CN106678533A - 一种橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种橡胶膜密封气柜活塞扭转监测装置及方法，采用非接触式测量位移方法，利用多部防爆扭转探头监测位移，最终获得整体活塞扭转的数据。装置包含在气柜内壁测量点对应位置设置1条或2条竖直参考线、配置多套防爆扭转探头及相应的图像处理和通讯装置、控制中心的数据接收处理装置。数据接收处理装置，接收到防爆扭转探头的扭转量数据后，进行综合分析计算，给出活塞扭转的模拟显示、各监测点扭转量电流输出、整个活塞整体扭转量的电流输出。本发明的有益效果为：对橡胶膜密封气柜活塞扭转量进行连续在线监测，得到连续的在线精确扭转量数据，可有效掌握活塞运行状态，对提高气柜运行的生产安全、防止活塞非正常状态出现有很大益处。

Description

一种橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置及方法

技术领域

本发明涉及气柜监测装置，主要是一种橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置及方法。

背景技术

橡胶膜密封型干式气柜被广泛用于冶金、市政、化工等领域，主要用于煤气或有毒气体的储存和综合利用。

橡胶膜密封型干式气柜的柜体为一带有拱顶的圆柱体。它由底板、立柱、侧板、活塞、密封机构、柜顶和回廊组成。在圆柱体内装有一组能上下移动的活塞，在活塞和侧板之间安装有密封装置。

橡胶膜气柜工作原理是：当外部管网气体压力高于柜内压力时，大量气体就会进入气柜，推动活塞快速上升，将气体储存在由底板、侧板和活塞所组成的空间内；当外部管网气体压力低于柜内压力时，由活塞自重将柜内气体压出，送入外部管网，随着气体的送出，活塞逐渐下降。这样气柜就能够根据外部管网压力的变化自动吞吐气体。

为防止活塞包括T-挡板在上、下移动时泄漏煤气或有毒气体，在活塞与侧壁之间设有密封装置。从而保证了干式气柜能长期、稳定、安全地运行。

气柜活塞通过柜顶设置的调平装置保持平衡，避免活塞在运行过程中发生扭转、漂移等。但由于活塞及柜顶调平装置的多组在安装上存在的误差，各组钢丝绳受力及位置的不均，容易造成活塞的扭转，即活塞沿圆周旋转，从而造成活塞沿圆周运动不能满足规范的要求≤50mm。由此极易造成活塞失稳、橡胶膜纵向挤压破损、大量泄漏煤气或有毒气体，甚至造成活塞倾翻、卡滞等，发生重大安全事故。

目前国内已投产的橡胶膜气柜约有300余座，当前市场尚无对活塞扭转进行动态监测的有效方法和设备，由于活塞扭转等原因而造成的生产事故时有发生，而事先动态监测和跟踪及报警、避免事故发生是有效手段。

对于活塞扭转，目前传统检测方法是人员配带安全设备如空气呼吸器等定期进入气柜进行人工测量。这一方面需要消耗大量的人力、物力和财力，另一方面检测人员面临巨大的安全危险和隐患，如跌落、中毒等，同时由于内部环境恶劣，测量数据也不够准确。

通过实时动态在线扭转监测，不仅安全，还准确、及时，并能通过数据库发现漂移趋势，及时纠正。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置及方法，采用非接触式测量位移原理，通过安装一部或多部防爆摄像头进行位移监测来获得橡胶膜密封气柜活塞扭转量的装置。

本发明是通过如下技术方案来完成的。这种橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置，主要包括气柜,在气柜内壁测量点对应位置设置有一条或二条竖直参考线,在每段气柜活塞的边缘位置设置有对应的防爆扭转探头,防爆扭转探头将所测得的气柜活塞水平左右方向扭转的位移量，传输给气柜外部控制中心的数据接收处理装置；各防爆扭转探头和控制中心采用通讯电缆数据总线连接，数据接收处理装置接收所有防爆扭转探头的扭转数据，进行综合分析计算，获得整体气柜活塞的扭转数据。

作为优选，所述的防爆扭转探头外部配置防爆光源，以补充气柜内的光线不足。

更进一步的，多个防爆扭转探头等间距安装，防爆扭转探头安装在T挡板上支架的气柜活塞的边缘的扭转探头安装位A或安装在气柜活塞的边缘的扭转探头安装位B。

更进一步的，所述的防爆扭转探头主要包括防爆透明玻璃、防爆外壳、镜头、前盖、电缆紧固塞和后盖，前盖通过前盖紧固螺丝固定在防爆外壳上，电路板通过电路板固定螺丝固定在前盖上；被测物透过镜头，由CDD组件获取图像，配以CCD驱动、图像获取电路，信号处理分析、计算转换电路，探头通讯模块，将所得的气柜活塞左右方向扭转的位移量，传输给气柜外部控制中心的数据接收处理装置；数据接收处理装置接收到所有防爆扭转探头的扭转量数据后，进行综合分析计算，给出气柜活塞扭转的模拟显示、各监测点扭转量电流输出、整个气柜活塞整体扭转量的电流输出；同时给出扭转量超限的声光报警信号、电接点信号；电流输出到PLC系统后，进行数据记录，形成数据曲线，用于存档、事故分析，控制相关连锁机构。

