CN111524330A - 一种lng卸料臂位置安全监测及报警系统 - Google Patents

一种lng卸料臂位置安全监测及报警系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，包括安装在每条卸料臂内臂、外臂、基座冒口上以及立柱上的信号采集单元，接收所述信号采集单元传送的信号信息的模拟量输入模块，所述模拟量输入模块将接收到的模拟量信息转换成数字信号；接收所述模拟量输入模块传送的数字信号的中央处理单元，所述中央处理单元根据接收到的数字信号分析卸料臂的位置和运行速度，当卸料臂运行速度大于速度上限值时，则所述中央处理单元自动缩小安全区范围阈值的各级极限坐标值得到安全区各级范围坐标值，同时将再次获取的各卸料臂的位置坐标与安全区各级范围坐标值进行对比根据优先级高低输出报警信号。

Description

一种LNG卸料臂位置安全监测及报警系统
技术领域
本发明涉及LNG接受站技术领域，尤其涉及一种LNG卸料臂位置安全监测及报警系统。
背景技术
LNG卸料臂在进行工作对接的过程中，一旦位置超过设定的安全区就会发生卸料臂碰撞、损坏、人员受伤等安全事故。LNG卸料臂采用人工操作，卸料臂主机位置保护采用接近开关检测，进行2级安全操作区的判断，由于接近开关是开关量检测，只能判断极限位置，不能体现卸料臂的实时三维空间位置，没有预警和安全监测的功能，而且单个卸料臂系统只能监测单机的位置，存在一定的局限性、准确性不高、若人工处理不及时会引发事故，存在安全隐患。本设计使用角度传感器和垂直度传感器对码头上所有卸料臂进行参数采集，通过PLC计算得到卸料臂的实时3维位置，根据实时位置和安全模型比对，输出图形、数字显示和声光配合的预报警及报警，提高了监测的准确性和设备的安全性。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，具体包括：
安装在每条卸料臂内臂、外臂、基座冒口上以及立柱上的信号采集单元，所述信号采集单元用于采集卸料臂内臂、外臂的俯仰角度信号、装卸臂在水平平面内的角度信号、以及卸料臂立柱垂直度信号；
接收所述信号采集单元传送的信号信息的模拟量输入模块，所述模拟量输入模块将接收到的模拟量信息转换成数字信号；
接收所述模拟量输入模块传送的数字信号的中央处理单元，所述中央处理单元根据接收到的数字信号分析卸料臂的位置和运行速度，
当卸料臂运行速度大于速度上限值时，则所述中央处理单元自动缩小安全区范围阈值的各级极限坐标值得到安全区各级范围坐标值，同时将再次获取的各卸料臂的位置坐标与安全区各级范围坐标值进行对比根据优先级高低输出报警信号；
该系统还包括工控机，所述工控机将卸料臂的几何参数和安全区范围阈值传送至中央处理单元，所述安全区范围阈值至少包括卸料臂单机X、Y、Z方向及相邻卸料臂之间的各级极限位置坐标。
进一步的，所述信号采集单元包括安装在每条卸料臂的内臂上用于采集内臂的俯仰角度值的內臂角度传感器、安装在每条卸料臂的外臂上用于采集外臂的俯仰角度值的外臂角度传感器、安装在每条卸料臂的基座冒口上用于采集卸料臂的回转角度信息的回转角度传感器以及安装在每条卸料臂的立柱上用于采集卸料臂的垂直度角度信息的垂直度传感器。
进一步的，所述中央处理单元根据接收到的数字信号分析卸料臂的位置和运行速度时采用如下方式：
所述中央处理单元根据工控机传送的卸料臂的几何参数信息计算卸料臂的位置坐标，设內臂角度传感器检测到的数值为M，外臂角度传感器检测到角度值为N、回转角度传感器检测到的角度值为P、垂直度传感器检测到的角度值为Q，则
Z＝C×cos(Q)±(A×cos(N)-B×cos(M)
Y＝L×cos(P)
X＝L×sin(P)
计算卸料臂运行速度、分析出修正值时：根据上述获取的卸料臂的位置坐标采用如下方式获取卸料臂的速度变化：
Figure BDA0002502847660000021
当卸料臂的速度大于速度上限值时，则中央处理单元对工控机传送的安全范围阈值进行调整，采用自动缩小安全区范围阈值对应的各级极限坐标值的方式从而得到修正后的安全区各级范围坐标值，再将新获取的各卸料臂的位置坐标与修正后的安全区各级范围坐标值进行一一对比根据报警信号优先级的不同输出报警提示。
进一步的，将报警信号的优先级按照高低定义为二级报警信号、一级报警信号和预报警信号。
该系统还包括带显示屏的无线操作盘、以太网交换机、触摸屏和声光报警器，所述无线操作盘与中央处理单元无线数据通信，所述以太网交换机与工控机相连接，所述以太网交换机上连接有所述触摸屏，所述声光报警器接收中央处理单元传送的报警指令。
