CN105973168B - 煤气柜活塞运行诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤气柜活塞运行诊断系统，包括活塞运行状态测量模块、煤气柜运行参数采集模块、分析诊断模块以及报警模块。通过在线测量活塞运行状态，采集煤气柜柜位、压力、温度、流量等运行参数，综合以上信息对煤气柜活塞运行故障进行预测、报警，并分析、诊断故障原因。能够及时预测煤气柜活塞安全故障，对煤气柜活塞运行状态进行综合诊断分析，从而实现提高煤气柜的运行安全性、降低人工进柜检修强度的目的。

Description

煤气柜活塞运行诊断系统及方法

技术领域

本发明涉及煤气柜运行状态检测技术领域，特别是指一种煤气柜活塞运行诊断系统及方法。

背景技术

煤气柜是一种可以回收并作为二次能源利用而存储煤气的装置。煤气柜主要由包括侧板、底板、顶板等部件构成的外部固定不动的壳体，包括活塞、T挡板构成的内部可活动构件，以及连接侧板与T挡板、T挡板与活塞挡板之间的橡皮膜组成。当煤气柜进行储气时活塞上升，排气时活塞下降。当活塞在较低位置时，活塞支架与T挡板脱开，活塞支架随活塞一起上下运动，活塞下降时T挡板与活塞挡板之间的橡皮膜将折叠，活塞上升时T挡板与活塞挡板之间的橡皮膜将伸展。当活塞上升到一定高度时，T挡板与活塞挡板间橡皮膜将完全展开，活塞支架与T挡板接触。在此高度以上，T挡板和活塞支架将随活塞一起上下运动，活塞上升时，侧板与T挡板之间的橡皮膜将伸展；活塞下降时，侧板与T挡板之间的橡皮膜将折叠。

当活塞上下运动时，活塞与煤气柜柜体之间没有任何刚性连接，主要依靠柜内煤气压力将其支撑。由于在活塞上下运动时可能会发生整个活塞面受力不均的现象，活塞并不会始终保持水平状态，可能会产生倾斜、偏移、扭转等状况。但活塞的倾斜、偏移、扭转等状况达到一定程度时，可能会引起煤气柜内煤气过压。严重时还可能引起橡皮膜的撕裂，进而导致煤气泄漏，造成重大的经济损失和安全隐患。

目前煤气柜的运行维护主要依靠人工定期进柜巡检，无法及时发现活塞运行的异常趋势和异常状态。同时，对于出现的异常状态也很难分析判断出具体原因，不仅会对煤气柜的安全运行造成一定的威胁，而且还会给进柜维护人员带来一定的安全风险。国内外市场还未出现可自动预警，并能够实时分析活塞异常运行的煤气柜活塞安全运行诊断系统。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种煤气柜活塞安全运行预警、诊断系统，它能及时预测煤气柜活塞安全故障，对煤气柜活塞运行状态进行综合诊断分析，从而实现提高煤气柜的运行安全性、降低人工进柜检修强度的目的。

为了实现上述目的，现提出如下解决方案：

一方面，提供一种煤气柜活塞运行诊断系统，包括：活塞运行状态测量模块、煤气柜运行参数采集模块、分析诊断模块以及报警模块；

所述活塞运行状态测量模块，包括：

活塞倾斜测量子模块以及活塞偏移、扭转测量子模块，用以分别测量所述煤气柜活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转信息；

所述煤气柜运行参数采集模块，用以实时采集所述煤气柜运行时的煤气柜运行参数；

所述分析诊断模块，用以接收所述活塞运行状态测量模块测量的所述倾斜以及偏移、扭转信息以及接收所述煤气柜运行参数采集模块采集的所述煤气柜运行参数，对所述煤气柜运行状态进行分析诊断；

