CN106251753A - 远程在线无损检测综合实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是远程在线无损检测综合实验装置，这种远程在线无损检测综合实验装置的可拆卸式压力容器通过螺栓固定在实验台箱体的曲面端，PLC可编程逻辑控制器设置在箱体矩形端的抽屉内，水箱、电泵也设置有箱体内；可拆卸式压力容器的罐壁由上部的缺陷段和下段通过快拆结构固定，缺陷段通过快拆结构与上封头固定，上封头处安装有安全阀、放空阀、压力表、压力传感器，罐壁处安装有玻璃管液位计；压力表、压力传感器、玻璃管液位计、电泵的电机均与PLC可编程逻辑控制器连接，PLC可编程逻辑控制器连接计算机控制系统；可拆卸式压力容器周围均匀设置摄像机，每个摄像机与计算机控制系统连接。本发明可远程在线监控与自动控制来完成全部实验内容，安全性好。
Description
技术领域
本发明涉及对有预制缺陷的容器进行检测和应力测定的实验装置，具体涉及的是远程在线无损检测综合实验装置。
背景技术
无损检测技术在产品质量控制和对运行中设备的在役检查发挥着重要作用，基于无损检测技术对于工程的重要性，大多数高校都开设了无损检测技术的实验课程。而大多数高校现有的实验设备功能都比较单一，只能进行一种无损检测技术的实验，不具备良好的操作性，存在一定的安全隐患，例如一些需要加压的实验，往往需要学生在现场利用手动泵进行手动加压，一旦容器出现问题就会对学生的人身安全构成威胁。
发明内容
本发明的一个目的是提供远程在线无损检测综合实验装置，这种远程在线无损检测综合实验装置用于解决现有的无损检测综合实验设备一旦容器出现问题会对学生的人身安全构成威胁的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种远程在线无损检测综合实验装置包括实验台、可拆卸式压力容器、水箱、电泵、PLC可编程逻辑控制器、计算机控制系统、摄像机，实验台为前端具有开口的箱体，箱体的一侧具有半圆形曲面，箱体的另一侧为矩形箱体，可拆卸式压力容器通过螺栓固定在箱体的曲面端，可拆卸式压力容器的底板坐在实验台台面上并通过箱体内支撑座支撑，箱体的矩形端设置有抽屉，PLC可编程逻辑控制器设置在抽屉内，手动操作面板设置在抽屉上，水箱、电泵也设置有箱体内；可拆卸式压力容器的罐壁由上部的缺陷段和下段通过快拆结构固定在一起，缺陷段通过快拆结构与上封头固定在一起，上封头处安装有安全阀和放空阀，上封头处还安装有压力表和压力传感器，罐壁处安装有玻璃管液位计，底板处安装有排水管，排水管通过电泵与水箱连接；压力表、压力传感器、玻璃管液位计、电泵的电机均与PLC可编程逻辑控制器，PLC可编程逻辑控制器连接计算机控制系统；可拆卸式压力容器周围均匀设置摄像机，每个摄像机均与计算机控制系统连接；快拆结构由在罐壁缺陷段或罐壁下段外设置法兰对并通过螺栓固定连接形成，法兰对中一个法兰的周边均匀布置有成对的连接块，该对连接块均具有水平通孔，两个水平通孔对应设置，另一个法兰的周边也均匀布置有成对的连接块，两个法兰的成对连接块上下对应放置，T型连接件的螺杆从成对连接块中间穿过，T型连接件的水平连接杆穿过成对连接块的水平通孔及螺杆，螺母及螺栓垫片顶在成对连接块上将上下成对连接块紧固在一起；T型连接件由螺杆、螺母、螺栓垫片、水平连接杆构成，螺母旋在螺杆上，水平连接杆从螺杆上的孔穿过。
上述方案中摄像机有三个，均为球形摄像机，三个球形摄像机呈120°均布，摄像机的支撑装置采用万向管，位置可调，方便应对临时状况。
