CN108775447B - 一种智能补偿控制系统及其工作方法 - Google Patents

一种智能补偿控制系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

一种智能补偿控制系统及其工作方法。涉及核电领域管道支吊架控制系统领域，尤其涉及其中反应器出料管道的支吊架控制系统的改进。提出了一种结构精巧、动作稳定、准确度高且反应速度快，当长直管出现弯曲时以主动调控的方式进行准确补偿，从而对反应器的出料管道进行长效的稳定、良好的支撑的智能补偿控制系统及其工作方法。包括控制中心、若干支吊架和若干检测单元；所述支吊架和检测单元一一对应、且均与控制中心进行数据交互；所述检测单元固定连接在长直管的外壁上、且位于支吊架的上方，通过检测单元检测支吊架支撑处长直管的温度。本发明从整体上具有动作稳定、准确度高、反应速度快以及支撑效果好等优点。

Description

一种智能补偿控制系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及核电领域管道支吊架控制系统领域，尤其涉及其中反应器出料管道的支吊架控制系统的改进。
背景技术
目前，用于大体积反应器及其出料管道的布置大多如图7-8所示，具有反应器尺寸大、管道负荷大的特点，因此，对管道的支撑将显得尤为重要。具体来说，当反应器受内部气体的温度、压力影响出现高度变化时，将直接导致位于两段弯管中的长直管出现弯曲变形，而传统的弹簧式的支吊架通常无法快速、准确的适应长直管的弯曲变形，常在使用过程中出现补偿不及时、补偿不到位等问题，从而使得长直管得不到良好、有效的支撑，进而在长期使用后使得长直管局部开裂，严重的甚至发生漏气，给石化产业的加工现场带来了极大的安全隐患。
发明内容
本发明针对以上问题，提出了一种结构精巧、动作稳定、准确度高且反应速度快，当长直管出现弯曲时以主动调控的方式进行准确补偿，从而对反应器的出料管道进行长效的稳定、良好的支撑的智能补偿控制系统及其工作方法。
本发明的技术方案为：包括控制中心、若干支吊架和若干检测单元；
所述支吊架和检测单元一一对应、且均与控制中心进行数据交互；
所述支吊架设在基架上、且包括升降机构和荷重板，所述基架固定连接在地面上，所述荷重板抵在长直管的底部，所述升降机构连接在基架和荷重板之间、且用于驱动荷重板做直线升降运动；
所述检测单元固定连接在长直管的外壁上、且位于支吊架的上方，通过检测单元检测支吊架支撑处长直管的温度。
所述控制中心包括电源一、计算中心和数据交互器，通过电源一给计算中心、数据交互器供电，所述计算中心通过数据交互器与若干支吊架、若干检测单元进行无线数据交互，通过计算中心接收检测单元发出的信号，并在计算后向支吊架发出控制信号。
所述支吊架还包括固定连接在基架上的电源二和信号接收器，通过电源二给信号接收器和升降机构供电，所述升降机构通过信号接收器与控制中心进行数据交互。
所示支吊架还包括平移机构，所述基架的顶面上设有与长直管平行的水平滑轨，所述平移机构包括滑座和一对驱动轮，所述滑座滑动连接在水平滑轨上，所述升降机构的底端铰接在滑座中，一对所述驱动轮铰接在滑座的两侧、且用于驱动滑座沿水平滑轨做直线往复运动；
通过电源二给驱动轮供电，且驱动轮通过信号接收器与控制中心进行数据交互。
所述检测单元包括电源三、温度传感器和信号发送器，所述电源三、温度传感器、信号发送器均固定连接在管道的外壁上，通过电源三给温度传感器、信号发送器供电，所述温度传感器通过信号发送器与控制中心进行数据交互。
按以下步骤进行工作：
1）、建立初始值：
1.1）、将长直管的材料属性输入计算中心内，所述材料属性包括弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数；