所述报警模块根据所述分析诊断结果进行报警操作。

优选地，所述活塞倾斜测量子模块，包括：

倾角传感器以及信号传输单元；

所述倾角传感器为高精度双轴倾角传感器，设置在所述活塞大坝上，用以测量所述活塞在所说倾角传感器双轴方向的倾斜角度，并转换成所述活塞平面的倾斜角度和倾斜方向；

所述信号传输单元，用以接收所述倾角传感器测量出的信息并传输至所述活塞偏移、扭转子模块。

优选地，所述活塞偏移、扭转子模块，包括：

多个标记物以及多台相机；

所述多个标记物分别设置在所述煤气柜侧板、所述煤气柜T挡板及其下方支架上，用以标识所述多台相机拍摄图像；

所述多台相机用以拍摄所述活塞运动图像，通过对比所述活塞运动图像与初始位置图像之间的变化计算出所述多台相机相对于初始位置的位移，结合接收到的所述倾角传感器测量出的信息计算出所述活塞平面的偏移、扭转值。

优选地，所述分析诊断模块，包括：

故障报警子模块以及故障诊断子模块；

所述故障报警子模块，用以实时对所述活塞倾斜测量子模块以及所述活塞偏移、扭转测量子模块测量的倾斜和偏移、扭转信息进行判断，如果超过阈值则产生警报；

所述故障诊断子模块，用以根据所述活塞倾斜测量子模块以及所述活塞偏移、扭转测量子模块测量的倾斜和偏移、扭转信息建立活塞运行状态事故库，并预设时间对所述活塞运行状态事故库中数据进行分析求解，对异常事故给予警报及操作建议。

优选地，所述煤气柜运行参数包括：所述煤气柜柜位、压力、温度以及流量。

优选地，所述煤气柜运行状态采集模块以及所述分析诊断模块均安装在HMI(Human machine interface，人机交互界面)上，用以显示所述分析诊断结果，并驱动所述报警模块进行报警操作。

另一方面，本发明还提供了一种煤气柜活塞运行诊断方法，包括：

测量所述活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转值；

实时采集所述煤气柜运行时的煤气柜运行参数；

根据所述活塞的倾斜以及偏移、扭转值和所述煤气柜运行参数，对所述煤气柜运行状态进行分析诊断；

根据所述分析诊断结果进行报警操作。

优选地，所述测量所述活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转值，包括：

利用设置在所述活塞大坝上的高精度双轴倾角传感器，测量所述活塞在所说倾角传感器双轴方向的倾斜角度，并转换成所述活塞平面的倾斜角度和倾斜方向；

利用多台相机拍摄所述活塞运动图像，通过对比所述活塞运动图像与初始位置图像之间的变化计算出所述多台相机相对于初始位置的位移，并结合接收到的测量出的倾斜值计算出所述活塞平面的偏移、扭转值。

优选地，所述根据所述活塞的倾斜以及偏移、扭转值和所述煤气柜运行参数，对所述煤气柜运行状态进行分析诊断，包括：

实时对测量的倾斜和偏移、扭转值进行判断，如果超过阈值则产生警报；

并根据所述倾斜和偏移、扭转值建立活塞运行状态事故库，并预设时间对所述活塞运行状态事故库中数据进行分析求解，对异常事故给予警报及操作建议。

优选地，述煤气柜运行参数包括：所述煤气柜柜位、压力、温度以及流量。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，本发明提供了一种煤气柜活塞运行诊断系统，活塞运行状态测量模块、煤气柜运行参数采集模块、分析诊断模块以及报警模块；所述活塞运行状态测量模块，包括：活塞倾斜测量子模块以及活塞偏移、扭转测量子模块，用以分别测量所述煤气柜活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转信息；所述煤气柜运行参数采集模块，用以实时采集所述煤气柜运行时的煤气柜运行参数；所述分析诊断模块，用以接收所述活塞运行状态测量模块测量的所述倾斜以及偏移、扭转信息以及接收所述煤气柜运行参数采集模块采集的所述煤气柜运行参数，对所述煤气柜运行状态进行分析诊断；所述报警模块根据所述分析诊断结果进行报警操作。通过在线测量活塞运行状态，采集煤气柜柜位、压力、温度、流量等运行参数，综合以上信息对煤气柜活塞运行故障进行预测、报警，并分析、诊断故障原因。能够及时预测煤气柜活塞安全故障，对煤气柜活塞运行状态进行综合诊断分析，从而实现提高煤气柜的运行安全性、降低人工进柜检修强度的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种煤气柜活塞运行诊断系统结构示意图；