上述方案中实验台的台面与实验台的底板之间设置有方形支撑钢管，通过方形支撑钢管的支撑和可拆卸压力容器支撑座的支撑，可以防止容器实验时的重量过大而压坏桌面，结实耐用；实验台底部设有万向轮，使整个实验站移动方便。
上述方案中电机连接变频器，PLC与变频器均布置在抽屉内，水箱固定在实验台底部，且布置在抽屉下方。
上述方案中上封头布置有两个接管，一个接管连接一个三通，三通上接口接有所述的压力表，三通的水平接口接有第二个三通，第二个三通的上接口安装所述的安全阀，第二个三通水平接口安装所述的压力传感器，另一个接管连接一个所述的放空阀。
上述方案中压力传感器连接XC-E4AD2DA，XC-E4AD2DA将压力信号转换成数字信号传给PLC。
本发明具有以下有益效果：
1、远程在线无损检测综合实验装置采用控制端与实验现场隔离设计，它是通过软件将命令传给PLC，PLC会控制变频器和电泵给有预制缺陷的实验压力容器自动注水加压，容器内液体的压力变化将通过压力传感器和模拟器传输到PLC，PLC将压力信号及时传输到计算机内，在压力达到一定值时进行保压，在保压阶段再结合其它相应的设备进行相应的压力容器在线声发射监测和压力容器应力测定等实验。该实验台自动化程度高，学生可通过控制端计算机远程在线监控与自动控制来完成全部实验内容，增加实验的安全性和可操作性。
2、远程在线无损检测综合实验装置是一种应用于完成压力容器承压保载过程声发射在线监测、压力容器承压过程应变测量、压力容器无损检测技术（磁粉探伤、超声探伤、漏磁检测、磁记忆检测）应用等多种实验的综合性实验装置，同时学生可通过控制端计算机完成实验数据报告分析，具有高度的自动化和智能化，丰富大学生实验的内容，解决现有实验设备功能单一的问题，降低高校的实验设备的采购费用。
3、远程在线无损检测综合实验装置的实验压力容器采用分体结构，并利用法兰式U形槽螺栓孔快拆结构连接，缺陷段可预制不同形式缺陷，可方便拆卸更换，使实验耗材及费用降低，同时在实验过程中可以快速更换缺陷部分节省实验时间。
附图说明
图1是本发明的总体示意图；
图2是本发明的自动控制原理框图；
图3是本发明中实验台的主视图；
图4是本发明中实验台的俯视图；
图5是本发明中实验台的侧视图；
图6是本发明中可拆卸式压力容器的示意图；
图7是本发明中可拆卸式压力容器上封头的俯视图；
图8是本发明中可拆卸式压力容器中缺陷段的俯视图。
图中：1 上封头，2 缺陷段，3下段，4摄像机，5进水管，6 排水管，7 实验台，8 变频器，9 抽屉，10 水箱，11 排水阀，12 万向轮，13支撑钢管，14液位计，15电泵，16手动操作面板，17快拆结构，18连接块，19螺杆，20 螺母，21 垫片，22水平连接杆，23放空阀，24 压力传感器，25 压力表，26 安全阀，27 防护罩，28计算机，29 PLC可编程逻辑控制器，30三通。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
结合图1、图2所示，这种远程在线无损检测综合实验装置包括实验台7、可拆卸式压力容器、水箱10、电泵15、PLC可编程逻辑控制器29、计算机控制系统、摄像机4，结合图3、图4、图5所示，实验台7为前端具有开口的箱体，箱体的一侧具有半圆形曲面，箱体的另一侧为矩形箱体，实验台7的台面和桌底由长方形和半圆组合而成，节省材料，各条管路和线路都布置在实验桌内，实验台7台面与底板之间设置有方形支撑钢管13，同时实验台7的支撑和可拆卸式压力容器的支撑座相互独立，可以防止容器实验时的重量过大而压坏台面，结实耐用；实验台7底部设有万向轮12，使整个实验站移动方便，7个万向轮12均匀分布在实验台7底板之下，使实验台7的载荷平均分布在7个万向轮12上。