1.2）、将反应器一次反应过程中，出料的温度随时间的变化曲线输入计算中心内；
1.3）、将反应器一次反应过程中，出料的气体的密度随时间的变化曲线、压力随时间的变化曲线输入计算中心内；
1.4）、通过计算中心进行有限元分析，得出每一个支吊架的顶端所处位置的长直管的高度随时间的变化曲线、以及该位置长直管的高度随温度的变化曲线；
2）、控制反应器一次反应，同时进行步骤2.1）和步骤2.2）；
2.1）、进行补偿：
2.1.1）、通过计算中心根据步骤1.4）中各个高度随时间的变化曲线计算出各个支吊架的实时补偿量；
2.1.2）、由计算中心通过数据交互器向所有的升降机构发出动作指令，使得支吊架对长直管进行实时补偿；直至反应结束；
2.2）、补偿校核：
2.2.1）、通过检测单元测量各个支吊架所述位置的长直管的实时温度，并发送至计算中心；
2.2.2）、由计算中心根据步骤1.4）中各个高度随温度的变化曲线计算出升降机构的理论补偿量，并计算出各个支吊架的理论补偿量随时间的变化曲线；
2.2.3）、由计算中心先计算出步骤2.1.1）发出的各个支吊架的实时补偿量随时间的变化曲线；再与步骤2.2.2）中计算出的各个支吊架的理论补偿量随时间的变化曲线进行对比，判断是否一致，若一致则结束，若不一致，则发出报警；完毕。
按以下步骤进行工作：
S1）、建立初始值：
S1.1）、将长直管的材料属性输入计算中心内，所述材料属性包括弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数；
S1.2）、将反应器一次反应过程中，出料的温度随时间的变化曲线输入计算中心内；
S1.3）、将反应器一次反应过程中，出料的气体的密度随时间的变化曲线、压力随时间的变化曲线输入计算中心内；
S1.4）、通过计算中心进行有限元分析，得出每一个支吊架顶端所处位置的长直管的竖直位移量y随时间的变化曲线、以及该位置长直管的水平位移量x随时间的变化曲线；
S1.5）、通过计算中心进行有限元分析，得出每一个支吊架所处位置的长直管的轴心的切线与水平面的夹角θ随时间的变化曲线；
S1.6）、记初始状态下，支吊架顶端与底端的间距为h；
S2）、控制反应器一次反应，同时进行补偿：
S2.1）、通过计算中心根据x、y、h、θ按以下公式计算：由于(x+x’)/ (h+y)=tanθ，得支吊架底端的水平补偿量x’=(h+y) tanθ- x，且可得支吊架长度方向上的补偿量l=(h+y)/cosθ；
S2.2）、由计算中心根据实时的x’向平移机构发出控制信号，并根据实施的l向升降机构发出控制信号，使得支吊架对长直管进行实时补偿、且在补偿过程中与长直管的轴心时刻保持垂直；直至反应结束；完毕。
本发明中采用若干主动式的支吊架取缔了传统的弹簧式的支吊架，通过控制中心对升降机构的控制，使得支吊架中的荷重板可快速、准确的运动至指定的支撑位置，从而实现对长直管的持续、稳定的支撑，实现了当长直管出现弯曲时以主动调控的方式进行准确补偿，从而对反应器的出料管道进行长效的稳定、良好的支撑。从整体上具有动作稳定、准确度高、反应速度快以及支撑效果好等优点。
附图说明
图1是本案的结构示意图，
图2是本案的实施方式示意图，
图3是本案中支吊架的优化实施方式示意图，
图4是本案中支吊架的优化实施方式的剖面图；
图5是本案中支吊架的优化实施方式的使用状态参考图一，
图6是本案中支吊架的优化实施方式的使用状态参考图二；
图7是本案的背景技术示意图一，
图8是本案的背景技术示意图二；
图中1是支吊架，11是升降机构，12是荷重板，13是滑座，14是驱动轮，2是基架，20是水平滑轨，3是反应器，4是长直管。
