CN108069156A - 储油罐盘库切水机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种储油罐盘库切水机器人及其控制方法，可实现储油罐多参数自动化综合检测、计量和管理，实现储油罐液位、界面、分层含水、分层温度、分层密度、分层压力、液量、油量、水量的自动精确测量与切水的精确控制；包括安装在储油罐上面的电动执行机构，设置在储油罐内可上下移动的多功能射频含水分析仪，安装在储油罐底部出口的切水管线，设置在切水管线上的手动切水阀门、水中油份分析仪、自动切水阀，设置在切水管线上的旁路回油管，设置在旁路回油管上的气动隔膜泵、回油电磁阀，分别与机器人、气动隔膜泵、自动切水阀和回油电磁阀的信号输入端连接的室外防爆信号处理终端，与室外防爆信号处理终端输出端连接的室内信号处理终端和计算机。

Description

储油罐盘库切水机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种储油罐智能型多参数综合计量控制领域，尤其涉及一种储油罐盘库切水机器人及其控制方法。

背景技术

大型储油罐的多参数自动计量盘库与自动切水问题是长期困扰石油石化行业的一大难题，目前储油罐的含水采用人工捞样、化验，液位采用手工检尺，而切水采用手动开阀切水，这种方法早已经暴露出数据不准、浪费资源和安全隐患等方面的问题。具体问题如下：

1、储油罐传统计量液位界面、分层含水、分层温度、分层密度、分层压力的方法是：操作人员手提着取样桶，冒着烈日，攀登几十级旋梯，到几十米的储油罐顶上，打开量油孔，慢慢放入取样桶，呼吸着硫化氢等有害的油气，进行上、中、下三点捞样，然后化验出含水率。这种方法存在着捞样位置不准确，化验结果不准确，油水界面不准确，化验速度慢，人员不安全等问题。而检尺的结果不准确，速度慢，存在人员的不安全问题；

2、储油罐传统切水方法是手工开阀切水，存在油和水很难分清、造成油品的浪费的弊端及安全隐患和健康风险。

3、目前虽然有些储油罐安装了仪表，但都是单一功能，测量单一参数。如：雷达物位计、磁伸缩液位计、伺服液位计等，这些仪表只能测量单一液位参数，无法测量储油罐内液位以下的各种参数，例如分层含水、分层温度、分层密度、分层压力、油水界面等。

发明内容

本发明的目的是提供一种储油罐盘库切水机器人及其控制方法，可实现储油罐多参数自动化综合检测、计量和管理，实现储油罐液位、界面、分层含水、分层温度、分层密度、分层压力、液量、油量、水量及等参数的自动精确测量与切水的精确控制。

本发明技术解决方案是：

本发明涉及的储油罐盘库切水机器人，包括安装在储油罐上面的电动执行机构，设置在储油罐内由电动执行机构带动上下移动的多功能射频含水分析仪，安装在储油罐底部出口的切水管线，设置在切水管线上的手动切水阀门、水中油份分析仪、自动切水阀，设置在切水管线上的旁路回油管，设置在旁路回油管上的气动隔膜泵、回油电磁阀，分别与机器人、气动隔膜泵、自动切水阀和回油电磁阀的信号输入端连接的室外防爆信号处理终端，与室外防爆信号处理终端输出端连接的室内信号处理终端和计算机；

所述电动执行机构，由通过法兰安装在储油罐取样口的机座、设置在机座里面的储丝筒、卷绕在储丝筒上的防腐蚀承荷电缆、控制储丝筒升降的步进电动执行器组成，所述储丝筒通过设置其上的防腐蚀承荷电缆与多功能射频含水分析仪连接；

所述多功能射频含水分析仪内设射频信号发生器、射频信号接收器、压力传感器和温度传感器。

进一步优选，所述多功能射频含水分析仪包括壳体，所述射频信号发生器设置在壳体底部、射频信号接收器设置在壳体内，所述压力传感器、温度传感器镶装在壳体表面，防腐蚀承荷电缆中信号线与射频信号接收器、压力传感器和温度传感器相连，防腐蚀承荷电缆中电源线为压力传感器、温度传感器、射频信号发生器和射频信号接收器提供电源。

