CN114643537A - 高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置与方法,该装置包括:多个传感器、测量电桥以及巡检装置,其中多个传感器对应设置于供砂罐的每个下砂口处;测量电桥,用于根据巡检装置的选通控制与对应的传感器连通,以获取对应传感器的瞬时电感值;巡检装置,用于控制测量电桥自动循环依次测量选通的下砂口;并获取对应传感器的瞬时电感值;将瞬时电感值与事先标定的对应的管口的初始电感值进行对比,根据传感器的瞬时电感值的变化值是否超过阈值,从而判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞将该下砂口对应的报警信号点亮。本发明实现了多路下砂口的自动巡检。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面清理技术领域,尤其涉及用于磨料高压水射流金属表面清理装备中的供砂罐的下砂口的堵塞实时检测装置与方法。
背景技术
高压水射流金属表面清理是一种绿色、无污染的纯物理表面清理技术,其原理是利用高压水和金属磨料的混合流体对金属表面进行冲击,进而去除金属表面氧化皮等杂质。
供砂罐是水射流清理装备的重要组成部分,其内部盛有金属磨料,金属磨料通过下砂口与高压水进行混合。由于磨料存在板结、生锈、系统压力异常等因素影响,供砂罐下砂口容易产生磨料堵塞的情形。而在高压水射流金属表面清理过程中,磨料在混合液中的流量有严格要求,磨料浓度降低时将严重影响清理质量,因此必须对供砂罐的下砂口的堵塞情况进行实时检测。
参见图1,水射流清理装备的一个供砂罐(磨料罐)上的下砂口从8到48个不等,而整台设备的供砂罐从8到20不等,下砂口检测点达数百之巨。目前市场中没有适用于下砂口金属磨料堵塞自动检测的装置。目前主要采用人工检查。供砂罐存储在封闭的铁柜中,只有关停设备时,才能由人工对每个磨料罐的单个下砂口进行逐一排查,肉眼比对工作量巨大,容易产生误判,准确性和实时性难以保障。而且人工检查的信息滞后,对设备控制和质量保证不利,加之为保证生产延续,设备不能频繁关停。
发明内容
本发明提供了一种高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置与方法,用以解决人工检查的工作量巨大,且准确性和实时性难以保障的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置,包括:
多个传感器,对应设置于供砂罐的每个下砂口处;
测量电桥,用于根据巡检装置的选通控制与对应的传感器连通,以获取对应传感器的瞬时电感值;
巡检装置,用于控制测量电桥自动循环依次测量选通的下砂口;并获取对应传感器的瞬时电感值;将瞬时电感值与事先标定的对应的管口的初始电感值进行对比,根据传感器的瞬时电感值的变化值是否超过阈值,从而判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞将该下砂口对应的报警信号点亮。
优选地,传感器的瞬时电感值的变化值,通过下式进行计算:
r=(L-Ls)/Ls (1)
其中,Ls表示线圈的初始电感值,L表示瞬时电感值,r为瞬时电感值的变化值,当r超过阈值时,判断该传感器所在的下砂口发生堵塞。
优选地,传感器为线圈传感器,包括在供砂罐下砂口处用漆包线缠绕一个单层紧密线圈,漆包线间紧密排布,线圈两端去除外漆作为接线端与测量电桥常开接通。
优选地,巡检装置,包括:
主控单元,用于产生多路巡检信号以控制测量电桥自动循环依次测量选通的下砂口;存储管口的线圈传感器的初始电感值;获取选通的对应传感器的瞬时电感值;将瞬时电感值与事先标定的对应的管口的初始电感值进行对比,根据传感器的瞬时电感值的变化值判断是否超过阈值,从而判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞输出报警信号至对应下砂口的通道;
开关组电路,包括多组继电器构成的常开的数字开关;线圈传感器的两个接线端分别接入继电器的一对常开触点;在主控单元发出的多路巡检信号选通对应下砂口的通道时连通两个继电器的常开触点从而获取对应线圈的瞬时电感值;
报警电路,用于根据对应下砂口的通道的报警信号进行报警显示。
优选地,巡检装置,还包括:
数字译码单元,与主控单元连接,用于将主控单元的4个I/O接口通过级联扩展为16路可寻址的I/O接口;
电平转换电路,与数字译码单元的16路可寻址的I/O接口连接,用于将数字译码单元输出的低电平转为高电平,并通过高电平驱动对应的开关组电路,使得对应的常开触点选通。
本发明还公开一种高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检方法,包括以下步骤:
通过在供砂罐的每个下砂口设置传感器;通过自动循环依次逐个选通供砂罐的每个下砂口,自动获取被选通的下砂口上的线圈的瞬时电感值,根据与事先标定的管口堵塞时线圈特征值对比和分析,根据传感器的瞬时电感的变化值是否超过阈值,从而判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞将该下砂口对应的报警信号点亮。
优选地,传感器的瞬时电感值的变化值,通过下式进行计算:
r=(L-Ls)/Ls (1)
其中,Ls表示线圈的初始电感值,L表示瞬时电感值,r为瞬时电感值的变化值,当r超过阈值时,判断该传感器所在的下砂口发生堵塞。
本发明具有以下有益效果:
本发明的高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置与方法,可实时检测磨料罐下砂口是否堵塞;可以自动完成多个下砂口的巡检工作,并给出相应的报警指示,极大降低人工检测强度,保证了表面清理效果。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是现有技术的高压水射流供砂罐下砂口的结构示意图;
图2是本发明优选实施例的高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置的原理图;
图3是本发明优选实施例的巡检装置的主控单元的电路图;
图4是本发明优选实施例的巡检装置的数字译码单元和电平转换单元的电路图;
图5是本发明优选实施例的巡检装置主控电路的数据通道;
图6是本发明优选实施例的开关组电路的电路图;
图7是本发明优选实施例的报警电路的电路图;
图8是本发明优选实施例的高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图2,本发明的高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置,包括:多个传感器、测量电桥(LCR)以及巡检装置,其中多个传感器对应设置于供砂罐的每个下砂口处;测量电桥,用于根据巡检装置的选通控制与对应的传感器连通,以获取对应传感器的瞬时电感值;巡检装置,用于控制测量电桥自动循环依次测量选通的下砂口;并获取对应传感器的瞬时电感值;将瞬时电感值与事先标定的对应的管口的初始电感值进行对比,根据传感器的瞬时电感值的变化值是否超过阈值,从而判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞将该下砂口对应的报警信号点亮。
在一些实施方式中,传感器的瞬时电感值的变化值,通过下式进行计算:
r=(L-Ls)/Ls (1)
其中,Ls表示线圈的初始电感值,L表示瞬时电感值,r为瞬时电感值的变化值,当r超过阈值时,判断该传感器所在的下砂口发生堵塞。
在一些实施方式中,传感器为线圈传感器,包括在供砂罐下砂口处用漆包线缠绕一个单层紧密线圈,长度控制在2.5cm左右;漆包线间紧密排布,从而获得较高的品质因数,线圈两端去除外漆作为接线端与测量电桥常开接通。接线端由装置的巡检电路控制,分时与测量电桥接通,从而使装置获得线圈的电感变化值。
在一些实施方式中,巡检装置,包括:
主控单元,用于产生多路巡检信号以控制测量电桥自动循环依次选通下砂口;存储管口的线圈传感器的初始电感值;获取选通的对应传感器的瞬时电感值;将瞬时电感值与事先标定的对应的管口的初始电感值进行对比,根据传感器的瞬时电感值的变化值判断是否超过阈值,从而判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞输出报警信号至对应下砂口的通道(在堵塞问题不再存在后消除报警信号)。实施时,参见图3,图5,主控单元可采用51单片机。
数字译码单元,与主控单元连接,用于将主控单元的4个I/O接口通过级联扩展为16路可寻址的I/O接口;实施时,参见图4,该部分主要由两片数字译码器74LS138组成,使用级联的方式从3-8寻址扩展到4-16寻址,从而使得处理器能用有限的IO资源控制较多的外部设备。在该装备中,单片机使用了4个输出接口,获得了16个外部地址的控制权,从而实现了16个下砂口的寻址操作。
电平转换电路,与数字译码单元的16路可寻址的I/O接口连接,用于将数字译码单元输出的低电平转为高电平,并通过高电平驱动对应的开关组电路,使得对应的常开触点选通。实施时,采用的是与非逻辑,当选通有效时输出的是低电平信号。参见图4,本部分电路使用反相器74ls04d,将低电平升为高电平信号,并提高带负载能力,以便驱动后续开关组电路。
开关组电路,参见图6,包括16组继电器构成的常开的数字开关;线圈传感器的两个接线端分别接入继电器的一对常开触点;在主控单元发出的多路巡检信号选通对应下砂口的通道时连通两个继电器的常开触点从而获取对应线圈的瞬时电感值。在装置未上电工作时,线圈都未接入巡检装置,LCR仪器上读出的电感值无效。当任一组线圈被译码电路选通时,相当于与LCR直接接通,此时LCR的数据为该线圈的瞬时电感值。
报警电路,用于根据对应下砂口的通道的报警信号进行报警显示。实施时,参见图7,报警电路可由IO扩展模块74HC164和发光二极管组成,由于主控部分的IO资源宝贵,不能采用与报警信号一一对应的输出方式,因此使用74HC164实现串行输入-并行输出的控制方式,使用2个IO口实现16个报警信号的控制,控制逻辑由主控电路产生。