具体实施方式
本发明如图1-6所示，包括控制中心、若干支吊架和若干检测单元；
所述支吊架和检测单元一一对应、且均与控制中心进行数据交互；
所述支吊架1设在基架2上、且包括升降机构11和荷重板12，所述基架2固定连接在地面上，所述荷重板12抵在长直管4的底部，所述升降机构11连接在基架2和荷重板12之间、且用于驱动荷重板12做直线升降运动；
所述检测单元固定连接在长直管4的外壁上、且位于支吊架的上方，通过检测单元检测支吊架支撑处长直管的温度。本发明中采用若干主动式的支吊架取缔了传统的弹簧式的支吊架，通过控制中心对升降机构的控制，使得支吊架中的荷重板可快速、准确的运动至指定的支撑位置，从而实现对长直管的持续、稳定的支撑，实现了当长直管出现弯曲时以主动调控的方式进行准确补偿，从而对反应器3的出料管道进行长效的稳定、良好的支撑。从整体上具有动作稳定、准确度高、反应速度快以及支撑效果好等优点。
所述控制中心包括电源一、计算中心和数据交互器，通过电源一给计算中心、数据交互器供电，所述计算中心通过数据交互器与若干支吊架、若干检测单元进行无线数据交互，通过计算中心接收检测单元发出的信号，并在计算后向支吊架发出控制信号。
所述支吊架1还包括固定连接在基架2上的电源二和信号接收器，通过电源二给信号接收器和升降机构供电，所述升降机构通过信号接收器与控制中心进行数据交互。
人们在实际使用过程中还发现，由于长直管的长度尺寸较大，当长直管出现弯曲时，若是仍采用传统的竖直向上的支撑方式，则支吊架本身也将给长直管造成极大的负荷，对此，本案中还对支吊架做出了以下优化实施方式，如图3-6所示：
所示支吊架还包括平移机构，所述基架2的顶面上设有与长直管平行的水平滑轨20，所述平移机构包括滑座13和一对驱动轮14，所述滑座13滑动连接在水平滑轨20上，所述升降机构12的底端铰接在滑座13中，一对所述驱动轮14铰接在滑座13的两侧、且用于驱动滑座13沿水平滑轨做直线往复运动；
通过电源二给驱动轮供电，且驱动轮通过信号接收器与控制中心进行数据交互。
这样，当长直管出现弯曲时，可驱动轮可根据计算中心发出的控制信号驱使升降机构的底端沿水平滑轨的方向水平滑移，从而调整升降机构以及荷重板的角度，使得荷重板对长直管的支撑力时刻垂直于长直管的轴心，进而有效消除了长直管弯曲后，支吊架本身对长直管的负荷，具有支撑效果好、对管道保护效果好等优点。
按以下步骤进行工作：
S1）、建立初始值：
S1.1）、将长直管的材料属性输入计算中心内，所述材料属性包括弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数；
S1.2）、将反应器一次反应过程中，出料的温度随时间的变化曲线输入计算中心内；
S1.3）、将反应器一次反应过程中，出料的气体的密度随时间的变化曲线、压力随时间的变化曲线输入计算中心内；
S1.4）、通过计算中心进行有限元分析（借用常用的有限元分析软件ANSYS即可实现），得出每一个支吊架顶端所处位置的长直管的竖直位移量y随时间的变化曲线、以及该位置长直管的水平位移量x随时间的变化曲线；
S1.5）、通过计算中心进行有限元分析，得出每一个支吊架所处位置的长直管的轴心的切线与水平面的夹角θ随时间的变化曲线；
S1.6）、记初始状态下，荷重板顶端与升降机构底端的间距为h；
S2）、控制反应器一次反应，同时进行补偿：
S2.1）、通过计算中心根据x、y、h、θ按以下公式计算：由于(x+x’)/ (h+y)=tanθ，得支吊架底端的水平补偿量x’=(h+y) tanθ- x，且可得支吊架长度方向上的总长l=(h+y)/cosθ；