该系统还包括数字量输入模块，所述数字量输入模块用于接收码头操作箱的操作信号和硬线联锁信号并将接收到的信号传送至中央处理单元。
该系统还包括数字量输出模块，所述中央处理单元通过数字量输出模块与声光报警器相连接。
该系统还包括电源模块和通讯模块，所述电源模块和通讯模块与中央处理单元相连接，所述通讯模块的输出端与以太网交换机相连接。所述电源模块用于为PLC系统提供电力供给。所述通讯模块用于通过交换机与卸料臂主机系统进行通讯。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，本系统通过在装卸臂上安装多个不同的角度传感器和垂直度传感器等采集设备，从而实时、连续监测卸料臂位置坐标，根据卸料臂实时位置和速度变化与安全模型范围进行比对和修正，输出装卸臂自身及与相邻装卸臂干涉的报警信息，因此该系统可以提高卸料臂操作的安全性和准确性，由于增加了预报警功能，对操作人员进行提示，防患于未然，另外由于该系统增加了实时位置距报警边界计算功能，实时显示距报警边界的距离提示操作人员，方便操作，同时该系统增加了多条卸料臂相互干涉报警功能，安全保护更全面。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明系统的信号采集单元的结构示意图；
图3为本发明系统的工作流程图；
图4为本发明系统的工作流程图。
图中：1.1、內臂角度传感器、1.2、外臂角度传感器、1.3、回转角度传感器、1.4、垂直度传感器，2.1、中央处理单元，2.2电源模块，2.3、模拟量输入模块，2.4、数字量输入模块，2.5、数字量输出模块，3.1、触摸屏，3.2、工控机，3.3、无线操作盘，3.4、声光报警器，4.1、以太网交换机；4.2、通讯模块。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1和图2所示的一种LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，包括信号采集单元，其中信号采集单元用于采集卸料臂内臂、外臂的俯仰角度信号、装卸臂在水平平面内的角度信号、以及卸料臂立柱垂直度信号，信号采集单元包括安装在每条卸料臂的内臂上用于采集内臂的俯仰角度值的內臂角度传感器1.1、安装在每条卸料臂的外臂上用于采集外臂的俯仰角度值的外臂角度传感器1.2、安装在每条卸料臂的基座冒口上用于采集卸料臂的回转角度信息的回转角度传感器1.3以及安装在每条卸料臂的立柱上用于采集卸料臂的垂直度角度信息的垂直度传感器1.4。
进一步的，如图3和图4所示，內臂角度传感器1.1、外臂角度传感器1.2、回转角度传感器1.3和垂直度传感器1.4将检测到的及导读信号传送至模拟量输入模块2.3，模拟量输入模块2.3将接收到的模拟量信息转换成数字信号并传送至中央处理单元2.1。所述中央处理单元2.1对接收到的数字信号进行详细的分析、从而获得卸料臂的位置和运行速度，具体过程是：使用模拟量输出的角度传感器和垂直度传感器1.4对码头上所有卸料臂进行参数采集，通过中央处理单元2.1计算得到卸料臂的实时坐标位置，根据实时位置和速度变化与安全模型进行比对和修正，输出图形、数字显示和声光配合的预报警及二级报警，提高了监测的准确性和设备的安全性，包括如下步骤：
S1:获取工作卸料臂的内臂、外臂、回转、垂直角度：通过安装于卸料臂上的角度传感器和垂直度传感器即检测到连续模拟量角度信号，传送到PLC模拟量输入模块2.3内进行模拟信号和数字信号之间转换；
S2:计算卸料臂位置坐标：中央处理单元2.1接收模拟量输入模块2.3传送的数字信号、以及接收工控机3.2输入的卸料臂机械几何参数，采用如下公式计算卸料臂位置坐标：首先设內臂角度传感器1.1检测到的数值为M，外臂角度传感器1.2检测到角度值为N、回转角度传感器1.3检测到的角度值为P、垂直度传感器1.4检测到的角度值为Q则
Z＝C×cos(Q)±(A×cos(N)-B×cos(M)
Y＝L×cos(P)
X＝L×sin(P)
计算卸料臂运行速度、分析出修正值时：根据上述获取的卸料臂的位置坐标采用如下方式获取卸料臂的速度变化：
Figure BDA0002502847660000051