进一步优选，所述室外防爆信号处理终端由箱体、设置在箱体内的电源、用于接收含水分析仪信号并发出切水阀门开关指令的PLC二，用于接收含水分析仪信号的模拟量输入模块，与模拟量输入模块相连接的数字量输出模块、切水阀门控制模块组成，将检测的分层含水率、分层温度、分层压力、高度脉冲等信号经室内信号处理终端传送给计算机，同时具有将计算机发出的控制信号经室内信号处理终端传送给机器人执行的功能。

进一步优选，所述室内信号处理终端是由供电电源和485转232通讯模块组成，所述485转232通讯模块与计算机相连接，供电电源给室外防爆信号处理终端内的电源供电，所述PLC二、模拟量输入模块、数字量输出模块经所述485转232通讯模块传送给计算机，同时利用所述485转232通讯模块将计算机发出的控制信传送给所述PLC二。

进一步优选，所述步进电动执行器通过室内信号处理终端的485转232通讯模块与计算机相连，并与室外防爆信号处理终端中电源相连，由所述电源给步进电动执行器提供供电电源。

进一步优选，步进电动执行器由PLC一、与PLC一连接的步进电机、与步进电机连接的减速机、与步进电机轴端连接的导电滑环、用于检测步进电机转数的计数器组成，精准控制多功能射频含水分析仪的检测位置。

采用上述储油罐盘库切水机器人的控制方法，步骤如下：

1、系统开始工作，由计算机发出指令经室内信号处理终端、室外防爆信号处理终端给步进电动执行器，使安装在储油罐顶的机器人控制储油罐中的多功能射频含水分析仪在储油罐内上下往复运动，上下往复运动一次完成巡检上下一个周期，实时将测得的储油罐内混合液体的液位、分层含水率、分层压力、分层温度信号传递给计算机系统进行分析处理，计算得出储油罐内油水界位、底水高度、分层密度数据、储油罐内平均温度和平均含水率；

2、然后，由计算机结合储油罐容表自动进行计算，得到储油罐内总液量、油量和水量的盘库结果，并且形成数据报表，以供用户贸易交接，及实时查询储油罐库存介质的数量与状态；同时提前预知储油罐内部的底水高度，以便计算机根据底水高度自动判断控制是否进行切水；

3、如果巡检上下一个周期结束后储油罐内底水达到或超过系统设置的切水界限值时，计算机通过报警单元首先开始报警，然后自动发出开阀切水的指令给室外防爆信号处理终端，打开自动切水阀放水；在切水的过程中，储油罐内的射频信号发生器始终悬停在底水的上部，不断探测底水浓度的变化，当探测到底水含油率达到界限值时，计算机立即发出关阀停止切水的指令，自动切水阀关阀停止放水，并给报警单元控制信号解除报警；

4、保存切水结果数据，等待下一次切水命令，至此一个切水过程结束。

进一步优选，巡检开始前射频信号发生器始终悬停在液位上方跟踪液位的变化，每次巡检从上到下，多功能射频含水分析仪下降时测量分层含水率，根据含水率变化计算出油水界面和底水高度；多功能射频含水分析仪上升时测量分层温度、压力，计算出分层密度。

进一步优选，所述分层是指多功能射频含水分析仪在储油罐内液体中位移量1mm为一层。

进一步优选，切水过程中储油罐内的射频信号发生器始终悬停在底水的上部且位于底水高度2/3位置。

本发明的有益效果是：

1、计量机器人：一机多用，实现储油罐智能化、自动化、测量与管理。

在国内首创采用机器人的方式对储油罐进行智能化、自动化测量，实现储油罐液面、界面、分层含水率、温度、密度、压力、液量、油量和水量的综合管理。

2、多功能传感器：能够采集含水、温度、密度、压力等信号，通过射频信号的发生装置和接收装置完成对多种参数的采集。

3、实现多种参数测量统一计算与管理；

系统实现对含水、温度、压力、视密度、标准密度等多种参数进行测量；几乎涵盖了储油罐的所有数据的测量；相当于拥有了雷达物位计+油水界面仪+多点密度计+多点压力计+温度计+高/低液位报警仪；系统只需要进行全程盘库(默认2小时一次，可设定)功能，就可以得到该储油罐含水、温度、压力、密度等参数分层数据，使客户坐在电脑前就能掌握储油罐及储油罐区的所有动态信息和各种数据。

4、自动切水功能

系统根据测量到的水位高度和水中油的浓度变化，自动控制切水阀门开关，完成切水动作。

5、密度测量功能

多功能射频含水分析仪配有高精度膜片式压力传感器，向系统反馈液体不同位置的压力信号，系统根据公式计算出精准的密度值。该功能解决了现有测量密度只能在实验室用浮子密度计测量的问题，实现了在现场就能够实时获取密度值，解决了人工捞样化验密度带来的繁琐劳动和测量误差问题。

