CN113192302A - 基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统及控制方法。系统包括六轴机械手臂、摄像头、LED光源、激光雷达、圆形液面浮板、弹性系留绳、多根电源线、多根数据线、物联网卡、太阳能电源、工控机和带提示音的报警灯；本发明提供的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统及控制方法具有如下优点：(1)安装简便。系统主要由罐顶测量部和罐底监测部两个子系统组成，可实现结构化加工，现场拼装，安装简便。(2)报警速度快。根据航油液位的异常波动，可实现实时报警，更易于识别机场油库储罐严重损伤发生前的结构异常响应。(3)安全度高。采用非接触式测量技术，罐顶测量部采用防爆处理，适用于机场油库储罐的健康监测。

Description

基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统及方法
技术领域
本发明属于机场工程技术领域，特别是涉及一种基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统及方法。
背景技术
机场油库储罐是一种重要的飞行区基础设施，由于内置的航煤具有易燃易爆的特殊性，因此其安全性能会直接影响机场运行安全。台风、地震以及长期使用过程中的电化学腐蚀和应力腐蚀作用都在不断地改变着油库储罐的力学特性和安全性能。
然而，油库储罐作为重要的大体积、常压危化品容器，其安全问题尚未得到业界的广泛重视，超声探伤、X射线等方式只能针对局部位置进行细观分析，而难以实现结构安全性能的总体评价。虽然此类问题尚未造成严重的飞行区安全事故，但随着我国机场规模不断加大，与之配套的油库储罐容积和数量在日益增多，此类安全隐患需要引起相关管理部门的高度重视。
针对油库储罐安全监测问题，本发明人曾公开过基于储罐外壁加速度监测的评价方法。最近研究发现，在外部激励作用下罐内液面与罐壁加速度变化趋势一致但变化剧烈程度更高。因此，利用液位变化规律也是分析油库储罐结构安全性能的一种有效途径。
为此，结合机场发展趋势及最新研究成果，提出一种操作简便、结果可靠的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统及控制方法，对提高机场油库储罐安全管控能力，具有工程指导意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统及控制方法，以提高机场油库储罐安全管控能力。
为了达到上述目标，本发明提供的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统包括设置在机场油库储罐上，机场油库储罐的圆周面上设有航油最高液位和航油最低液位标记，位于航油最高液位和航油最低液位之间的液位称为许用液位波动范围；所述的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统包括六轴机械手臂、摄像头、LED光源、激光雷达、圆形液面浮板、弹性系留绳、多根电源线、多根数据线、物联网卡、太阳能电源、工控机和带提示音的报警灯；所述的六轴机械手臂的一端固定在机场油库储罐的顶面中心位置，另一端指向液面并设有摄像头、LED光源和激光雷达；圆形液面浮板置于机场油库储罐内的航煤液面上，底部连接在弹性系留绳的上端；弹性系留绳的下端连接在机场油库储罐的底面中心位置；物联网卡、太阳能电源和工控机安装在机场油库储罐的顶面外部，并且工控机通过电源线或数据线分别与六轴机械手臂、摄像头、LED光源和激光雷达、太阳能电源和带提示音的报警灯电连接，并通过物联网卡与工作人员手持的移动通讯设备无线连接。
所述的圆形液面浮板采用白色、低密度、不燃、轻质材料制成，包括硬质聚氨酯泡沫板，中心区域处设有红色方框。
所述的工控机上的CPU采用AMD 80188-42。
所述的弹性系留绳工作时始终处于受拉状态，圆形液面浮板位于航油最高液位时其顶部接近但高于航油液面，位于航油最低液位时其底部浸于航油内。
本发明提供的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)系统通电自检的S1阶段：在此阶段中，系统通电，工控机开始自检，然后进入S2阶段；
2)判断系统是否正常工作的S2阶段：在此阶段中，工控机检测与六轴机械手臂、摄像头、LED光源和激光雷达的通信是否正常，如果判断结果为“是”，则进入S4阶段；否则进入S3阶段；
3)报警及人工更换的S3阶段：在此阶段中，工控机将控制带提示音的报警灯进行报警，工作人员根据提示音进行检修，然后重启系统，返回S1阶段；