图2为本发明另一个实施例提供的一种煤气柜活塞运行诊断系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的活塞运行状态测量模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种煤气柜活塞运行诊断方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种煤气柜活塞运行诊断系统结构示意图。本发明实施例提供一种煤气柜活塞运行诊断系统，包括：活塞运行状态测量模块101、煤气柜运行参数采集模块102、分析诊断模块103以及报警模块104；

其中，所述活塞运行状态测量模块101进一步包括：活塞倾斜测量子模块1011以及活塞偏移、扭转测量子模块1012，用以分别测量所述煤气柜活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转信息；所述煤气柜运行参数采集模块102，用以实时采集所述煤气柜运行时的煤气柜运行参数；所述分析诊断模块103，用以接收所述活塞运行状态测量模块101测量的所述倾斜以及偏移、扭转信息以及接收所述煤气柜运行参数采集模块102采集的所述煤气柜运行参数，对所述煤气柜运行状态进行分析诊断；所述报警模块104根据所述分析诊断结果进行报警操作。

优选地，如图2所示为本发明另一个实施例提供的煤气柜活塞运行诊断系统。其中本发明实施例提供的诊断系统中的所述活塞倾斜测量子模块1011，具体包括：倾角传感器以及信号传输单元。

其中，所述倾角传感器为高精度双轴倾角传感器，设置在所述活塞大坝上，用以测量所述活塞在所说倾角传感器双轴方向的倾斜角度，并转换成所述活塞平面的倾斜角度和倾斜方向；所述信号传输单元，用以接收所述倾角传感器测量出的信息并传输至所述活塞偏移、扭转子模块。

具体地，活塞倾斜测量子模块1011由安装在活塞大坝上的高精度双轴倾角传感器以及信号传输单元构成，可直接测量出活塞在传感器X，Y方向的倾斜角，并将其折算为活塞平面的倾斜角度和倾斜方向。

优选地，如图2所示为本发明另一个实施例提供的煤气柜活塞运行诊断系统。其中本发明实施例提供的诊断系统中的所述活塞偏移、扭转子模块1012，具体包括：多个标记物以及多台相机。

所述多个标记物分别设置在所述煤气柜侧板、所述煤气柜T挡板及其下方支架上，用以标识所述多台相机拍摄图像；所述多台相机用以拍摄所述活塞运动图像，通过对比所述活塞运动图像与初始位置图像之间的变化计算出所述多台相机相对于初始位置的位移，结合接收到的所述倾角传感器测量出的信息计算出所述活塞平面的偏移、扭转值。

如图3所示，为本发明实施例提供的活塞运行状态测量模块的结构示意图。具体地，活塞偏移、扭转子模块1012由安装在煤气柜侧板、T挡板及其下方支架上标记物，安装在活塞支架顶部的三台(本实施例中以三台相机作为示例，但并不以此为限)相机组成。其中，本实施例中的标记物为垂直黑白条纹，但并不以此为限。当活塞在初始位置时，装置记录下相机所拍摄到的标记物图像，活塞上下运行过程中，如果活塞不发生扭转、偏移和倾斜，则相机在水平面上的位置不会改变，所以相机拍摄的图像与初始位置的图像没有区别；如果活塞发生了偏移、扭转或者倾斜，那么相机在水平面上的位置也会变化，拍摄的图像与初始位置图像就会不同。通过对比相机拍摄的图像与初始位置图像的变化就能计算出相机相对于初始位置的位移，综合三台相机的位移以及测量的活塞倾斜信号求解出活塞平面的偏移和扭转值。