可拆卸式压力容器通过螺栓固定在箱体的曲面端，可拆卸式压力容器的底板坐在实验台7台面上并通过箱体内支撑座支撑，可拆卸式压力容器的底板为水平底板，箱体的矩形端设置有抽屉9，PLC可编程逻辑控制器29设置在抽屉9内，手动操作面板16设置在抽屉9上，水箱10、电泵15也设置有箱体内，电泵15的电机连接变频器8，变频器8也布置在抽屉9内，水箱10固定在实验台7底部，且布置在抽屉9下方，其下部接有排水阀11，水箱10侧壁面上部接管与电泵15的进水口连接，电泵15的出水口接有进水管5，并与容器罐壁下段3的接管相连，形成注水通道。
可拆卸式压力容器的罐壁由上部的缺陷段2和下段3通过快拆结构17固定在一起，缺陷段2通过快拆结构17与上封头1固定在一起，上封头1布置有两个接管，一个接管连接一个三通30，三通30上接口接有所述的压力表25，三通30的水平接口接有第二个三通30，第二个三通30的上接口安装所述的安全阀26，第二个三通30水平接口安装所述的压力传感器24，另一个接管连接一个所述的放空阀23；罐壁处安装有玻璃管液位计14，水平底板处安装有排水管6，排水管6通过水泵与水箱10连接，连接到水箱10的上部，形成排水通道。可拆卸式压力容器周围均匀设置三个摄像机4，每个摄像机4均与计算机控制系统连接，摄像机4均为球形摄像机，三个球形摄像机呈120°均布，摄像机4的支撑装置采用万向管，位置可调，方便应对临时状况。电机、压力传感器24、玻璃管液位计14均与PLC可编程逻辑控制器29连接。PLC可编程逻辑控制器29连接计算机控制系统，其中压力传感器24连接XC-E4AD2DA，XC-E4AD2DA将压力信号转换成数字信号传给PLC。可拆卸式压力容器外罩有防护罩27。
实验前，打开进水管5上的阀门及放空阀23，启动电泵15对实验装置内注水，当水注满装置时，关闭上封头1处放空阀23，电泵15加压至一定压力，然后保压一段时间，利用摄像机4对预制缺陷部分进行远程在线检测，实验结束后，打开排水管路6上的排水阀11，将实验装置内的水回流到水箱10内。
球形摄像机4通过传输线缆连接到计算机终端，采用典型的闭路监控装置，视频采集卡选择四路视频采集卡，视频传输线以及电源线通过实验台7箱体连接到PC控制端。不同的信号线尽量采用不同的颜色，假如颜色相同可以通过编号的方式进行区分。
结合图6、图7、图8，快拆结构17由在罐壁缺陷段2或罐壁下段3外设置法兰对并通过螺栓固定连接形成，法兰对中一个法兰的周边均匀布置有成对的连接块18，该对连接块18均具有水平通孔，两个水平通孔对应设置，另一个法兰的周边也均匀布置有成对的连接块18，两个法兰的成对连接块上下对应放置，T型连接件的螺杆19从成对连接块18中间穿过，T型连接件的水平连接杆22穿过成对连接块18的水平通孔及螺杆19，螺母20及螺栓垫片21顶在成对连接块18上将上下成对连接块18紧固在一起；参阅图6，T型连接件由螺杆19、螺母20、螺栓垫片21、水平连接杆22构成，螺母20旋在螺杆19上，水平连接杆22从螺杆19上的孔穿过。