当卸料臂的速度大于速度上限值时，则中央处理单元2.1对工控机3.2传送的安全范围阈值进行调整，采用自动缩小安全区范围阈值对应的各级极限坐标值的方式从而得到修正后的安全区各级范围坐标值，再将新获取的各卸料臂的位置坐标与修正后的安全区各级范围坐标值进行一一对比根据报警信号优先级的不同输出报警提示。所述工控机3.2将卸料臂的几何参数和安全区范围阈值传送至中央处理单元2.1，所述安全区范围阈值至少包括卸料臂单机X、Y、Z方向及相邻卸料臂之间的各级极限位置坐标。
进一步的，将报警信号的优先级按照高低定义为二级报警信号、一级报警信号和预报警信号。如果安全区各级范围坐标值对应的报警信号为二级时则输出二级报警提示，并在带显示屏的无线操作盘3.3上显示报警图形及实时位置信息；同时现场的声光报警器3.4发出报警提示声音及闪烁灯光提示操作人员，声音及闪烁频率与其他报警等级不同；同时数字量输出模块2.5输出二级报警信号给码头安全控制系统；同时通过以太网交换机4.1输出紧急脱离网络信号给卸料臂主机系统。当报警信号的优先级按照高低定义为一级报警信号，则中央处理单元2.1进行逻辑控制计算、输出一级报警信号，在现场操作箱上的触摸屏3.1、工控机3.2、带显示屏的无线操作盘3.3上画面显示报警图形及实时位置信息，计算并显示距离二级报警的距离提示操作人员；同时现场声光报警器3.4发出报警提示声音及闪烁灯光提示操作人员，声音及闪烁频率与其他报警等级不同；同时数字量输出模块2.5输出一级报警信号给码头安全系统；同时通过以太网交换机4.1输出关闭安全阀网络信号给卸料臂主机系统。当报警信号的优先级按照高低定义为预报警输出时，中央处理单元2.1进行逻辑控制计算、输出欲报警信号，在现场操作箱上触摸屏3.1、工控机3.2、无线操作盘3.3上画面显示报警图形及位置信息，计算并显示距离一级报警的距离提示操作人员；同时现场声光报警器3.4发出报警提示声音及闪烁灯光提示操作人员，声音及闪烁频率与其他报警等级不同；同时数字量输出模块2.5输出预报警信号给码头安全系统；同时通过以太网交换机4.1输出预报警网络信号给卸料臂主机系统。
进一步的，该系统还包括带显示屏的无线操作盘3.3、声光报警器3.4、以太网交换机4.1、触摸屏3.1，无线操作盘3.3与中央处理单元2.1无线数据通信，以太网交换机4.1与工控机3.2相连接，所述以太网交换机4.1上连接有所述触摸屏3.1，声光报警器3.4接收中央处理单元2.1传送的报警指令。
进一步的，该系统还包括数字量输入模块2.4，所述数字量输入模块2.4用于接收码头操作箱上的操作按钮信号及码头安全控制系统的硬线联锁信号。操作按钮用于在操作箱上对本系统进行必要的手动操作。数字量输入模块2.4将接收到的信号传送至中央处理单元2.1。
进一步的，该系统还包括数字量输出模块2.5，数字量输出模块2.5用于接收安装在操作现场的声光报警器3.4、码头操作箱上的指示灯及码头安全控制系统的硬线联锁信号，声光报警器3.4和指示灯用来提示操作人员系统的操作状态和报警信息。数字量输出模块2.5执行中央处理单元2.1的指令。
进一步的，该系统还包括电源模块2.2和通讯模块4.2，电源模块2.2和通讯模块4.2与中央处理单元2.1相连接，通讯模块4.2的输出端与以太网交换机4.1相连接。其中电源模块2.2用于为PLC系统提供电力供给，通讯模块4.2用于通过交换机与卸料臂主机系统进行通讯。
本发明公开的一种LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，由于采用角度传感器配合垂直度传感器使用，因此可实时、连续监测多台卸料臂的位置坐标和运动速度，检测数据更准确、更全面，既具有多级安全边界报警功能，又具有实时位置显示、预警及边界距离计算及提示功能，考虑了卸料臂本身及多条卸料臂的工况，可靠性、安全性高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，其特征在于包括：
安装在每条卸料臂内臂、外臂、基座冒口上以及立柱上的信号采集单元，所述信号采集单元用于采集卸料臂内臂、外臂的俯仰角度信号、装卸臂在水平平面内的角度信号、以及卸料臂立柱垂直度信号；
接收所述信号采集单元传送的信号信息的模拟量输入模块(2.3)，所述模拟量输入模块(2.3)将接收到的模拟量信息转换成数字信号；
接收所述模拟量输入模块(2.3)传送的数字信号的中央处理单元(2.1)，所述中央处理单元(2.1)根据接收到的数字信号分析卸料臂的位置和运行速度，当卸料臂运行速度大于速度上限值时，则所述中央处理单元(2.1)自动缩小安全区范围阈值的各级极限坐标值得到安全区各级范围坐标值，同时将再次获取的各卸料臂的位置坐标与安全区各级范围坐标值进行对比根据优先级高低输出报警信号；