4)采集机场油库储罐内航油相关数据的S4阶段：在此阶段中，在工控机的控制下，点亮LED光源，由此照亮圆形液面浮板中心区域的红色方框，六轴机械手臂根据摄像头自动识别的圆形液面浮板的红色方框位置来调整摄像头的位置，激光雷达实时测量摄像头与圆形液面浮板间的距离并传输给工控机，工控机根据该距离计算出圆形液面浮板的高度变化数据；
5)数据预处理的S5阶段：在此阶段中，工控机根据六轴机械手臂的姿态数据及上述圆形液面浮板的高度变化数据，获得机场油库储罐内航油液位变化的动态数据，然后进入S6阶段；
6)判断机场油库储罐结构安全性能是否正常的S6阶段：工控机判断上述机场油库储罐内航油液位变化的动态数据是否在许用液位波动范围内，以确定机场油库储罐的结构是否安全，如果判断结果是在许用液位波动范围内，说明机场油库储罐的结构是安全的，返回S4阶段入口；否则进入S7阶段；
7)发出报警信息的S7阶段：在此阶段中，工控机通过物联网卡向工作人员手持的移动通讯设备发送报警信息，同时利用带提示音的报警灯)进行报警，然后返回S4阶段入口。
在步骤6)中，所述的工控机判断机场油库储罐内航油液位变化的动态数据是否在许用液位波动范围内，以确定机场油库储罐的结构是否安全的方法是：
当机场油库储罐内的航油液位处于航油最高液位和航油最低液位之间的许用液位波动范围内时，说明机场油库储罐的结构是安全的；
当机场油库储罐内的航油液位因台风、地震作用或注油过程中机场油库储罐内部发生振动的原因而高于航油最高液位时，圆形液面浮板将完全浸没在航油内，因此摄像头无法识别圆形液面浮板的红色方框，同时激光雷达也无法测量摄像头与圆形液面浮板间的距离，说明此时机场油库储罐的结构是不安全的；
当机场油库储罐内的航油液位低于最低液位时，弹性系留绳将因不受拉而处于松弛状态，这时圆形液面浮板将在航油液面上自由漂动而不在机场油库储罐的中心位置，因此摄像头无法准确识别圆形液面浮板的红色方框，同时激光雷达也无法准确测量摄像头与圆形液面浮板间的距离，说明此时机场油库储罐的结构也是不安全的。
本发明提供的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统及控制方法具有如下优点：(1)安装简便。系统主要由罐顶测量部和罐底监测部两个子系统组成，可实现结构化加工，现场拼装，安装简便。(2)报警速度快。根据航油液位的异常波动，可实现实时报警，更易于识别机场油库储罐严重损伤发生前的结构异常响应。(3)安全度高。采用非接触式测量技术，罐顶测量部采用防爆处理，适用于机场油库储罐的健康监测。
附图说明
图1为本发明提供的机场油库储罐结构健康监测系统结构示意图。
图2为本发明提供的机场油库储罐结构健康监测系统组成框图。
图3为本发明提供的机场油库储罐结构健康监测系统的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统及控制方法进行详细说明。
如图1—图2所示，本发明提供的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统设置在机场油库储罐13上，所述的机场油库储罐13的圆周面上设有航油最高液位和航油最低液位标记，位于航油最高液位和航油最低液位之间的液位称为许用液位波动范围；所述的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统包括六轴机械手臂1、摄像头2、LED光源3、激光雷达4、圆形液面浮板5、弹性系留绳6、多根电源线7、多根数据线8、物联网卡9、太阳能电源10、工控机11和带提示音的报警灯12；所述的六轴机械手臂1的一端固定在机场油库储罐13的顶面中心位置，另一端指向液面并设有摄像头2、LED光源3和激光雷达4；圆形液面浮板5置于机场油库储罐13内的航煤液面上，底部连接在弹性系留绳6的上端；弹性系留绳6的下端连接在机场油库储罐13的底面中心位置；物联网卡9、太阳能电源10和工控机11安装在机场油库储罐13的顶面外部，并且工控机11通过电源线7或数据线8分别与六轴机械手臂1、摄像头2、LED光源3和激光雷达4、太阳能电源10和带提示音的报警灯12电连接，并通过物联网卡9与工作人员手持的移动通讯设备无线连接。
所述的圆形液面浮板5采用白色、低密度、不燃、轻质材料制成，包括硬质聚氨酯泡沫板，中心区域处设有红色方框。
所述的工控机11上的CPU采用AMD 80188-42。
所述的弹性系留绳6工作时始终处于受拉状态，圆形液面浮板5位于航油最高液位时其顶部接近但高于航油液面，位于航油最低液位时其底部浸于航油内。
