CN112742809A - 一种清管器控制跟踪系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种清管器控制跟踪系统及方法。该系统包括：位置检测系统、运动控制系统以及信号处理系统；信号处理系统包括可编程逻辑控制器以及客户端；位置检测系统分别与运动控制系统以及可编程逻辑控制器相连接，可编程逻辑控制器还分别与运动控制系统以及客户端相连接；运动控制系统用于设定控制参数；位置检测系统用于检测管道内部参数；可编程逻辑控制器用于根据管道内部参数，控制动力源将管道内部参数调整至控制参数的设定值；可编程逻辑控制器还用于根据管道内部参数发出报警信息，并将报警信息上传至客户端；客户端用于显示控制参数、管道内部参数以及报警信息。本发明能够直观显示出清管器的当前卡住位置，实时定位清管器的位置。

Description

一种清管器控制跟踪系统及方法
技术领域
本发明涉及清管器控制和检测领域，特别是涉及一种清管器控制跟踪系统及方法。
背景技术
管道是一种安全经济的输送流体介质运输方式，被广泛应用于石油、化工、煤气、自来水、冶金、电力、采矿等行业。但由于制造、安装、运输、储存过程中遗留的焊瘤、焊渣及杂质等，输送介质过程中，管道内不可避免地会存在內结垢、油垢、锈垢、泥沙等；这些杂质和污垢，减少了管道的有效通过面积，影响输送流体的品质，造成输送设备的损伤等。
管道清洁工作是依靠清管器完成的，清管器是由气体、液体或管道输送介质(石油、液态天然气)推动，用以清理管道的专用工具。它们可以清除杂质和污垢，保证管道高效安全运行。
现有技术使用清管器跟踪器和通过指示器检测清管器是否通过，流体输送管道上安装通过指示器。清管器与跟踪器相连，跟踪器安装磁铁或者电磁发生装置，通过指示器检测磁场变化指示清管器是否通过。但是并不能准备显示出清管器的准确位置。当清管器卡住，清管器破损，跟踪器脱落时只能判断清管器在两个通过指示器之间，无法准确定位。只能通过人工巡管线定位清管器，劳动强度大，需要消耗大量的人力物力，甚至需要多次割开管线定位清管器的位置，严重影响管线的寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种清管器控制跟踪系统及方法，以解决不能及时准确定位清管器的位置，跟踪器脱落搜索范围大，甚至需要多次割开管线确定清管器卡住的位置的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种清管器控制跟踪系统，包括：位置检测系统、运动控制系统以及信号处理系统；所述信号处理系统包括可编程逻辑控制器以及客户端；
所述位置检测系统分别与所述运动控制系统以及所述可编程逻辑控制器相连接，所述可编程逻辑控制器还分别与所述运动控制系统以及所述客户端相连接；所述运动控制系统用于设定控制参数；所述控制参数包括动力源压力、动力源流量以及清管器移动速度；所述位置检测系统用于检测管道内部参数；所述管道内部参数包括管道内部压力、管道内部流量以及清管器的当前移动速度；所述可编程逻辑控制器用于根据所述管道内部参数，控制动力源将所述管道内部参数调整至所述控制参数的设定值；所述可编程逻辑控制器还用于根据所述管道内部参数发出报警信息，并将所述报警信息上传至所述客户端；所述报警信息包括清管器的当前卡住位置；所述客户端用于显示所述控制参数、所述管道内部参数以及所述报警信息。
可选的，所述位置检测系统，具体包括：信号采集系统以及信号处理系统；
所述信号采集系统包括多个信号采集装置；所述信号采集装置包括压力传感器、流量传感器以及超声波测速传感器；所述信号采集装置设于管道内每个监测点上，所述信号采集装置用于检测所述监测点的压力、流量以及清管器通过时的速度；
所述信号采集装置通过无线传输方式与所述信号处理系统相连接。
可选的，所述可编程逻辑控制器通过以太网将所述控制参数、所述管道内部参数以及所述报警信息上传至所述客户端。