优选地，所述分析诊断模块103，具体包括：故障报警子模块1031以及故障诊断子模块1032。

其中，所述故障报警子模块1031，用以实时对所述活塞倾斜测量子模块以及所述活塞偏移、扭转测量子模块测量的倾斜和偏移、扭转信息进行判断，如果超过阈值则产生警报；所述故障诊断子模块1032，用以根据所述活塞倾斜测量子模块以及所述活塞偏移、扭转测量子模块测量的倾斜和偏移、扭转信息建立活塞运行状态事故库，并预设时间对所述活塞运行状态事故库中数据进行分析求解，对异常事故给予警报及操作建议。

优选地，本发明实施例中的煤气柜运行状态采集模块102为一块通讯卡，安装在HMI内，采用通讯的方式从煤气柜PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)系统中实时采集煤气柜柜位、煤气压力、煤气出入口流量等信号，并将这些数据传送至分析诊断模块103。

具体地，本发明实施例中分析诊断模块安装在HMI内，接收活塞运行状态测量模块101测量的偏移、扭转和倾斜信号，以及煤气柜运行状态采集模块102采集的煤气柜运行状态信息，实时监测活塞运行异常状态的同时，跟踪活塞偏移、扭转、倾斜的运动趋势进行分级报警。同时建立活塞运行状态故障库，对比故障发生时的煤气柜柜位、煤气压力、煤气流量信号，分析判断出活塞运行异常的原因。

其中，故障报警子模块1031主要对活塞运行过程中的偏移、扭转和倾斜信号进行实时判断，如果该值不在正常值范围内将产生报警信号。举例说明：活塞倾斜角的正常范围为±0.1°，如检测到当前活塞的倾斜度为0.15°则产生报警信号，并驱动报警单元发出声光报警。实时跟踪活塞运行过程中偏移、扭转和倾斜状态的变化趋势，如出现一个方向上渐进的偏移、扭转或倾斜变化，而且变化量接近报警设定值，达到一定比例(80％)的报警设定值时，则产生报警信号，并驱动报警单元发出声光报警，该比例可在画面上修改。在发生故障报警时，将报警相关信息以及建议的故障处理方式送至HMI上显示。

进一步地，活塞的运动方式包括上下升降，水平偏移，扭转和倾斜，其中上下升降是正常的运动，其它则为异常运行状态，需要保证异常状态在一定范围内，否则可能引发事故。故障诊断子模块1032记录活塞运行异常状态的发生时间、异常数据以及异常时的柜位、煤气压力、煤气进出口流量，建立活塞运行状态事故库，并分类显示。活塞的运动，其本质是由于煤气柜的充气、排气及煤气柜内气体的扰动引起的。在活塞的升降过程中，柜体的局部变形、活塞的升降速度、煤气压力、煤气入出口流量扰动均有可能造成活塞发生偏移、扭转和倾斜。采用相关性统计分析方法(并不以此为限)，定期对运行状态事故库内容进行分析求解，找出事故原因以及煤气柜存在的安全隐患，报警显示并给出煤气柜运行、维护的提示建议。举例说明：定期绘制故障时煤气柜柜位的统计直方图，查找直方图中故障密度较大的区域对应的柜位区域，这一柜位区域即发生故障次数较多的区域。这样分析诊断模型判断该区域柜体形状为活塞异常的影响因素，对操作人员给出尽量避免在此柜位区域运行或停留的操作建议，同时也会提示维护人员对柜体的这一部分空间进行检查，排除在该区域支架变形或柜壳变形等故障。同样方法可用于对升降速度、煤气压力、进出口流量等扰动因素的分析判断以及上述因素的综合影响分析判断。