本发明具备“手动/自动”两种控制方式，手动操作面板16布置在实验台7的抽屉上，手动操作面板16包括有“急停”、“电源指示”、“泵启动”、“泵停止”、“手动/自动”、“速度一”、“速度二”、“速度三”等按钮，可控制机器的启、停，调节注水速度以及手动模式与自动模式的切换，以上这些操作也可在计算机自动控制端完成；抽屉9以滑轨的形式安装在实验台7箱体内。通过计算机控制系统，将电泵15的开启命令传给PLC，PLC接受命令进行处理，再将命令传给电泵15，电泵15启动开始给实验压力容器输送液体进行加压，实验容器内的液体压力将会通过压力传感器24传给XC-E4AD2DA，XC-E4AD2DA将压力信号转换成数字信号传给PLC，PLC对信号进行处理后再返回到计算机控制系统中，同时操作者也能通过摄像头在计算机28中观察预制缺陷处在加压时的变化情况，再根据容器内液体压力变化和预制缺陷处的变化情况来调节电泵15输送液体流量的状态，即将命令传给PLC，PLC再将命令处理后传给变频器8，变频器8通过控制电泵15的实际工作频率来调节输送液体的流量，实验压力容器内液体压力达到实验所需值时，需控制电泵15停止输送液体，开始在线声发射检测等相关实验，计算机28及时反馈信息，根据这些信息来进行其他操作。
计算机控制系统的操作界面，输入部分主要包括：PLC及实验容器内液体压力输入信号、视频采集卡图像信号输入及延时输入等；处理部分主要有开关量输入模块、数据处理模块、数据采集模块、自动控制模块及开关量输出模块等；输出部分主要包括：PLC及液压泵。系统可实现故障自诊断，可以诊断出容器超压、水箱10水位过低、供电故障等。这些故障一旦发生，动力测试系统将自动停止工作，使电泵15紧急停止，中断所有的操作，达到保护实验台的目的。
这种远程在线无损检测综合实验装置的实验使用方法：
一、压力容器声发射在线监测实验
1．实验原理
远程在线无损检测综合实验装置采用可快速更换带有预制缺陷的分体结构实验压力容器，通过计算机控制系统将命令传给PLC，PLC会控制变频器8和电泵15给有预制缺陷的实验压力容器自动注水加压，容器内液体的压力变化通过压力传感器24和模拟器传输到PLC，PLC将压力信号及时传输到计算机28内，在压力达到一定值时停止注水进行保压，在保压时进行在线的声发射检测。在保压阶段预制缺陷部分在压力作用下会产生变形、裂纹等变化，同时会伴声发射信号，能够被布置在容器表面的声发射传感器接收并传递给检测仪器，通过声发射检测软件观察监测数据，并依据检测过程中的声发射信号参数撞击和幅值确定强度和活性指标，并依据强度和活性综合评价压力容器质量等级。
由于远程在线无损检测综合实验装置安装有摄像头实时采集监控画面，可以通过控制端监控窗口观察缺陷处的变形情况，压力表25的压力变化状况以及可以监控容器密封端面的密封状况等。
2．实验步骤
（1）选择一种缺陷类型（“一”字型、“丁”字型、“十”字型等）的可更换缺陷段，利用快拆结构17组装实验用压力容器；
（2）手动打开压力容器顶部的放空阀23，关闭容器底部排水管6上的阀门，打开液位计14的上、下阀门；
（3）手动扭动实验台7手动控制端的“启动按钮”，启动远程在线无损检测综合实验装置；
（4）启动远程在线无损检测综合实验装置控制端计算机28打开控制界面，设置相应参数，并打开视频采集界面；
（5）手动调节摄像机4，选择最佳的监控位置，使其能够完整监测缺陷部分、液位计14的液面高度以及压力表25的示数，便于实验的完成与实验过程的整体记录；
（6）对空的压力容器注满水，利用计算机28或在实验台7手动控制端选择“速度三”，观察容器内液面高度达到液位计14上限时，选择“速度二”降低注水速度，为防止注水速度过快使压力容器承压影响后期注水升压过程；
（7）压力容器注满水完成后，关闭压力容器顶部放空阀23，保持容器底部排水管6上阀门的关闭，关闭液位计14的上、下阀门；