可选的，所述位置检测系统通过以太网与所述运动控制系统相连接。
可选的，所述可编辑逻辑控制器计算经过两个所述信号采集装置的预估时间段，当清管器通过下一个信号采集装置的时间段超过所述预估时间段的10％时，所述可编程逻辑控制器发出报警信息，并在所述客户端显示清管器的当前卡住位置。
可选的，所述可编辑逻辑控制器判断出所述管道内部压力不变，所述管道内部流量减少幅度大于幅度阈值时，在所述客户端显示清管器的当前卡住位置。
可选的，所述客户端还用于修正所述控制参数，并通过以太网将修正后的控制参数上传至所述可编程逻辑控制器中，以替换所述控制参数。
一种清管器控制跟踪方法，包括：
通过运动控制系统内的人机界面设定控制参数；所述控制参数包括动力源压力、动力源流量以及清管器移动速度；所述人机界面用于在本地客户端或远程客户端查看当前清管器控制跟踪系统的实时数据，并修改设定的控制参数；
信号处理系统内可编程逻辑控制器根据位置检测系统反馈的管道内部参数，控制动力源将压力、流量以及清管器移动速度调整到所述控制参数的设定值；所述管道内部参数包括管道内部压力、管道内部流量以及清管器的当前移动速度；所述位置检测系统用于将采集到的管道内部参数汇总至中控室，通过所述人机界面实时查看清管器控制跟踪系统内部的压力、流量以及清管器的位置。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种清管器控制跟踪系统及方法，通过位置检测系统检测管道内部参数，运动控制系统设定控制参数，信号处理系统中的可编程逻辑控制器根据所述管道内部参数，控制动力源将所述管道内部参数调整至所述控制参数的设定值，并根据所述管道内部参数发出报警信息，最后在客户端上的人机界面显示报警信息中清管器的当前卡住位置。基于管道内部参数，当清管器卡住时，能够在客户端的人机界面上直观的显示出清管器的当前卡住位置，以实时定位清管器的位置，无需割开管线确定清管器卡住的位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的清管器控制跟踪系统结构示意图；
图2为本发明所提供的超声波测速示意图；
图3为本发明所提供的收发球筒剖面示意图；
图4为本发明所提供的人机界面示意图；
图5为本发明所提供的清管器控制跟踪系统信号传输流程图。
具体实施方式
下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种清管器控制跟踪系统及方法，能够直观显示出清管器的当前卡住位置，实时定位清管器的位置。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的清管器控制跟踪系统结构示意图，如图1所示，一种清管器控制跟踪系统，包括：位置检测系统、运动控制系统2(即图1中的控制系统2)以及信号处理系统4；所述信号处理系统4包括可编程逻辑控制器以及客户端1(即图1中的远程显示及控制)；其中，5为发球筒，7为收球筒，所述位置检测系统分别与所述运动控制系统2以及所述可编程逻辑控制器相连接，所述可编程逻辑控制器还分别与所述运动控制系统2以及所述客户端1相连接；所述运动控制系统2用于设定控制参数；所述控制参数包括动力源压力、动力源流量以及清管器移动速度；所述位置检测系统用于检测管道内部参数；所述管道内部参数包括管道内部压力、管道内部流量以及清管器的当前移动速度；所述可编程逻辑控制器用于根据所述管道内部参数，控制动力源3将所述管道内部参数调整至所述控制参数的设定值；所述可编程逻辑控制器还用于根据所述管道内部参数发出报警信息，并将所述报警信息上传至所述客户端1；所述报警信息包括清管器的当前卡住位置；所述客户端1用于显示所述控制参数、所述管道内部参数以及所述报警信息。