优选地，所述煤气柜运行状态采集模块102采集的所述煤气柜运行参数包括：所述煤气柜柜位、压力、温度以及流量等信息。优选地，所述煤气柜运行状态采集模块以及所述分析诊断模块均安装在HMI上，用以显示所述分析诊断结果，并驱动所述报警模块进行报警操作(声光报警等)。

另一方面，如图4所示，为本发明实施例提供的一种煤气柜活塞运行诊断方法，包括以下步骤：

S401：测量所述活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转值；

S402：实时采集所述煤气柜运行时的煤气柜运行参数；

S403：根据所述活塞的倾斜以及偏移、扭转值和所述煤气柜运行参数，对所述煤气柜运行状态进行分析诊断；

S404：根据所述分析诊断结果进行报警操作。

优选地，所述测量所述活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转值即步骤S401，具体包括：

利用设置在所述活塞大坝上的高精度双轴倾角传感器，测量所述活塞在所说倾角传感器双轴方向的倾斜角度，并转换成所述活塞平面的倾斜角度和倾斜方向；

利用多台相机拍摄所述活塞运动图像，通过对比所述活塞运动图像与初始位置图像之间的变化计算出所述多台相机相对于初始位置的位移，并结合接收到的测量出的倾斜值计算出所述活塞平面的偏移、扭转值。

优选地，所述根据所述活塞的倾斜以及偏移、扭转值和所述煤气柜运行参数，对所述煤气柜运行状态进行分析诊断即步骤S403，具体包括：

实时对测量的倾斜和偏移、扭转值进行判断，如果超过阈值则产生警报；

并根据所述倾斜和偏移、扭转值建立活塞运行状态事故库，并预设时间对所述活塞运行状态事故库中数据进行分析求解，对异常事故给予警报及操作建议。

综上所述，本发明提供的煤气柜活塞运行诊断系统能够通过在线测量活塞运行状态，采集煤气柜柜位、压力、温度、流量等运行参数，综合以上信息对煤气柜活塞运行故障进行预测、报警，并分析、诊断故障原因。能够及时预测煤气柜活塞安全故障，对煤气柜活塞运行状态进行综合诊断分析，从而实现提高煤气柜的运行安全性、降低人工进柜检修强度的目的。

此说明书中所描述的许多功能部件都被称为模块，以便更加特别地强调其实现方式的独立性。

本发明实施例中，模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起，而是可以包括存储在不同物理上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成模块并且实现该模块的规定目的。

实际上，可执行代码模块可以是单条指令或者是许多条指令，并且甚至可以分布在多个不同的代码段上，分布在不同程序当中，以及跨越多个存储器设备分布。同样地，操作数据可以在模块内被识别，并且可以依照任何适当的形式实现并且被组织在任何适当类型的数据结构内。所述操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同位置上(包括在不同存储设备上)，并且至少部分地可以仅作为电子信号存在于系统或网络上。

在模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现的模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成(VLSI)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。

在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种煤气柜活塞运行诊断系统，其特征在于，包括：

活塞运行状态测量模块、煤气柜运行参数采集模块、分析诊断模块以及报警模块；

所述活塞运行状态测量模块，包括：

活塞倾斜测量子模块以及活塞偏移、扭转测量子模块，用以分别测量所述煤气柜活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转信息；

所述煤气柜运行参数采集模块，用以实时采集所述煤气柜运行时的煤气柜运行参数；

所述分析诊断模块，用以接收所述活塞运行状态测量模块测量的所述倾斜以及偏移、扭转信息以及接收所述煤气柜运行参数采集模块采集的所述煤气柜运行参数，对所述煤气柜运行状态进行分析诊断；

