CN112947136A - 一种钢衬储罐老化度的智能监测装置及监测流程与方法 - Google Patents

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贺明志
李想
李晓慧
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Abstract

本发明公开了一种钢衬储罐老化度的智能监测装置，包括主控板，主控板连接云平台与触摸屏，主控板通过串口连接采集板；本发明还公开了一种钢衬储罐老化度的监测流程，包括初始化环节，量程校准环节，信号调理，经过数据换算后，将数据存入数据库，之后程序回到量程校准环节，接下来重复执行信号调理、数据换算、存入数据库；本发明还公开了一种钢衬储罐老化度的智能监测的方法，包括建立等效电容基本模型、为等效电容充电、计算出Cb、根据对比Ca和Cb的值，可确定钢衬储罐老化度的值。本发明能够实现钢衬储罐衬层老化度的在线监测，对衬层出现的危险情况能够提前预警，防范于未然，给生产安全提供了保障。

Description

一种钢衬储罐老化度的智能监测装置及监测流程与方法
技术领域
本发明涉及钢衬储罐老化度监测技术领域，尤其涉及一种钢衬储罐老化度的智能监测装置及监测流程与方法。
背景技术
随着科技的发展，特别是计算机技术的广泛应用和迅猛发展，对于工业储罐、运输储罐、特别是装载高危物质的大型储罐，安全监测预警由传统的人工测量开始逐步向计算机智能监测预警方向发展。相比较而言，国外还没有化学危险品钢衬储罐老化度安全监测预警系统，中国走在世界前列。目前随着物联网技术、现代通信技术、计算机技术的发展国内关于储罐在线监测的研究和生产厂家逐渐增多，符合我国国情的储罐安全在线监测预警系统，不仅保障了储罐区的安全，而且将推动国内安全管理智能化、现代化、集中化进程。
目前，储罐监测预警主要采用例行检查、在线监测、开罐监测三种方式。例行检查是通过目视的方法，直观地检查储罐是否有结构损坏，只能检查外部表面的可视性损坏，对于微小的、隐在的很难做出判断，更不能在问题的出现的前期，发现问题，防范于未然；在线监测是指在不停产情况下进行的监测，主要采用声发射、平板导波、超声扫描爬行器和储罐机器人等技术，目前该类技术已经开始在各个领域应用，随着技术的发展逐渐向着集中管理的方向发展；开罐监测是指清罐完成后，检验员进入罐中实施各项监测，主要采用漏磁、超声、射线、磁粉和渗透等检测方法，此方法最大的弊端是影响生产，影响工期。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中钢衬储罐监测方法目前对于钢衬储罐的监测还停留在传统的技术方法，需要停产、清罐，然后人为的检查钢衬储罐的衬层状况，影响生产，影响工期。
本发明的目的是这样实现的：一种钢衬储罐老化度的智能监测装置，包括主控板，主控板连接云平台与触摸屏，主控板通过串口连接采集板；
云平台是由主控板通过物联网透传模组将主控板信号数据上传至云服务器，通过云端软件实现数据的实时查看、报警数据的即时推送、大数据分析、历史趋势分析；
触摸屏为工业触摸屏，通过组态软件生成组态界面，通过组态界面可实现数据实时显示、报警数据提醒、数据分析、调试控制；
采集板集成了老化度采集端口以及10路模拟量采集端口，10路模拟量采集端口分别是：液位采集端口、液体温度一采集端口、液体温度二采集端口、出入库量采集端口、监测参数端口一、监测参数端口二、监测参数端口三、监测参数端口四、监测参数端口五、监测参数端口六。
本发明还公开了一种钢衬储罐老化度的监测流程，监测流程首先是开始启动老化度的监测程序，经过采集系统的初始化环节，再到量程校准环节，之后是信号调理，经过数据换算后，将数据存入数据库，之后程序回到量程校准环节，接下来重复执行信号调理、数据换算、存入数据库。
优选地，初始化环节是寄存器、变量、计算器、定时器以及通讯接口和外设。
优选地，量程校准环节是实现老化监测的范围测定，根据老化度监测的电性能分析，将储罐内部液体和外部金属罐壁当成一个电容的两级，将测量范围进行分段划分。
优选地，信号调理是将采集的模拟量经过运放之后，达到AD转换的监测范围。
优选地，数据换算是将老化度的电信号转换成实际的老化度百分比。
优选地，存入数据库环节是将老化度的实际值存入到数据库中。
本发明还公开了一种钢衬储罐老化度的智能监测的方法，按照如下步骤进行的：
步骤一、首先建立等效电容基本模型：假设电容两极板的面积为S、两极板的间距为3mm，根据真空绝对介电常数ε0和相对介电常数εr，q为两极板间充电电荷，可得两极板之间的电场强度为：
Figure BDA0002901615150000031
根据平板电容的电性能分析，得出等效电容两极板之间的电势之差为：
Figure BDA0002901615150000032
再根据电容的定义式：
Figure BDA0002901615150000041
可得出：
Figure BDA0002901615150000042
步骤二、根据老化度监测流程为等效电容充电，通过老化度采样通道，可得到充电时的电流i，根据电路理论可得：
Q＝i×t
对电流进行积分，可得到：
