)、A1(n)。
所述伺服驱动器1与直流伺服电机2、数字编码器3、24V直流电源4的连接如图3所示，伺服驱动器1的输出端子J4-8、J4-1、J4-9、J4-2、J4-10、J4-3经屏蔽线分别接数字编码器3的A、/A、B、/B、X、/X端，伺服驱动器1的输出端子J4-6、J4-4分别接数字编码器3的GND、+5V端子，伺服驱动器1的输出端子J2-4、J2-3、J2-2经屏蔽线分别接直流伺服电机2的U、V、W端，J2-1端与屏蔽线外的屏蔽网接地；驱动器1的输入端子J3-3和J3-2、J3-4分别接24V直流电源4的正极和负极；
所述管内爬行控制器PLC与射线管、电源模块及电机行走电磁阀的连接如图4所示，PLC模拟量输出模块1746-NO4V的输出端OUT0、COM分别接电源模块YXLONPOWER的输入端M51.1、M51.4，电源模块YXLON POWER的输出端M55、M56分别接射线管300CTH的控制端2、3，模拟量输出模块1746-NO4V的输出端OUT1接射线管300CTH的控制端4；PLC开关量输入模块1746-IB8的输入端IN0、IN1、DCCOM分别接射线管300CTH的控制端6、8、1；PLC开关量输出模块1746-OW4的输出端OUT0、VDC接爬行器行走电机电磁阀YV1的两端。
其中：
工控机选研祥工控机JPC-1504；
面阵探测器选VARIAN1313；
通讯转换器选PT1000-CL；
管内爬行控制器PLC选1747-L531；其高速脉冲计数模块选1746-HSCE2；模拟量输出模块选1746-NO4V；开关量输入模块选1746-IB8；开关量输出模块选1746-OW4；
磁感应发射机选PCD2000A-1；
磁感应接收机选PCD2000A-2；
电源控制器选YXLON POWER；
射线管选300CTH；
管内爬行器启停控制电磁阀YV1；
伺服驱动器选Copley ACJ-055；
直流伺服电机选Maxon RE40；
编码器选HEDL55；
直流电源选S-100-12。
面阵探测器检测到的信号送到通讯转换器，工控机的网络接口与通讯转换器的通讯口连接，通讯转换器通过工控机的网络接口接收程序软件传过来的控制字，按照接收的控制字对应的图像采集模式对数字射线接收过程进行控制，并把接收的数字射线信号以数据包的形式传输给工控机；工控机通过磁感应发射/接收机，把管内爬行器前进、后退和停止的命令及射线管曝光的命令发送到管内PLC，由管内PLC对管内爬行器行走电机和射线管进行控制；工控机通过发送控制字给驱动器，控制直流伺服电机的前进、后退、行进速度及行走距离，同时通过驱动器实时检测直流伺服电机的行进距离，用于对检测的数字射线信号的位置进行精确标定。
工控机除了通过网络接口向通讯转换器发送控制指令，同时接收通讯控制器传来的数字射线数据包外，还通过RS232端口1与伺服电机驱动器进行通讯，工控机的RS232通讯接口与伺服驱动器的J5-14、J5-29连接，工控机通过发送控制字给伺服驱动器，控制直流伺服电机的前进、后退、行进速度及行走距离，同时通过伺服驱动器实时检测直流伺服电机的行进距离，用于对检测的超声信号的位置进行精确标定。通过RS-232端口2与磁感应发射机进行通讯，工控机的RS232通讯接口与磁感应发射机的RxD、TxD连接，工控机通过发送控制字给磁感应发射机，控制管内爬行器的定位和行走及射线管的曝光。
管道环焊缝数字射线检测技术代表了管道环焊缝X射线检测的发展方向，本例经施工现场工业应用试验证明，管道环焊缝数字射线检测应用于管道环焊缝无损检测中，满足相关检测标准要求，焊缝数字射线检测缺陷定位准确、分辨率高、施工安全可靠。

Claims (5)