所述报警模块根据所述分析诊断结果进行报警操作；

所述活塞偏移、扭转子模块，包括：多台相机；

所述多台相机用以拍摄所述活塞运动图像，通过对比所述活塞运动图像与初始位置图像之间的变化计算出所述多台相机相对于初始位置的位移，结合接收到的所述活塞倾斜测量子模块测量出的信息计算出所述活塞平面的偏移、扭转值；

所述煤气柜运行参数包括：所述煤气柜柜位、压力、温度以及流量。

2.根据权利要求1所述的煤气柜活塞运行诊断系统，其特征在于，所述活塞倾斜测量子模块，包括：

倾角传感器以及信号传输单元；

所述倾角传感器为高精度双轴倾角传感器，设置在所述活塞大坝上，用以测量所述活塞在所说倾角传感器双轴方向的倾斜角度，并转换成所述活塞平面的倾斜角度和倾斜方向；

所述信号传输单元，用以接收所述倾角传感器测量出的信息并传输至所述活塞偏移、扭转子模块。

3.根据权利要求2所述的煤气柜活塞运行诊断系统，其特征在于，所述活塞偏移、扭转子模块，还包括：

多个标记物；

所述多个标记物分别设置在所述煤气柜侧板、所述煤气柜T挡板及其下方支架上，用以标识所述多台相机拍摄图像。

4.根据权利要求1-3任一项所述的煤气柜活塞运行诊断系统，其特征在于，所述分析诊断模块，包括：

故障报警子模块以及故障诊断子模块；

所述故障报警子模块，用以实时对所述活塞倾斜测量子模块以及所述活塞偏移、扭转测量子模块测量的倾斜和偏移、扭转信息进行判断，如果超过阈值则产生警报；

所述故障诊断子模块，用以根据所述活塞倾斜测量子模块以及所述活塞偏移、扭转测量子模块测量的倾斜和偏移、扭转信息建立活塞运行状态事故库，并预设时间对所述活塞运行状态事故库中数据进行分析求解，对异常事故给予警报及操作建议。

5.根据权利要求4所述的煤气柜活塞运行诊断系统，其特征在于，所述煤气柜运行状态采集模块以及所述分析诊断模块均安装在HMI上，用以显示所述分析诊断结果，并驱动所述报警模块进行报警操作。

6.一种煤气柜活塞运行诊断方法，其特征在于，包括：

测量所述活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转值；

实时采集所述煤气柜运行时的煤气柜运行参数；

根据所述活塞的倾斜以及偏移、扭转值和所述煤气柜运行参数，对所述煤气柜运行状态进行分析诊断；

根据所述分析诊断结果进行报警操作；

所述测量所述活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转值，包括：

利用多台相机拍摄所述活塞运动图像，通过对比所述活塞运动图像与初始位置图像之间的变化计算出所述多台相机相对于初始位置的位移，并结合接收到的测量出的倾斜值计算出所述活塞平面的偏移、扭转值。

7.根据权利要求6所述的煤气柜活塞运行诊断方法，其特征在于，所述测量所述活塞运行过程中的倾斜以及偏移、扭转值，还包括：

利用设置在所述活塞大坝上的高精度双轴倾角传感器，测量所述活塞在所说倾角传感器双轴方向的倾斜角度，并转换成所述活塞平面的倾斜角度和倾斜方向。

8.根据权利要求6所述的煤气柜活塞运行诊断方法，其特征在于，所述根据所述活塞的倾斜以及偏移、扭转值和所述煤气柜运行参数，对所述煤气柜运行状态进行分析诊断，包括：

实时对测量的倾斜和偏移、扭转值进行判断，如果超过阈值则产生警报；

并根据所述倾斜和偏移、扭转值建立活塞运行状态事故库，并预设时间对所述活塞运行状态事故库中数据进行分析求解，对异常事故给予警报及操作建议。

9.根据权利要求6-8任一项所述的煤气柜活塞运行诊断方法，其特征在于，述煤气柜运行参数包括：所述煤气柜柜位、压力、温度以及流量。