所述位置检测系统具体包括：信号采集系统以及信号处理系统4；所述信号采集系统包括多个信号采集装置6(即图1中的信号采集)；所述信号采集装置6包括压力传感器、流量传感器以及超声波测速传感器；所述信号采集装置6设于管道内每个监测点上，所述信号采集装置6用于检测所述监测点的压力、流量以及清管器通过时的速度；所述信号采集装置6通过无线传输方式与所述信号处理系统4相连接。
在实际应用中，位置检测系统包括信号采集系统，信号处理系统4以及人机界面；信号采集系统包括多个信号采集装置6，每个信号采集装置6集成压力传感器，流量传感器以及超声波测速传感器。压力传感器用于检测管道中流体的压力，流量传感器用于测量管道中流体流量，如图2所示，超声波测速传感器用于测量管道中清管器的运行速度。每个信号采集装置6用于检测该监测点的压力，流量，清管器通过时的速度等信号。
在实际应用中，根据管线情况放置在监测点多个信号采集装置6；每个信号采集装置6通过无线传输方式以连接到信号处理系统4中。
信号处理系统4包括PLC和计算机。PLC系统(将信号采集系统采集到的每个监测点的压力，流量，清管器通过时的速度等信号传入到PLC系统，)，并通过以太网将结果显示到计算机或者移动端人机界面中。
清管器检测通过压力检测法，流量计算法，超声波测速法多种方式。压力检测，流量计算，超声波测速在可编程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)内计算，并将上述计算的结果上传到信号处理系统4，信号处理系统4将最终结果在人机界面中显示，如图4所示。
如图3所示，压力检测法：由于清管器外径比管道内径略大，后方压力高，推动清管器往前移动。在清管器前方压力低。当清管器通过监测点后该点压力会升高，通过采集装置采集管道压力信号，可以判断清管器是否经过监测点，以及经过监测点的时间t，通过两个监测点的时间差为△t。两个监测点的距离L。
清管器在两个监测点运行的速度为S＝L/△t。
流量计算法：L＝4QPhTZ/πD2TnP；L-—清管器运行距离L；Q——发清管器总进气(水)量，m2；D—管路内径；Pa、Tn——标准条件下压力、温度；P、T、Z-—清管器后管段内平均压力、温度和压缩系数。
如图2所示，超声波测速法：每个当清管器通过监测点，超声波测速传感器接收到清管器反射的信号，测量清管器的移动速度。
在实际应用中，所述可编程逻辑控制器通过以太网将所述控制参数、所述管道内部参数以及所述报警信息上传至所述客户端1；所述位置检测系统通过以太网与所述运动控制系统2相连接；所述可编辑逻辑控制器计算经过两个所述信号采集装置6的预估时间段，当清管器通过下一个信号采集装置6的时间段超过所述预估时间段的10％时，所述可编程逻辑控制器发出报警信息，并在所述客户端1显示清管器的当前卡住位置；所述可编辑逻辑控制器判断出所述管道内部压力不变，所述管道内部流量减少幅度大于幅度阈值时，在所述客户端1显示清管器的当前卡住位置；所述客户端1还用于修正所述控制参数，并通过以太网将修正后的控制参数上传至所述可编程逻辑控制器中，以替换所述控制参数。
运动控制系统2和位置检测系统通过以太网连接，共用PLC系统和计算机，计算机显示人机界面。
如图5所示，本发明通过运动控制系统2的人机界面设定好压力，流量，清管器移动速度等参数，PLC根据位置检测系统反馈回来的管道内部参数，控制动力源3(空压机或者水泵)将压力，流量，清管器移动速度调整到设定值。
人机界面可以在本地或者远程查看当前清管器控制跟踪系统的实时数据，并可根据需要修改设定的控制参数，位置检测系统将采集到的检测信号均汇总到由中控室，通过人机界面可实时查看系统压力，流量，清管器的位置。
客户端1与运动控制系统2以及信号处理系统4通过无线方式连接(例如5G网络)可以远程查看检测动力源3，调整清管器控制跟踪系统的压力流量。
发生以下情况之一，就会触发清管器卡住报警：
1)PLC计算清管器经过两个相邻管线信号采集器的时间，当清管器通过下一个信号采集器的时间超过当前时间的10％时，人机界面报警提示清管器卡住。