Figure BDA0002901615150000043
其中t为一个采样周期。通过
Figure BDA0002901615150000044
可得出动态计算过程得出的C。
步骤三、然后根据公式
Figure BDA0002901615150000045
先计算出其中的S：根据钢衬储罐的几何结构，通过储罐的出厂参数，可计算出两极板之间的等效面积S，根据钢衬储罐的衬层类型可计算或得出d，通过计算可得出Cb。
步骤四、根据对比Ca和Cb的值，可确定钢衬储罐老化度的值：
当Ca＝Cb时，老化度完好，老化度的计算值为0％；
当Ca＞Cb时，老化度开始出现老化。
优选地，老化度的计算公式为：
Figure BDA0002901615150000046
本发明所具有的有益效果是：
本发明利用等效电容的计算公式和定义公式，通过对计算结果和实际结果的对比，来确定钢衬储罐老化度的现有状况，该装置和方法能够实现钢衬储罐衬层老化度的在线监测，对衬层出现的危险情况能够提前预警，防范于未然，给生产安全提供了保障。
附图说明
图1是本发明所提供的一种钢衬储罐老化度的智能监测装置的系统图。
图2是本发明所提供的一种钢衬储罐老化度的智能监测装置的监测流程图。
图中：1、云平台，2、主控板，3、采集板，4、触摸屏。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施实例对本发明作进一步详细描述：本实施实例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种钢衬储罐老化度的智能监测装置，包括主控板2，主控板连接云平台1与触摸屏4，主控板通过串口连接采集板3。
云平台是由主控板通过物联网透传模组将主控板信号数据上传至云服务器，通过云端软件实现数据的实时查看、报警数据的即时推送、大数据分析、历史趋势分析。
触摸屏为工业触摸屏，通过组态软件生成组态界面，通过组态界面可实现数据实时显示、报警数据提醒、数据分析、调试控制。
采集板集成了老化度采集端口以及10路模拟量采集端口，10路模拟量采集端口分别是：液位采集端口、液体温度一采集端口、液体温度二采集端口、出入库量采集端口、监测参数端口一、监测参数端口二、监测参数端口三、监测参数端口四、监测参数端口五、监测参数端口六。
上述老化度是指钢衬储罐在出厂后，内壁衬层的使用消耗磨损程度，当老化度达到100％时，表示衬层破裂或衬层失效，老化度的监测是通过采集板按照监测流程完成老化度数据的监测分析。
实施例2
一种钢衬储罐老化度的监测流程，上述的监测流程首先是开始启动老化度的监测程序，经过采集系统的初始化，再到量程校准环节，之后是信号调理，经过数据换算后，将数据存入数据库，之后程序回到量程校准环节，接下来重复执行信号调理、数据换算、存入数据库。
初始化环节主要是初始化监测程序里用到的寄存器、变量、计算器、定时器以及通讯接口和外设。
量程校准环节实现老化监测的范围测定，根据老化度监测的电性能分析，可将储罐内部液体和外部金属罐壁当成一个电容的两级，为了提高测量精度，将测量范围进行了分段划分，量程校准是为了提高测量精度。
信号调理是将采集的模拟量经过运放之后，达到AD转换的监测范围，主要作用是：一方面经过滤波环节滤除信号杂波，另一方面将信号放大至AD采样合理的区间。
数据换算是将老化度的电信号，转换成实际的老化度百分比。
存入数据库环节是将老化度的实际值存入到数据库中，一方面起到数据保存的作用，另一方面，为下一步数据上传云平台作准备。
实施例3
一种钢衬储罐老化度的智能监测的方法，包括如下步骤：
步骤一、首先建立等效电容基本模型：假设电容两极板的面积为S、两极板的间距为d，根据真空绝对介电常数ε0和相对介电常数εr，q为两极板间充电电荷，可得两极板之间的电场强度为：
Figure BDA0002901615150000071
根据平板电容的电性能分析，得出等效电容两极板之间的电势之差为：
Figure BDA0002901615150000072
再根据电容的定义式：
Figure BDA0002901615150000073
可得出：
Figure BDA0002901615150000074
步骤二、根据老化度监测流程为等效电容充电，通过老化度采样通道，可得到充电时的电流i，根据电路理论可得：
Q＝i×t
对电流进行积分，可得到：
Figure BDA0002901615150000075
其中t为一个采样周期。通过
Figure BDA0002901615150000076
可得出动态计算过程得出的C。
步骤三、然后根据公式
Figure BDA0002901615150000081
先计算出其中的S：根据钢衬储罐的几何结构，通过储罐的出厂参数，可计算出两极板之间的等效面积S，根据钢衬储罐的衬层类型可计算或得出d，通过计算可得出Cb。
步骤四、根据对比Ca和Cb的值，可确定钢衬储罐老化度的值：
当Ca＝Cb时，实际值和计算值相差不大，可以确定老化度完好，老化度的计算值为0％；
当Ca＞Cb时，说明在等效电容的计算过程中，出现了泄露电流，老化度开始出现老化。
老化度的计算公式为：
Figure BDA0002901615150000082