（8）组建声发射检测仪器系统，将信号电缆编号1-6，按顺序开始布线，并将尾端与仪器的通道相连接，将传感器从包装箱中取出，并与信号线相连接，再将信号线与前置放大器连接，调节前置放大器，进口段连接SINGLE，同时将选择调节开关调到INPUT，在将出口与信号电缆线连接，并且调节到40dB；
（9）布置传感器的阵列，将传感器贴在缺陷段2的器壁上，要将传感器的工作表面涂抹均匀的耦合剂，再利用磁座将其紧紧地固定在压力容器壁上；
（10）将声发射检测仪器打开操作页面，进行声发射信号采集设置；
（11）此时检测系统已经搭建完毕，将调试仪器，按照预制好的标定方案对传感器耦合部位作断铅实验，依次在6个传感器附近位置进行断铅，记录相应数据；
（12）利用远程在线无损检测综合实验装置计算机28或实验台7手动控制端按钮选择“速度三”，按照预先设计的加压曲线开始注水升压，并在保压阶段进行声发射信号采集，每保压一个阶段保存一个采集信号的文件，直至加压结束；
（13）压力容器水压实验条件下声发射信号采集结束后，打开实验压力容器底部排水管6上的阀门，对容器泄压，当容器内水放净后关闭压力容器无损检测实验站；
（14）拆卸传感器、前置放大器、信号线、电缆线等。对声发射仪、前置放大器、电源、信号线、信号电缆等进行检查，如有故障或损坏，进行调整及更换。
二、压力容器应力测定实验
1．实验原理
在实验过程中，通过计算机终端的自动控制，用自动泵给实验台7上的压力容器加压，容器就会发生轻微的变形，随之电阻应变片也会随之发生变形，同时将压力信号转换为电信号，这时采用远程在线无损检测综合实验装置的监控装置观察压力表25示数的变化，结合所采集的数据，初步估计压力与应变的变化关系；接着继续改变计算机终端的参数设定，开始控制自动泵降压，同时观察压力表25示数，然后打印实验数据。
2．实验步骤
（1）熟悉YJ-22电阻应变仪和YJ-22调节平衡箱的使用方法和操作步骤；
（2）按照远程在线无损检测综合实验装置应力测定实验贴片步骤进行贴片；
（3）按照半桥接法，将各电阻片的一端接到调节平衡箱各旋钮上，检查各部分接线是否正确，各接线接柱必须拧紧；
（4）启动远程在线无损检测综合实验装置计算机终端，打开压力容器顶部的放空阀23，关闭容器底部排水管6上的阀门，打开液位计14的上、下阀门；
（5）扭动实验台7手动控制端的“启动按钮”，选择“速度三”对压力容器开始注水；
（6）达到液位计14上限时，选择“速度二”；
（7）注水完成后，关闭容器顶部放空阀23，保持容器底部排水管6上阀门的关闭，关闭液位计上、下阀门；
（8）手动调节摄像机4，选择最佳的监控位置，便于实验的完成与实验过程的整体记录；
（9）打开应变仪“调零”按钮灯熄灭后将手抬起，仪器自动调零；
（10）点击远程在线无损检测综合实验装置的“速度三”按钮，将压力升至0.5MPa，1MPa，1.5MPa，2.0MPa，各点压力保压三分钟，记录各点的应变值；
（11）打开实验压力容器底部排水管6上的阀门；
（12）关闭应变仪及远程在线无损检测综合实验装置，整理实验器材。
本发明采用实验现场与控制端隔离的设计。本发明采用可快速更换带有预制缺陷的实验压力容器，通过由计算机28、PLC、变频器8、电机控制系统自动注水加压，在压力达到一定值后，在保压条件下进行声发射检测、超声波探伤等实验，并附有多个高清摄像装置，可以通过计算机28对实验容器和实验现象进行远距离观察，实现远程自动化监控实验过程，解决容器破裂对学生造成的安全隐患问题。
Claims (6)