如图3所示，本发明提供的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)系统通电自检的S1阶段：在此阶段中，系统通电，工控机11开始自检，然后进入S2阶段；
2)判断系统是否正常工作的S2阶段：在此阶段中，工控机11检测与六轴机械手臂1、摄像头2、LED光源3和激光雷达4的通信是否正常，如果判断结果为“是”，则进入S4阶段；否则进入S3阶段；
3)报警及人工更换的S3阶段：在此阶段中，工控机11将控制带提示音的报警灯12进行报警，工作人员根据提示音进行检修，然后重启系统，返回S1阶段；
4)采集机场油库储罐内航油相关数据的S4阶段：在此阶段中，在工控机11的控制下，点亮LED光源3，由此照亮圆形液面浮板5中心区域的红色方框，六轴机械手臂1根据摄像头2自动识别的圆形液面浮板5的红色方框位置来调整摄像头2的位置，激光雷达4实时测量摄像头2与圆形液面浮板5间的距离并传输给工控机11，工控机11根据该距离计算出圆形液面浮板5的高度变化数据；
5)数据预处理的S5阶段：在此阶段中，工控机11根据六轴机械手臂1的姿态数据及上述圆形液面浮板5的高度变化数据，获得机场油库储罐13内航油液位变化的动态数据，然后进入S6阶段；
6)判断机场油库储罐结构安全性能是否正常的S6阶段：工控机11判断上述机场油库储罐13内航油液位变化的动态数据是否在许用液位波动范围内，以确定机场油库储罐13的结构是否安全，如果判断结果是在许用液位波动范围内，说明机场油库储罐13的结构是安全的，返回S4阶段入口；否则进入S7阶段；
7)发出报警信息的S7阶段：在此阶段中，工控机11通过物联网卡9向工作人员手持的移动通讯设备发送报警信息，同时利用带提示音的报警灯12进行报警，然后返回S4阶段入口。
在步骤6)中，所述的工控机11判断机场油库储罐13内航油液位变化的动态数据是否在许用液位波动范围内，以确定机场油库储罐13的结构是否安全的方法是：
当机场油库储罐13内的航油液位处于航油最高液位和航油最低液位之间的许用液位波动范围内时，说明机场油库储罐13的结构是安全的；
当机场油库储罐13内的航油液位因台风、地震作用或注油过程中机场油库储罐13内部发生振动的原因而高于航油最高液位时，圆形液面浮板5将完全浸没在航油内，因此摄像头2无法识别圆形液面浮板5的红色方框，同时激光雷达4也无法测量摄像头2与圆形液面浮板5间的距离，说明此时机场油库储罐13的结构是不安全的；
当机场油库储罐13内的航油液位低于最低液位时，弹性系留绳6将因不受拉而处于松弛状态，这时圆形液面浮板5将在航油液面上自由漂动而不在机场油库储罐13的中心位置，因此摄像头2无法准确识别圆形液面浮板5的红色方框，同时激光雷达4也无法准确测量摄像头2与圆形液面浮板5间的距离，说明此时机场油库储罐13的结构也是不安全的。
现将本发明提供的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统的实施方法阐述如下：
工作人员将下端装有摄像头2、LED光源3和激光雷达4的六轴机械手臂1的上端连接在机场油库储罐13的顶部，然后将上端连接在圆形液面浮板5底面中部的弹性系留绳6下端固定在机场油库储罐13的底面中心位置，将物联网卡9、太阳能电源10和工控机11安装在机场油库储罐13的顶面外部，并将工控机11通过电源线7或数据线8分别与六轴机械手臂1、摄像头2、LED光源3和激光雷达4、太阳能电源10和带提示音的报警灯12电连接，并通过物联网卡9与工作人员手持的移动通讯设备无线连接，由此完成系统布设。其中六轴机械手臂1、摄像头2、LED光源3、激光雷达4、圆形液面浮板5和弹性系留绳6构成罐底监测部，物联网卡9、太阳能电源10和工控机11构成罐顶测量部。当在台风作用、地震作用下或注油过程中机场油库油罐13内部发生振动时，可根据采集到的液位变化信息动态分析机场油库储罐13的结构安全状况并实时进行报警。

Claims (6)

1.一种基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统，所述的机场油库储罐(13)的圆周面上设有航油最高液位和航油最低液位标记，位于航油最高液位和航油最低液位之间的液位称为许用液位波动范围；其特征在于：所述的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统包括六轴机械手臂(1)、摄像头(2)、LED光源(3)、激光雷达(4)、圆形液面浮板(5)、弹性系留绳(6)、多根电源线(7)、多根数据线(8)、物联网卡(9)、太阳能电源(10)、工控机(11)和带提示音的报警灯(12)；所述的六轴机械手臂(1)的一端固定在机场油库储罐(13)的顶面中心位置，另一端指向液面并设有摄像头(2)、LED光源(3)和激光雷达(4)；圆形液面浮板(5)置于机场油库储罐(13)内的航煤液面上，底部连接在弹性系留绳(6)的上端；弹性系留绳(6)的下端连接在机场油库储罐(13)的底面中心位置；物联网卡(9)、太阳能电源(10)和工控机(11)安装在机场油库储罐(13)的顶面外部，并且工控机(11)通过电源线(7)或数据线(8)分别与六轴机械手臂(1)、摄像头(2)、LED光源(3)和激光雷达(4)、太阳能电源(10)和带提示音的报警灯(12)电连接，并通过物联网卡(9)与工作人员手持的移动通讯设备无线连接。