Claims (9)

1.一种钢衬储罐老化度的智能监测装置，其特征在于：包括主控板，所述主控板连接云平台与触摸屏，所述主控板通过串口连接采集板；
所述云平台是由主控板通过物联网透传模组将主控板信号数据上传至云服务器，通过云端软件实现数据的实时查看、报警数据的即时推送、大数据分析、历史趋势分析；
所述触摸屏为工业触摸屏，通过组态软件生成组态界面，通过组态界面可实现数据实时显示、报警数据提醒、数据分析、调试控制；
所述采集板集成了老化度采集端口以及10路模拟量采集端口，10路模拟量采集端口分别是：液位采集端口、液体温度一采集端口、液体温度二采集端口、出入库量采集端口、监测参数端口一、监测参数端口二、监测参数端口三、监测参数端口四、监测参数端口五、监测参数端口六。
2.一种钢衬储罐老化度的监测流程，其特征在于：所述监测流程首先是开始启动老化度的监测程序，经过采集系统的初始化环节，再到量程校准环节，之后是信号调理，经过数据换算后，将数据存入数据库，之后程序回到量程校准环节，接下来重复执行信号调理、数据换算、存入数据库。
3.根据权利要求2所述的一种钢衬储罐老化度的监测流程，其特征在于：所述初始化环节是寄存器、变量、计算器、定时器以及通讯接口和外设。
4.根据权利要求2所述的一种钢衬储罐老化度的监测流程，其特征在于：所述量程校准环节是实现老化监测的范围测定，根据老化度监测的电性能分析，将储罐内部液体和外部金属罐壁当成一个电容的两级，将测量范围进行分段划分。
5.根据权利要求2所述的一种钢衬储罐老化度的监测流程，其特征在于：所述信号调理是将采集的模拟量经过运放之后，达到AD转换的监测范围。
6.根据权利要求2所述的一种钢衬储罐老化度的监测流程，其特征在于：所述数据换算是将老化度的电信号转换成实际的老化度百分比。
7.根据权利要求2所述的一种钢衬储罐老化度的监测流程，其特征在于：所述存入数据库环节是将老化度的实际值存入到数据库中。
8.一种钢衬储罐老化度的智能监测的方法，其特征在于：按照如下步骤进行的：
步骤一、首先建立等效电容基本模型：假设电容两极板的面积为S、两极板的间距为d，根据真空绝对介电常数ε0和相对介电常数εr，q为两极板间充电电荷，可得两极板之间的电场强度为：
Figure FDA0002901615140000021
根据平板电容的电性能分析，得出等效电容两极板之间的电势之差为：
Figure FDA0002901615140000022
再根据电容的定义式：
Figure FDA0002901615140000031
可得出：
Figure FDA0002901615140000032
步骤二、根据老化度监测流程为等效电容充电，通过老化度采样通道，可得到充电时的电流i，根据电路理论可得：
Q＝i×t
对电流进行积分，可得到：
Q＝∫0 Ti×dt
其中t为一个采样周期，通过
Figure FDA0002901615140000033
可得出动态计算过程得出的C；
步骤三、然后根据公式
Figure FDA0002901615140000034
先计算出其中的S：根据钢衬储罐的几何结构，通过储罐的出厂参数，可计算出两极板之间的等效面积S，根据钢衬储罐的衬层类型可计算或得出d，通过计算可得出Cb；
步骤四、根据对比Ca和Cb的值，可确定钢衬储罐老化度的值：
当Ca＝Cb时，老化度完好，老化度的计算值为0％；
当Ca＞Cb时，老化度开始出现老化。
9.根据权利要求8所述的一种钢衬储罐老化度的智能监测的方法，其特征在于：所述老化度的计算公式为：
Figure FDA0002901615140000035
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