6、系统实现多种测量与控制流程共存并能够各自独立运行

系统集众多功能于一身，包括全程巡检盘库流程、非接触跟踪测液面流程、实时悬停液面流程、实时悬停水位流程、自动控制切水流程、超高超低报警控制流程等。另外，每个流程的开启和关闭，以及和其他流程之间的相互切换、相互影响都有着严格的层次划分，保证各个流程之间切换合理，衔接紧密、流畅，系统运行稳定，工作高效。

7、本发明集储油罐自动检测、计量、盘库、切水等多功能于一体，实现了储油罐内油水液面、界面、分层含水、温度、压力、密度等各种参数的高精度、全范围、全自动、全天候的在线实时计量；实现了液位超高超低自动报警；实现了自动切水；实现了大型储油罐、大型油库库区的综合性、智能化、远程化测量与管理。

8、与国内外同类产品测量功能和测量精度比较优势，见下表：

附图说明

图1是储油罐计量机器人巡检盘库切水控制系统结构图；

图2是电动执行机构结构示意图；

图3是步进电动执行器结构示意图；

图4是多功能射频含水分析仪的结构示意图；

图5是室外防爆信号处理终端电路方框示意图；

图6是室内信号处理终端电路方框图；

图7是本发明的系统工作流程图；

图中：1-电动执行机构，2-多功能射频含水分析仪，3-手动切水阀门，4-切水管线，5-防腐蚀承荷电缆，6-自动切水阀，7-旁路回油管，8-回油电磁阀，9-气动隔膜泵，10-水中油份分析仪，11-储油罐，12-室外防爆信号处理终端，13-室内信号处理终端，14-计算机，15-电源，16-PLC二，17-数字量输出模块，18-模拟量输入模块，19-切水阀门控制模块，20-箱体，21-箱体，22-供电电源，23-485转232通讯模块；101-机座，102-储丝筒，103-控制步进电动执行器，1101-取样口，104-法兰，1031-PLC一，1032-步进电机，1033-减速机，1034-导电滑环，1035-防爆端盖，1036-计数器，201-射频信号发生器，202-温度传感器，203-压力传感器，204-射频信号接收器，205-壳体。

具体实施方式

如图1所示，本发明涉及的储油罐盘库切水机器人，包括安装在储油罐11上面的电动执行机构1，设置在储油罐11内的多功能射频含水分析仪2，安装在储油罐底部出口的切水管线4，切水管线4的出口引至水槽中，设置在切水管线4上的手动切水阀门3、水中油份分析仪10、自动切水阀6，设置在切水管线4上的旁路回油管7，设置在旁路回油管7上的气动隔膜泵9、回油电磁阀8，分别与机器人1、气动隔膜泵9、自动切水阀6和回油电磁阀5的信号输入端连接的室外防爆信号处理终端12，与室外防爆信号处理终端12输出端连接的室内信号处理终端13和计算机14。

如图2所示，所述电动执行机构，由通过法兰104安装在储油罐11取样口1101处的机座101、设置在机座101里面的储丝筒102、卷绕在储丝筒102上的防腐蚀承荷电缆5、控制储丝筒102升降的步进电动执行器103组成，所述储丝筒102通过设置其上的防腐蚀承荷电缆5与多功能射频含水分析仪2连接。

如图3所示，步进电动执行器103包括PLC一1031、与PLC一1031连接的步进电机1032、与步进电机1032连接的减速机1033、与步进电机轴端连接的导电滑环1034、用于检测步进电机转数的计数器1036，上述部件设置在壳体内，在所述壳体端口上安装隔爆端盖1035，精准控制多功能射频含水分析仪的检测位置。

如图4所示，所述多功能射频含水分析仪2由壳体205，设置在壳体205底部的射频信号发生器201、设置在壳体205内的射频信号接收器204，镶装在壳体205表面的压力传感器203、温度传感器202组成，防腐蚀承荷电缆5中信号线与射频信号接收器204、压力传感器203、温度传感器202相连，防腐蚀承荷电缆5中电源线为各传感器和射频信号发生器201、射频信号接收器204提供电源。所述压力传感器为高精度膜片式压力传感器，采用美国GWNova压力传感器，型号为NPI19A－CZ201GH。