2.根据权利要求1所述的基于液位监测的机场油库储罐结构，其特征在于：所述的圆形液面浮板(5)采用白色、低密度、不燃、轻质材料制成，包括硬质聚氨酯泡沫板，中心区域处设有红色方框。
3.根据权利要求1所述的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统，其特征在于：所述的工控机(11)上的CPU采用AMD 80188-42。
4.根据权利要求1所述的基于液位监测的机场油库储罐结构，其特征在于：所述的弹性系留绳(6)工作时始终处于受拉状态，圆形液面浮板(5)位于航油最高液位时其顶部接近但高于航油液面，位于航油最低液位时其底部浸于航油内。
5.一种采用权利要求1所述的基于液位监测的机场油库储罐结构安全评价系统的控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)系统通电自检的S1阶段：在此阶段中，系统通电，工控机(11)开始自检，然后进入S2阶段；
2)判断系统是否正常工作的S2阶段：在此阶段中，工控机(11)检测与六轴机械手臂(1)、摄像头(2)、LED光源(3)和激光雷达(4)的通信是否正常，如果判断结果为“是”，则进入S4阶段；否则进入S3阶段；
3)报警及人工更换的S3阶段：在此阶段中，工控机(11)将控制带提示音的报警灯(12)进行报警，工作人员根据提示音进行检修，然后重启系统，返回S1阶段；
4)采集机场油库储罐内航油相关数据的S4阶段：在此阶段中，在工控机(11)的控制下，点亮LED光源(3)，由此照亮圆形液面浮板(5)中心区域的红色方框，六轴机械手臂(1)根据摄像头(2)自动识别的圆形液面浮板(5)的红色方框位置来调整摄像头(2)的位置，激光雷达(4)实时测量摄像头(2)与圆形液面浮板(5)间的距离并传输给工控机(11)，工控机(11)根据该距离计算出圆形液面浮板(5)的高度变化数据；
5)数据预处理的S5阶段：在此阶段中，工控机(11)根据六轴机械手臂(1)的姿态数据及上述圆形液面浮板(5)的高度变化数据，获得机场油库储罐(13)内航油液位变化的动态数据，然后进入S6阶段；
6)判断机场油库储罐结构安全性能是否正常的S6阶段：工控机(11)判断上述机场油库储罐(13)内航油液位变化的动态数据是否在许用液位波动范围内，以确定机场油库储罐(13)的结构是否安全，如果判断结果是在许用液位波动范围内，说明机场油库储罐(13)的结构是安全的，返回S4阶段入口；否则进入S7阶段；
7)发出报警信息的S7阶段：在此阶段中，工控机(11)通过物联网卡(9)向工作人员手持的移动通讯设备发送报警信息，同时利用带提示音的报警灯(12)进行报警，然后返回S4阶段入口。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：在步骤6)中，所述的工控机(11)判断机场油库储罐(13)内航油液位变化的动态数据是否在许用液位波动范围内，以确定机场油库储罐(13)的结构是否安全的方法是：
当机场油库储罐(13)内的航油液位处于航油最高液位和航油最低液位之间的许用液位波动范围内时，说明机场油库储罐(13)的结构是安全的；
当机场油库储罐(13)内的航油液位因台风、地震作用或注油过程中机场油库储罐(13)内部发生振动的原因而高于航油最高液位时，圆形液面浮板(5)将完全浸没在航油内，因此摄像头(2)无法识别圆形液面浮板(5)的红色方框，同时激光雷达(4)也无法测量摄像头(2)与圆形液面浮板(5)间的距离，说明此时机场油库储罐(13)的结构是不安全的；
当机场油库储罐(13)内的航油液位低于最低液位时，弹性系留绳(6)将因不受拉而处于松弛状态，这时圆形液面浮板(5)将在航油液面上自由漂动而不在机场油库储罐(13)的中心位置，因此摄像头(2)无法准确识别圆形液面浮板(5)的红色方框，同时激光雷达(4)也无法准确测量摄像头(2)与圆形液面浮板(5)间的距离，说明此时机场油库储罐(13)的结构也是不安全的。
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