作为优选，在气柜侧壁内自顶到底设置有一条竖直参考线，竖直参考线的颜色和气柜内壁的背景色有明显区分，便于防爆扭转探头进行图像分析处理，防爆扭转探头内设测距电路，获得防爆扭转探头所处位置和气柜侧壁的间距，利用此间距值，对偏移结果进行修正。

作为优选，在气柜侧壁内自顶到底设置有二条竖直参考线，竖直参考线的颜色和气柜内壁的背景色有明显区分，便于防爆扭转探头进行图像分析处理，防爆扭转探头根据二条竖直参考线的实际宽度及所得图像宽度，自动对结果进行补偿调整。

本发明所述的这种橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测方法，通过设置在每段气柜活塞的边缘位置的防爆扭转探头，从气柜内壁测量点对应位置设置的一条或二条竖直参考线获得气柜活塞左右方向扭转的位移量，传输给气柜外部控制中心的数据接收处理装置；数据接收处理装置接收所有防爆扭转探头的扭转数据，进行综合分析计算，获得整体气柜活塞的扭转数据。

本发明的有益效果为：本发明可对橡胶膜密封气柜活塞扭转量进行连续在线监测，得到连续的在线精确扭转量数据，可有效掌握活塞运行状态，对提高气柜运行的生产安全、防止活塞非正常状态出现有很大益处。

附图说明

图1为本发明的系统布置示意图。

图2为本发明的多只防爆扭转探头时的布置示意图。

图3是本发明的防爆扭转探头测量原理示意图。

图4是本发明的系统方框示意图。

图5是本发明的防爆扭转探头结构示意图。

图6是本发明的柜内扭转探头安装位置示意图1。

图7是本发明的柜内扭转探头安装位置示意图2。

图8是本发明的防爆扭转探头测量单线方案示意图。

图9是本发明的防爆扭转探头测量双线方案示意图。

图10为本发明的系统数据处理流程示意图。

附图标记说明：气柜1，T挡板上支架2，竖直参考线3，防爆扭转探头4，通讯电缆5，控制中心6，仪表柜7，气柜活塞8，防爆光源9，皮膜10，T挡板下支架11，活塞支架12，扭转探头安装位A-13，扭转探头安装位B-14，收线盘A-15，收线盘B-16。

防爆透明玻璃4-1，前盖4-2，前盖紧固螺丝4-3，镜头4-4，CDD组件4-5，电路板4-6，电路板固定螺丝4-7，CCD驱动、图像获取电路4-8，信号处理分析、计算转换电路4-9，探头通讯模块4-10，防爆外壳4-11，电缆紧固塞4-12，后盖4-13。

A-补光，B-左右扭转量的测量范围，C-两条竖线固定间距。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

如图1所示，这种橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置，主要包括气柜1，在气柜1内壁测量点对应位置设置有一条竖直参考线3,在每段气柜活塞8的边缘位置设置有对应的防爆扭转探头4,防爆扭转探头4将所得的气柜活塞8左右方向扭转的位移量，传输给气柜外部控制中心6的仪表柜7中的数据接收处理装置；各防爆扭转探头4和控制中心6采用通讯电缆5数据总线连接(连接至控制中心6的仪表柜7中)，数据接收处理装置接收所有防爆扭转探头4的扭转数据，进行综合分析计算，获得整体气柜活塞8的扭转数据。

实施例1：如图8所示，所述的防爆扭转探头4外部配置防爆光源9以补充气柜内的光线不足。在气柜1侧壁内自顶到底设置有一条竖直参考线3，竖直参考线3的颜色和气柜1内壁的背景色有明显区分，便于防爆扭转探头4进行图像分析处理，线的宽度可以在5～10mm左右；防爆扭转探头4内设测距电路，获得防爆扭转探头4所处位置和气柜1侧壁的间距，利用此间距值，对偏移结果进行修正；测距电路可采用：激光测距，超声波，红外线，雷达等。