1.一种用于管道环焊缝检测的管道环焊缝数字射线检测系统，包括面阵探测器、射线管、管内爬行器和磁感应同步控制系统，其特征是它还设置有通讯转换器、伺服驱动器、直流伺服电机、编码器和直流电源、管内爬行控制器PLC、射线管、磁感应发射机、磁感应接收机及放置在检测车中的工控机组成；可开合的爬行轨道从焊逢一侧固定到管道上，装有射线探测器的扫查器在伺服电机的驱动下沿焊缝扫查，管外有用于管内爬行器行进控制和成像定位的磁感应同步控制装置，管内有安装在爬行器上的磁感应接收机和恒电位X射线机；工控机与通讯转换器由网线连接，通讯转换器通过cameralink电缆与面阵探测器连接；工控机由RS232与磁感应发射机连接，磁感应发射机通过发射电磁场信号，与磁感应接收机相连，给管内爬行控制器PLC发出曝光、前进、后退命令；工控机也与伺服驱动器通过RS232通讯线相连，连有编码器的伺服驱动器与直流伺服电机连接，直流电源与伺服驱动器、直流伺服电机、编码器连接，为其供电；管内爬行控制器PLC通过控制电缆与射线管和行走电机电磁阀相连；管内爬行控制器PLC的一输出接电源控制器的输入，电源控制器的输出接射线管，同时管内爬行控制器PLC有输出接射线管；
工控机通过磁感应发射/接收机，把射线管曝光开始和曝光停止命令发送到管内爬行控制器PLC，由管内爬行控制器PLC对射线管进行控制；工控机通过发送控制字给驱动器，控制直流伺服电机的前进、后退、行进速度及行走距离，同时通过驱动器实时检测直流伺服电机的行进距离，用于对检测的数字射线信号的位置进行精确标定。
2.根据权利要求1所述的管道环焊缝数字射线检测系统，其特征是它的电原理为：工控机JPC-1504的(TxD1、RxD1)通过RS232通讯线分别与伺服驱动器Copley ACJ-055的(RxD、TxD)相连，伺服驱动器Copley ACJ-055的输出接直流伺服电机Maxon RE40，伺服驱动器Copley ACJ-055的输入接编码器HEDL55的输出，直流电源S-100-12与伺服驱动器Copley ACJ-055、直流伺服电机Maxon RE40、编码器HEDL55连接，为其供电；工控机JPC-1504的(TxD2、RxD2)通过RS232通讯线分别与磁感应发射机PCD2000A-1的(RxD、TxD)相连，磁感应发射机PCD2000A-1的输出(pulse)通过磁感应信号接磁感应接收机PCD2000A-2，磁感应接收机PCD2000A-2的输出(OUT、GND)分别接PLC1747-L531高速脉冲计数模块1746-HSCE2的输入(A1(+)、A1(n))；PLC1746-N04V的一输出接电源控制器YxLON Pwer的输入，电源控制器YxLON Pwer的输出接射线管300CTH，同时PLC1746-N04V的另一输出及PLC1746-IB8均接射线管300CTH。
3.根据权利要求1或2所述的管道环焊缝数字射线检测系统，其特征是所述管内PLC的电原理为：PLC模拟量输出模块1746-NO4V的输出端(OUT0、COM)分别接电源模块YXLON POWER的输入端(M51.1、M51.4)，电源模块YXLON POWER的输出端(M55、M56)分别接射线管300CTH的控制端(2、3)，模拟量输出模块1746-NO4V的输出端(OUT1)接射线管300CTH的控制端(4)；PLC开关量输入模块1746-IB8的输入端(IN0、IN1、DC COM)分别接射线管300CTH的控制端(6、8、1)；PLC开关量输出模块1746-OW4的输出端(OUT0、VDC)接爬行器行走电机电磁阀YV1的两端。
4.根据权利要求1或2所述的管道环焊缝数字射线检测系统，其特征是所述伺服驱动器(1)的电原理为：伺服驱动器(1)的输出端子(J4-8、J4-1、J4-9、J4-2、J4-10、J4-3)经屏蔽线分别接编码器(3)的(A、/A、B、/B、X、/X)端，伺服驱动器(1)的输出端子(J4-6、J4-4)分别接编码器(3)的(GND)、+5V端子；伺服驱动器(1)的输出端子(J2-4、J2-3、J2-2)经屏蔽线分别接直流伺服电机(2)的(U、V、W)端，(J2-1)端与屏蔽线外的屏蔽网接地；伺服驱动器(1)的输入端子(J3-3)和(J3-2、J3-4)分别接直流电源(4)的正极和负极。
5.根据权利要求1或2所述的管道环焊缝数字射线检测系统，其特征是所述管内射线管为300CTH类产品。
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