如图5所示，所述室外防爆信号处理终端12由箱体20、设置在箱体20内的电源15、用于接收含水分析仪信号并发出切水阀门开关指令的PLC二16，用于接收含水分析仪信号的模拟量输入模块18，与模拟量输入模块18相连接的数字量输出模块17、切水阀门控制模块19组成，将检测的分层含水率、分层温度、分层压力、高度脉冲等信号经室内信号处理终端传送给计算机，同时具有将计算机发出的控制信号经室内信号处理终端传送给机器人执行的功能。

如图6所示，所述室内信号处理终端13是由箱体21、供电电源22和485转232通讯模块23组成，所述485转232通讯模块23与计算机相连接，供电电源22给室外防爆信号处理终端内的电源15供电，所述PLC二16、模拟量输入模块18、数字量输出模块17经所述485转232通讯模块23传送给计算机，同时利用所述485转232通讯模块23将计算机发出的控制信传送给室外防爆信号处理终端12中PLC二16。

所述步进电动执行器103通过室内信号处理终端的485转232通讯模块23与计算机14相连，并与室外防爆信号处理终端12中电源15相连，由电源15给步进电动执行器103提供供电电源。

如图7所示，储油罐盘库切水机器人控制方法：

1、检测运行前射频信号发生器201始终悬停在液位上方距离液面1－10cm位置(由射频信号发生器201至液面的反射信号确定)，本实施例中距离液面5cm，并始终跟踪液位的变化；系统开始工作，由计算机14发出指令给步进电动执行器103，使安装在储油罐顶的机器人1控制储油罐11中的多功能射频含水分析仪2在储油罐11内上下往复运动，上下往复运动一次完成巡检上下一个周期，每次巡检从上到下，先检测液位以及分层含水率、温度、压力和密度，实时将测得的分层含水率、压力、温度信号传递给计算机系统14进行分析处理。所述分层是指多功能射频含水分析仪2在储油罐内液体中每次位移量为1mm，即分层高度为1mm，且多功能射频含水分析仪2下降时测量分层含水率，根据含水率变化计算出油水界面和底水高度；多功能射频含水分析仪2上升时测量分层温度、压力，计算出分层密度、储油罐内平均温度和平均含水率；

2、然后，由计算机结合储油罐容表，按照国家标准《GB 9110-1988原油立式金属储油罐计量油量计量方法》的规定自动进行计算，得到储油罐内总液量、油量和水量的盘库结果，并且形成数据报表，以供用户贸易交接，及实时查询储油罐库存介质的数量与状态；同时提前预知储油罐内部的底水高度，以便计算机根据底水高度自动判断控制是否进行切水；

3、如果巡检上下一个周期结束后储油罐内底水达到或超过系统设置的切水界限值时，计算机14通过报警单元首先开始报警，然后自动发出开阀切水的指令给室外防爆信号处理终端中切水阀门控制模块19，打开自动切水阀放水；在切水的过程中，储油罐内的射频信号发生器201始终悬停在底水的上部且位于底水高度2/3位置，不断探测底水浓度的变化，当探测到底水含油率达到界限值，所述界限值为80～150PPm，本实施例取100ppm，计算机立即发出关阀停止切水的指令，自动切水阀关阀停止放水，并给报警单元控制信号解除报警；

4、保存切水结果的数据，等待下一次切水命令，至此一个切水过程结束。

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储油罐盘库切水机器人，其特征是：包括安装在储油罐上面的电动执行机构，设置在储油罐内由电动执行机构带动上下移动的多功能射频含水分析仪，安装在储油罐底部出口的切水管线，设置在切水管线上的手动切水阀门、水中油份分析仪、自动切水阀，设置在切水管线上的旁路回油管，设置在旁路回油管上的气动隔膜泵、回油电磁阀，分别与机器人、气动隔膜泵、自动切水阀和回油电磁阀的信号输入端连接的室外防爆信号处理终端，与室外防爆信号处理终端输出端连接的室内信号处理终端和计算机；

所述电动执行机构由通过法兰安装在储油罐取样口的机座、设置在机座里面的储丝筒、卷绕在储丝筒上的防腐蚀承荷电缆、控制储丝筒升降的步进电动执行器组成，所述储丝筒通过设置其上的防腐蚀承荷电缆与多功能射频含水分析仪连接；