实施例2：如图3和图9所示，所述的防爆扭转探头4外部配置防爆光源9以补充气柜内的光线不足。在气柜1侧壁内自顶到底设置有二条竖直参考线3，竖直参考线3的颜色和气柜1内壁的背景色有明显区分，便于防爆扭转探头4进行图像分析处理；线的宽度可以在5～10mm左右；图像分析软件、位移结果处理软件部分和实施例1稍有不同，防爆扭转探头4根据二条竖直参考线3的实际宽度及所得图像宽度，自动对结果进行补偿调整。

如图2、图6和图7所示，收线盘A15：安置在活塞上，收线盘B16：安置在底部活塞走道上，图中标号10为皮膜10，标号11为T挡板下支架。多个防爆扭转探头4等间距安装(视活塞直径大小，安装1至8只在活塞合适位置)，防爆扭转探头4安装在T挡板上支架2的气柜活塞8的边缘的扭转探头安装位A13或安装在活塞支架12的气柜活塞8的边缘的扭转探头安装位B14。

如图4和图5所示，所述的防爆扭转探头4主要包括防爆透明玻璃4-1、防爆外壳4-11、镜头4-4、前盖4-2、电缆紧固塞4-12和后盖4-13，前盖4-2通过前盖紧固螺丝4-3固定在防爆外壳4-11上，电路板4-6通过电路板固定螺丝4-7固定在前盖4-2上；被测物透过镜头4-4，由CDD组件4-5获取图像，配以CCD驱动、图像获取电路4-8，信号处理分析、计算转换电路4-9，探头通讯模块4-10，将所得的气柜活塞8左右方向扭转的位移量，传输给气柜外部控制中心6的数据接收处理装置。数据接收处理装置接收到所有防爆扭转探头4的扭转量数据后，进行综合分析计算，给出气柜活塞8的扭转模拟显示、各监测点扭转量电流输出、整个气柜活塞8整体扭转量的电流输出；同时给出扭转量超限的声光报警信号、电接点信号；电流输出到PLC系统后，进行数据记录，形成数据曲线，便于存档、事故分析，控制相关连锁机构。

本发明所述的这种橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测方法，通过设置在每段气柜活塞8的边缘位置的防爆扭转探头4，从气柜1内壁测量点对应位置设置的一条或二条竖直参考线3获得气柜活塞8左右方向扭转的位移量，传输给气柜外部控制中心6的数据接收处理装置；数据接收处理装置接收所有防爆扭转探头4的扭转数据，进行综合分析计算，获得整体气柜活塞8的扭转数据。

对于采用一条竖直参考线3的实施例1，计算扭转数据的方法如下：

假设横向像素为a个，相邻像素之间间距为b微米，CCD横向尺寸为ab微米，对应需要测量的实际物理尺寸若为c毫米，可获得对应尺寸系数：K＝c/ab；

因背景色和竖直参考线3都是单一颜色，将图像进行二值化处理，背景色为0电平，竖直参考线3为1电平，CCD首先取得背景色，接收到M个0电平像素，连续有N个1电平像素，则可获得竖直参考线3的位置；

L＝k*K*M+N/2-a/2+d；其中：

①L是中心标定后活塞偏转长度，为扭转结果；

②k是CCD距离系数，k＝s1/s2，s1是被测物距透镜的距离，s2是透镜与CCD之间的距离，s1测距获得，s2为固定值；

③M是出现1电平前连续0电平的像素个数；

④N是连续出现的1电平像素个数，必须N>3；

⑤定标d值，d是实际被测物体与ccd对应中心偏差值，顺序是从左到右；如果大于中心点也就是右边dm是负数；如果小于中心点也就是左边dm是正数；

⑥K*a/2为中心位置尺寸。

对于实施例2的二条竖直参考线3，直接获得2条竖线同时在左右偏转中的变化量，根据两线间距，来进行结果修正。

对于上述方案，数据接收处理装置接收到所有摄像头取得的扭转、偏转量后，采用专有数学模型，对位置数据分析拟合，最终获得整个活塞的扭转参考量。和报警值比较后，给出声光电的报警。同时输出扭转参考量的电流给PLC，供数据记录、扭转量的曲线形成、保存。也可以连锁相关控制设备，保证活塞正常生产。

为保证测量的准确，系统采用如图10所示的误差校正方法。

采用此策略后，可以将测量准确度提高到较高等级，防止误测，造成不良后果。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置，主要包括气柜(1),其特征在于：在气柜(1)内壁测量点对应位置设置有一条或二条竖直参考线(3),在每段气柜活塞(8)的边缘位置设置有对应的防爆扭转探头(4),防爆扭转探头(4)将所得的气柜活塞(8)左右方向扭转的位移量，传输给气柜外部控制中心(6)的数据接收处理装置；各防爆扭转探头(4)和控制中心(6)采用通讯电缆(5)数据总线连接，数据接收处理装置接收所有防爆扭转探头(4)的扭转数据，进行综合分析计算，获得整体气柜活塞(8)的扭转数据。