该系统还包括工控机(3.2)，所述工控机(3.2)将卸料臂的几何参数和安全区范围阈值传送至中央处理单元(2.1)，所述安全区范围阈值至少包括卸料臂单机X、Y、Z方向及相邻卸料臂之间的各级极限位置坐标。
2.根据权利要求1所述的LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，其特征还在于：所述信号采集单元包括安装在每条卸料臂的内臂上用于采集内臂的俯仰角度值的內臂角度传感器(1.1)、安装在每条卸料臂的外臂上用于采集外臂的俯仰角度值的外臂角度传感器(1.2)、安装在每条卸料臂的基座冒口上用于采集卸料臂的回转角度信息的回转角度传感器(1.3)以及安装在每条卸料臂的立柱上用于采集卸料臂的垂直度角度信息的垂直度传感器(1.4)。
3.根据权利要求2所述的LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，其特征还在于：所述中央处理单元(2.1)根据接收到的数字信号分析卸料臂的位置和运行速度时采用如下方式：
所述中央处理单元(2.1)根据工控机(3.2)传送的卸料臂的几何参数信息计算卸料臂的位置坐标，设內臂角度传感器(1.1)检测到的数值为M，外臂角度传感器(1.2)检测到角度值为N、回转角度传感器(1.3)检测到的角度值为P、垂直度传感器(1.4)检测到的角度值为Q，则
Z＝C×cos(Q)±(A×cos(N)-B×cos(M)
Y＝L×cos(P)
X＝L×sin(P)
计算卸料臂运行速度、分析出修正值时：根据上述获取的卸料臂的位置坐标采用如下方式获取卸料臂的速度变化：
Figure FDA0002502847650000021
当卸料臂的速度大于速度上限值时，则中央处理单元(2.1)对工控机(3.2)传送的安全范围阈值进行调整，采用自动缩小安全区范围阈值对应的各级极限坐标值的方式从而得到修正后的安全区各级范围坐标值，再将新获取的各卸料臂的位置坐标与修正后的安全区各级范围坐标值进行一一对比根据报警信号优先级的不同输出报警提示。
4.根据权利要求3所述的LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，其特征还在于：将报警信号的优先级按照高低定义为二级报警信号、一级报警信号和预报警信号。
5.根据权利要求4所述的LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，其特征还在于：该系统还包括带显示屏的无线操作盘(3.3)、以太网交换机(4.1)、触摸屏(3.1)和声光报警器(3.4)，所述无线操作盘(3.3)与中央处理单元(2.1)无线数据通信，所述以太网交换机(4.1)与工控机(3.2)相连接，所述以太网交换机(4.1)上连接有所述触摸屏(3.1)，所述声光报警器(3.4)接收中央处理单元(2.1)传送的报警指令。
6.根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的LNG卸料臂位置安全监测及报警系统，其特征还在于：该系统还包括数字量输入模块(2.4)，所述数字量输入模块(2.4)用于接收码头操作箱的操作信号和硬线联锁信号并将接收到的信号传送至中央处理单元(2.1)。
7.根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的LNG卸料臂位置安全监测及报警系统：该系统还包括数字量输出模块(2.5)，所述中央处理单元(2.1)通过数字量输出模块(2.5)与声光报警器(3.4)相连接。
8.根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的LNG卸料臂位置安全监测及报警系统：该系统还包括电源模块(2.2)和通讯模块(4.2)，所述电源模块(2.2)和通讯模块(4.2)与中央处理单元(2.1)相连接，所述通讯模块(4.2)的输出端与以太网交换机(4.1)相连接。所述电源模块(2.2)用于为PLC系统提供电力供给。所述通讯模块(4.2)用于通过交换机与卸料臂主机系统进行通讯。
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