S2.2）、由计算中心根据实时的x’向平移机构发出控制信号，并根据实施的l向升降机构发出控制信号，使得支吊架对长直管进行实时补偿、且在补偿过程中与长直管的轴心时刻保持垂直；直至反应结束；完毕。
所述检测单元包括电源三、温度传感器和信号发送器，所述电源三、温度传感器、信号发送器均固定连接在管道的外壁上，通过电源三给温度传感器、信号发送器供电，所述温度传感器通过信号发送器与控制中心进行数据交互。
按以下步骤进行工作：
1）、建立初始值：
1.1）、将长直管的材料属性输入计算中心内，所述材料属性包括弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数；
1.2）、将反应器一次反应过程中，出料的温度随时间的变化曲线输入计算中心内；
1.3）、将反应器一次反应过程中，出料的气体的密度随时间的变化曲线、压力随时间的变化曲线输入计算中心内；
1.4）、通过计算中心进行有限元分析（借用常用的有限元分析软件ANSYS即可实现），得出每一个支吊架的顶端所处位置的长直管的高度随时间的变化曲线、以及该位置长直管的高度随温度的变化曲线；
2）、控制反应器一次反应，同时进行步骤2.1）和步骤2.2）；
2.1）、进行补偿：
2.1.1）、通过计算中心根据步骤1.4）中各个高度随时间的变化曲线计算出各个支吊架的实时补偿量；
2.1.2）、由计算中心通过数据交互器向所有的升降机构发出动作指令，使得支吊架对长直管进行实时补偿；直至反应结束；
2.2）、补偿校核：
2.2.1）、通过检测单元测量各个支吊架所述位置的长直管的实时温度，并发送至计算中心；
2.2.2）、由计算中心根据步骤1.4）中各个高度随温度的变化曲线计算出升降机构的理论补偿量，并计算出各个支吊架的理论补偿量随时间的变化曲线；
2.2.3）、由计算中心先计算出步骤2.1.1）发出的各个支吊架的实时补偿量随时间的变化曲线；再与步骤2.2.2）中计算出的各个支吊架的理论补偿量随时间的变化曲线进行对比，判断是否一致，若一致则结束，若不一致，则发出报警；完毕。由于长直管在使用过程中不会仅因为一次的支撑不足或支撑不及时就出现开裂、漏气等问题，因此，本案在反应器每一次反应均进行一次补偿校核，即可在补偿系统或是支吊架的机械结构出现问题时得以及时发现，从而提醒操作人员在下一次反应前对问题进行快速修复。
这样，本案即可在初始值建立完毕后，由计算中心计算出各个支吊架的实时补偿量，并通过升降机构加以实施，确保了各个支吊架对出料管道中长直管可保持持续、稳定的支撑。与此同时，本案还可通过步骤2.2）的校核补偿，实现对补偿系统或是支吊架的机械结构的问题预警，从而确保反应器以及出料管道可保持长效的稳定运行。

Claims (2)

1.一种智能补偿控制系统，其特征在于，包括控制中心、若干支吊架和若干检测单元；
所述支吊架和检测单元一一对应、且均与控制中心进行数据交互；
所述支吊架设在基架上、且包括升降机构和荷重板，所述基架固定连接在地面上，所述荷重板抵在长直管的底部，所述升降机构连接在基架和荷重板之间、且用于驱动荷重板做直线升降运动；
所述检测单元固定连接在长直管的外壁上、且位于支吊架的上方，通过检测单元检测支吊架支撑处长直管的温度；
所述控制中心包括电源一、计算中心和数据交互器，通过电源一给计算中心、数据交互器供电，所述计算中心通过数据交互器与若干支吊架、若干检测单元进行无线数据交互，通过计算中心接收检测单元发出的信号，并在计算后向支吊架发出控制信号；
所述支吊架还包括固定连接在基架上的电源二和信号接收器，通过电源二给信号接收器和升降机构供电，所述升降机构通过信号接收器与控制中心进行数据交互；