2.根据权利要求1所述的橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置，其特征在于：所述的防爆扭转探头(4)外部配置防爆光源(9)以补充气柜内的光线不足。

3.根据权利要求1所述的橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置，其特征在于：多个防爆扭转探头(4)等间距安装，防爆扭转探头(4)安装在T挡板上支架(2)的气柜活塞(8)的边缘的扭转探头安装位A(13)或安装在活塞支架(12)的气柜活塞(8)的边缘的扭转探头安装位B(14)。

4.根据权利要求1或2或3所述的橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置，其特征在于：所述的防爆扭转探头(4)主要包括防爆透明玻璃(4-1)、防爆外壳(4-11)、镜头(4-4)、前盖(4-2)、电缆紧固塞(4-12)和后盖(4-13)，前盖(4-2)通过前盖紧固螺丝(4-3)固定在防爆外壳(4-11)上，电路板(4-6)通过电路板固定螺丝(4-7)固定在前盖(4-2)上；被测物透过镜头(4-4)，由CDD组件(4-5)获取图像，配以CCD驱动、图像获取电路(4-8)，信号处理分析、计算转换电路(4-9)，探头通讯模块(4-10)，将所得的气柜活塞(8)左右方向扭转的位移量，传输给气柜外部控制中心(6)的数据接收处理装置；数据接收处理装置接收到所有防爆扭转探头(4)的扭转量数据后，进行综合分析计算，给出气柜活塞(8)的扭转模拟显示、各监测点扭转量电流输出、整个气柜活塞(8)整体扭转量的电流输出；同时给出扭转量超限的声光报警信号、电接点信号；电流输出到PLC系统后，进行数据记录，形成数据曲线，用于存档、事故分析，控制相关连锁机构。

5.根据权利要求1所述的橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置，其特征在于：在气柜(1)侧壁内自顶到底设置有一条竖直参考线(3)，竖直参考线(3)的颜色和气柜(1)内壁的背景色有明显区分，便于防爆扭转探头(4)进行图像分析处理，防爆扭转探头(4)内设测距电路，获得防爆扭转探头(4)所处位置和气柜(1)侧壁的间距，利用此间距值，对偏移结果进行修正。

6.根据权利要求1所述的橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测装置，其特征在于：在气柜(1)侧壁内自顶到底设置有二条竖直参考线(3)，竖直参考线(3)的颜色和气柜(1)内壁的背景色有明显区分，便于防爆扭转探头(4)进行图像分析处理，防爆扭转探头(4)根据二条竖直参考线(3)的实际宽度及所得图像宽度，自动对结果进行补偿调整。

7.一种橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测方法，其特征在于：通过设置在每段气柜活塞(8)的边缘位置的防爆扭转探头(4)，从气柜(1)内壁测量点对应位置设置的一条或二条竖直参考线(3)获得气柜活塞(8)左右方向扭转的位移量，传输给气柜外部控制中心(6)的数据接收处理装置；数据接收处理装置接收所有防爆扭转探头(4)的扭转数据，进行综合分析计算，获得整体气柜活塞(8)的扭转数据。

8.根据权利要求7所述的橡胶膜密封气柜活塞扭转的监测方法，其特征在于：对于一条竖直参考线(3)，计算扭转数据的方法如下：

假设横向像素为a个，相邻像素之间间距为b微米，CCD横向尺寸为ab微米，对应需要测量的实际物理尺寸若为c厘米，可获得对应尺寸系数：K＝c/ab；

因背景色和竖直参考线(3)都是单一颜色，将图像进行二值化处理，背景色为0电平，竖直参考线(3)为1电平，CCD首先取得背景色，接收到M个0电平像素，连续有N个1电平像素，则即可获得竖直参考线(3)的位置；

L＝k*(K*(M+N/2-a/2)+d)；其中：

①L是中心标定后活塞偏转长度，为扭转结果；

②k是CCD距离系数，k＝s1/s2，s1是被测物距透镜的距离，s2是透镜与CCD之间的距离，s1测距获得，s2为固定值；

③M是出现1电平前连续0电平的像素个数；

④N是连续出现的1电平像素个数，必须N>3；

⑤定标d值，d是实际被测物体与ccd对应中心偏差值，顺序是从左到右；如果大于中心点也就是右边dm是负数；如果小于中心点也就是左边dm是正数；

⑥K*a/2为中心位置尺寸。