1.一种远程在线无损检测综合实验装置，其特征在于：这种远程在线无损检测综合实验装置包括实验台（7）、可拆卸式压力容器、水箱（10）、电泵（15）、PLC可编程逻辑控制器（29）、计算机控制系统、摄像机（4），实验台（7）为前端具有开口的箱体，箱体的一侧具有半圆形曲面，箱体的另一侧为矩形箱体，可拆卸式压力容器通过螺栓固定在箱体的曲面端，可拆卸式压力容器的底板坐在实验台（7）台面上并通过箱体内支撑座支撑，箱体的矩形端设置有抽屉（9），PLC可编程逻辑控制器（29）设置在抽屉（9）内，手动操作面板（16）设置在抽屉（9）上，水箱（10）、电泵（15）也设置有箱体内；可拆卸式压力容器的罐壁由上部的缺陷段（2）和下段（3）通过快拆结构（17）固定在一起，缺陷段（2）通过快拆结构（17）与上封头（1）固定在一起，上封头（1）处安装有安全阀（26）和放空阀（23），上封头（1）处还安装有压力表（25）和压力传感器（24），罐壁处安装有玻璃管液位计（14），底板处安装有排水管（6），排水管（6）通过电泵（15）与水箱（10）连接；压力表（25）、压力传感器（24）、玻璃管液位计（14）、电泵（15）的电机均与PLC可编程逻辑控制器（29）连接，PLC可编程逻辑控制器（29）连接计算机控制系统；可拆卸式压力容器周围均匀设置摄像机（4），每个摄像机（4）均与计算机控制系统连接；快拆结构（17）由在罐壁缺陷段（2）或罐壁下段（3）外设置法兰对并通过螺栓固定连接形成，法兰对中一个法兰的周边均匀布置有成对的连接块（18），该对连接块（18）均具有水平通孔，两个水平通孔对应设置，另一个法兰的周边也均匀布置有成对的连接块（18），两个法兰的成对连接块（18）上下对应放置，T型连接件的螺杆从成对连接块（18）中间穿过，T型连接件的水平连接杆（22）穿过成对连接块（18）的水平通孔及螺杆，螺母（20）及螺栓垫片（21）顶在成对连接块（18）上将上下成对连接块（18）紧固在一起；T型连接件由螺杆（19）、螺母（20）、螺栓垫片（21）、水平连接杆（22）构成，螺母（20）旋在螺杆（19）上，水平连接杆（22）从螺杆（19）上的孔穿过。
2.根据权利要求1所述的远程在线无损检测综合实验装置，其特征在于：所述的摄像机（4）有三个，均为球形摄像机，三个球形摄像机呈120°均布，摄像机（4）的支撑装置采用万向管。
3.根据权利要求2所述的远程在线无损检测综合实验装置，其特征在于：所述的实验台（7）的台面与实验台（7）底板之间设置有方形支撑钢管，实验台（7）底部设有万向轮（12）。
4.根据权利要求3所述的远程在线无损检测综合实验装置，其特征在于：所述的电机连接变频器（8），PLC与变频器（8）均布置在抽屉（9）内，水箱（10）固定在实验台（7）底部，且布置在抽屉（9）下方。
5.根据权利要求4所述的远程在线无损检测综合实验装置，其特征在于：所述的上封头（1）布置有两个接管，一个接管连接一个三通（30），三通（30）上接口接有所述的压力表（25），三通（30）的水平接口接有第二个三通（30），第二个三通（30）的上接口安装所述的安全阀（26），第二个三通（30）水平接口安装所述的压力传感器（24），另一个接管连接一个所述的放空阀（23）。
6.根据权利要求5所述的远程在线无损检测综合实验装置，其特征在于：所述的压力传感器（24）连接XC-E4AD2DA，XC-E4AD2DA将压力信号转换成数字信号传给PLC。
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