所述多功能射频含水分析仪内设射频信号发生器、射频信号接收器、压力传感器和温度传感器。

2.根据权利要求1所述的油罐盘库切水机器人，其特征是：所述多功能射频含水分析仪包括壳体，所述射频信号发生器设置在壳体底部、射频信号接收器设置在壳体内，所述压力传感器、温度传感器镶装在壳体表面，防腐蚀承荷电缆中信号线与射频信号接收器、压力传感器和温度传感器相连，防腐蚀承荷电缆中电源线为压力传感器、温度传感器、射频信号发生器和射频信号接收器提供电源。

3.根据权利要求1所述的油罐盘库切水机器人，其特征是：所述室外防爆信号处理终端由箱体、设置在箱体内的电源、用于接收含水分析仪信号并发出切水阀门开关指令的PLC二，用于接收含水分析仪信号的模拟量输入模块，与模拟量输入模块相连接的数字量输出模块、切水阀门控制模块组成，将检测的分层含水率、分层温度、分层压力、高度脉冲等信号经室内信号处理终端传送给计算机，同时具有将计算机发出的控制信号经室内信号处理终端传送给机器人执行的功能。

4.根据权利要求1所述的油罐盘库切水机器人，其特征是：所述室内信号处理终端是由供电电源和485转232通讯模块组成，所述485转232通讯模块与计算机相连接，供电电源给室外防爆信号处理终端内的电源供电，所述PLC二、模拟量输入模块、数字量输出模块经所述485转232通讯模块传送给计算机，同时利用所述485转232通讯模块将计算机发出的控制信传送给所述PLC二。

5.根据权利要求4所述的油罐盘库切水机器人，其特征是：步进电动执行器通过室内信号处理终端的485转232通讯模块与计算机相连，并与室外防爆信号处理终端中电源相连，由所述电源给步进电动执行器提供供电电源。

6.根据权利要求1所述的油罐盘库切水机器人，其特征是：步进电动执行器由PLC一、与PLC一连接的步进电机、与步进电机连接的减速机、与步进电机轴端连接的导电滑环、用于检测步进电机转数的计数器组成，精准控制多功能射频含水分析仪的检测位置。

7.如权利要求1所述的储油罐盘库切水机器人的控制方法，其特征是：步骤如下：

1)、系统开始工作，由计算机发出指令经室内信号处理终端、室外防爆信号处理终端给步进电动执行器，使安装在储油罐顶的机器人控制储油罐中的多功能射频含水分析仪在储油罐内上下往复运动，上下往复运动一次完成巡检上下一个周期，实时将测得的储油罐内混合液体的液位、分层含水率、分层压力、分层温度信号传递给计算机系统进行分析处理，计算得出储油罐内油水界位、底水高度、分层密度数据、储油罐内平均温度和平均含水率；

2)、然后，由计算机结合储油罐容表自动进行计算，得到储油罐内总液量、油量和水量的盘库结果，并且形成数据报表，以供用户贸易交接，及实时查询储油罐库存介质的数量与状态；同时提前预知储油罐内部的底水高度，以便计算机根据底水高度自动判断控制是否进行切水；

3)、如果巡检上下一个周期结束后储油罐内底水达到或超过系统设置的切水界限值时，计算机通过报警单元首先开始报警，然后自动发出开阀切水的指令给室外防爆信号处理终端，打开自动切水阀放水；在切水的过程中，储油罐内的射频信号发生器始终悬停在底水的上部，不断探测底水浓度的变化，当探测到底水含油率达到界限值时，计算机立即发出关阀停止切水的指令，自动切水阀关阀停止放水，并给报警单元控制信号解除报警；

4)、保存切水结果数据，等待下一次切水命令，至此一个切水过程结束。

8.根据权利要求7所述的储油罐盘库切水机器人的控制方法，其特征是：巡检开始前射频信号发生器始终悬停在液位上方跟踪液位的变化，每次巡检从上到下，多功能射频含水分析仪下降时测量分层含水率，根据含水率变化计算出油水界面和底水高度；多功能射频含水分析仪上升时测量分层温度、压力，计算出分层密度。

9.根据权利要求7所述的储油罐盘库切水机器人的控制方法，其特征是：所述分层是指多功能射频含水分析仪在储油罐内液体中位移量1mm为一层。

10.根据权利要求7所述的储油罐盘库切水机器人的控制方法，其特征是：切水过程中储油罐内的射频信号发生器始终悬停在底水的上部且位于底水高度2/3位置。