所示支吊架还包括平移机构，所述基架的顶面上设有与长直管平行的水平滑轨，所述平移机构包括滑座和一对驱动轮，所述滑座滑动连接在水平滑轨上，所述升降机构的底端铰接在滑座中，一对所述驱动轮铰接在滑座的两侧、且用于驱动滑座沿水平滑轨做直线往复运动；
通过电源二给驱动轮供电，且驱动轮通过信号接收器与控制中心进行数据交互；
所述检测单元包括电源三、温度传感器和信号发送器，所述电源三、温度传感器、信号发送器均固定连接在管道的外壁上，通过电源三给温度传感器、信号发送器供电，所述温度传感器通过信号发送器与控制中心进行数据交互；
还包括一种智能补偿控制系统的工作方法，按以下步骤进行工作：
S1）、建立初始值：
S1.1）、将长直管的材料属性输入计算中心内，所述材料属性包括弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数；
S1.2）、将反应器一次反应过程中，出料的温度随时间的变化曲线输入计算中心内；
S1.3）、将反应器一次反应过程中，出料的气体的密度随时间的变化曲线、压力随时间的变化曲线输入计算中心内；
S1.4）、通过计算中心进行有限元分析，得出每一个支吊架顶端所处位置的长直管的竖直位移量y随时间的变化曲线、以及该位置长直管的水平位移量x随时间的变化曲线；
S1.5）、通过计算中心进行有限元分析，得出每一个支吊架所处位置的长直管的轴心的切线与水平面的夹角θ随时间的变化曲线；
S1.6）、记初始状态下，支吊架顶端与底端的间距为h；
S2）、控制反应器一次反应，同时进行补偿：
S2.1）、通过计算中心根据x、y、h、θ按以下公式计算：由于(x+x’)/ (h+y)=tanθ，得支吊架底端的水平补偿量x’=(h+y) tanθ- x，且可得支吊架长度方向上的补偿量l=(h+y)/cosθ；
S2.2）、由计算中心根据实时的x’向平移机构发出控制信号，并根据实施的l向升降机构发出控制信号，使得支吊架对长直管进行实时补偿、且在补偿过程中与长直管的轴心时刻保持垂直；直至反应结束；完毕。
2.一种权利要求1所述的智能补偿控制系统的工作方法，其特征在于，按以下步骤进行工作：
1）、建立初始值：
1.1）、将长直管的材料属性输入计算中心内，所述材料属性包括弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数；
1.2）、将反应器一次反应过程中，出料的温度随时间的变化曲线输入计算中心内；
1.3）、将反应器一次反应过程中，出料的气体的密度随时间的变化曲线、压力随时间的变化曲线输入计算中心内；
1.4）、通过计算中心进行有限元分析，得出每一个支吊架的顶端所处位置的长直管的高度随时间的变化曲线、以及该位置长直管的高度随温度的变化曲线；
2）、控制反应器一次反应，同时进行步骤2.1）和步骤2.2）；
2.1）、进行补偿：
2.1.1）、通过计算中心根据步骤1.4）中各个高度随时间的变化曲线计算出各个支吊架的实时补偿量；
2.1.2）、由计算中心通过数据交互器向所有的升降机构发出动作指令，使得支吊架对长直管进行实时补偿；直至反应结束；
2.2）、补偿校核：
2.2.1）、通过检测单元测量各个支吊架所述位置的长直管的实时温度，并发送至计算中心；
2.2.2）、由计算中心根据步骤1.4）中各个高度随温度的变化曲线计算出升降机构的理论补偿量，并计算出各个支吊架的理论补偿量随时间的变化曲线；
2.2.3）、由计算中心先计算出步骤2.1.1）发出的各个支吊架的实时补偿量随时间的变化曲线；再与步骤2.2.2）中计算出的各个支吊架的理论补偿量随时间的变化曲线进行对比，判断是否一致，若一致则结束，若不一致，则发出报警；完毕。
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