2)由于清管器外径比管路内径大，当清管器卡住时，管路中的介质(水或者气)压力不变，流量会突然减少，因此，当系统压力无较大变化，流量突然减少时人机界面报警提示清管器卡住。
当清管器卡住时，通过人机界面的清管器移动距离流量记录即可找到卡住的位置，即可排查卡住的原因。
本发明所提供的清管器跟踪控制系统能够及时准确定位清管器的位置；清管器运行参数一目了然；有人机界面，整合所有参数；同时可以本地或者远程查看数据，方便施工人员查看数据；本发明通过多种方法精确定位清管器位置和运行数据，解决了以前检测方法单一，检测效果不准确的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种清管器控制跟踪系统，其特征在于，包括：位置检测系统、运动控制系统以及信号处理系统；所述信号处理系统包括可编程逻辑控制器以及客户端；
所述位置检测系统分别与所述运动控制系统以及所述可编程逻辑控制器相连接，所述可编程逻辑控制器还分别与所述运动控制系统以及所述客户端相连接；所述运动控制系统用于设定控制参数；所述控制参数包括动力源压力、动力源流量以及清管器移动速度；所述位置检测系统用于检测管道内部参数；所述管道内部参数包括管道内部压力、管道内部流量以及清管器的当前移动速度；所述可编程逻辑控制器用于根据所述管道内部参数，控制动力源将所述管道内部参数调整至所述控制参数的设定值；所述可编程逻辑控制器还用于根据所述管道内部参数发出报警信息，并将所述报警信息上传至所述客户端；所述报警信息包括清管器的当前卡住位置；所述客户端用于显示所述控制参数、所述管道内部参数以及所述报警信息。
2.根据权利要求1所述的清管器控制跟踪系统，其特征在于，所述位置检测系统，具体包括：信号采集系统以及信号处理系统；
所述信号采集系统包括多个信号采集装置；所述信号采集装置包括压力传感器、流量传感器以及超声波测速传感器；所述信号采集装置设于管道内每个监测点上，所述信号采集装置用于检测所述监测点的压力、流量以及清管器通过时的速度；
所述信号采集装置通过无线传输方式与所述信号处理系统相连接。
3.根据权利要求1所述的清管器控制跟踪系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器通过以太网将所述控制参数、所述管道内部参数以及所述报警信息上传至所述客户端。
4.根据权利要求1所述的清管器控制跟踪系统，其特征在于，所述位置检测系统通过以太网与所述运动控制系统相连接。
5.根据权利要求2所述的清管器控制跟踪系统，其特征在于，所述可编辑逻辑控制器计算经过两个所述信号采集装置的预估时间段，当清管器通过下一个信号采集装置的时间段超过所述预估时间段的10％时，所述可编程逻辑控制器发出报警信息，并在所述客户端显示清管器的当前卡住位置。
6.根据权利要求2所述的清管器控制跟踪系统，其特征在于，所述可编辑逻辑控制器判断出所述管道内部压力不变，所述管道内部流量减少幅度大于幅度阈值时，在所述客户端显示清管器的当前卡住位置。
7.根据权利要求1所述的清管器控制跟踪系统，其特征在于，所述客户端还用于修正所述控制参数，并通过以太网将修正后的控制参数上传至所述可编程逻辑控制器中，以替换所述控制参数。
8.一种清管器控制跟踪方法，其特征在于，包括：
通过运动控制系统内的人机界面设定控制参数；所述控制参数包括动力源压力、动力源流量以及清管器移动速度；所述人机界面用于在本地客户端或远程客户端查看当前清管器控制跟踪系统的实时数据，并修改设定的控制参数；
信号处理系统内可编程逻辑控制器根据位置检测系统反馈的管道内部参数，控制动力源将压力、流量以及清管器移动速度调整到所述控制参数的设定值；所述管道内部参数包括管道内部压力、管道内部流量以及清管器的当前移动速度；所述位置检测系统用于将采集到的管道内部参数汇总至中控室，通过所述人机界面实时查看清管器控制跟踪系统内部的压力、流量以及清管器的位置。
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