本发明实施例还公开一种高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检方法,包括以下步骤:通过在供砂罐的每个下砂口设置传感器;通过自动循环依次逐个选通供砂罐的每个下砂口,自动获取被选通的下砂口上的线圈的瞬时电感值,根据与事先标定的管口堵塞时线圈特征值对比和分析,根据传感器的瞬时电感的变化值是否超过阈值,从而判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞将该下砂口对应的报警信号点亮。
参见图8,本发明实施例的巡检方法用于检测高压水射流金属表面清理装备的供砂罐下砂口是否堵塞,装置自动完成16路下砂口的循环检测,并针对堵塞的口给出报警信号,具体步骤如下:
初始化:在供砂罐下砂口处使用绝缘导线绕制一个单层线圈,长度约为2.5cm左右,并开始进行清水实验获得相应的线圈电感值LS,一共可以得到16个这样的LS,这组值由装置的主控电路实行存储。初始化只需一次,以后的步骤由程序自动执行。
步骤1:主控程序将ROM中存储的LS调入内存中备用,并启动一个永久的循环执行巡回检测任务,第一个检测的是1号下砂口线圈,因此主控电路将相应的IO输出口置为二进制数值“0000”,并使能1号定时器,时间为2秒。
步骤2:主控IO输出“0000”信号被译码芯片74LS138捕获,此时高位的译码器被封锁,低位译码器对“0000”进行译码,结果为十进制“0”,因此地位的译码器74LS138的Y0输出为低电平0V左右,代表有效信号,其它输出被封锁为无效信号。
步骤3:译码器输出电平进入反向器件74LS04D,可见反相器的输入6A~1A依次为二进制数值“111110”,因此反相器输出为“000001”,即1A端口输出有效电平信号,2A~6A输出无效电压。
步骤4:由于反相器1A端口输出有效的高电平,因此1号继电器组发生跳变,常开触点闭合,而2号~16号继电器组未发生改变。因此,1号线圈的两端被分别接通到LCR电桥的测量端口。
步骤5:主控程序通过串行口接收LCR的数据,并经过软件方法滤波处理,得到可信的1号线圈的电感值L,将该电感值与存储的相应Ls值使用公式(1)计算,如果r<=43%,表明下砂口磨料流量正常;如果r>=60%,则表明下砂口发生磨料堵塞,需给出报警信号。
步骤6:如果步骤5中已经判定需要报警,主控程序将“00000001”这样一个8位二进制数写入IO扩展器74HC164,则74HC164的QA输出引脚出现高电平信号,其它输出保持为低电平。QA信号使能报警灯工作,实现磨料堵塞报警。如果在步骤5中无需报警,则QA此时为低电平,报警信号保持熄灭。
步骤7:重复执行步骤1~步骤6,此时主控电路对译码电路的输出为“0010”,启动对2号线圈的检测,依次类推,实现自动巡检。
根据磨料水射流清理装置的工作原理,供砂罐下砂口堵塞时只有少量清水能通过下砂口,而磨料停止流动,将严重影响表面清理的质量。本发明的自动巡检装置,能实现16个下砂口的自动巡检,通过依次与LCR的接通,自动获取下砂口上的线圈的电感值,根据与事先标定的管口堵塞时线圈特征值对比和分析,判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞将该下砂口对应的报警信号点亮。然后开始下一轮自动巡检,达到了对下砂口堵塞进行自动检测与报警的目的,极大减轻了人工巡检工作量,也提高了判别准确度和实时性。
综上可知,本发明通过在下砂口上直接绑定单层线圈进行判断,通过自动巡检装置,通过自动巡检程序与集成电路之间的配合,实现了16路下砂口的自动测量和比对,实时在线监测堵塞情况并给出报警提示,极大提高了检测准确度和实时性,提高生产过程自动化程度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置,其特征在于,包括:
多个传感器,对应设置于供砂罐的每个下砂口处;
测量电桥,用于根据巡检装置的选通控制与对应的传感器连通,以获取对应传感器的瞬时电感值;
巡检装置,用于控制所述测量电桥自动循环依次测量选通的下砂口;并获取对应传感器的瞬时电感值;将瞬时电感值与事先标定的对应的管口的初始电感值进行对比,根据传感器的瞬时电感值的变化值是否超过阈值,从而判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞将该下砂口对应的报警信号点亮。
2.根据权利要求1所述的高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置,其特征在于,所述传感器的瞬时电感值的变化值,通过下式进行计算:
r=(L-Ls)/Ls (1)
其中,Ls表示线圈的初始电感值,L表示瞬时电感值,r为瞬时电感值的变化值,当r超过阈值时,判断该传感器所在的下砂口发生堵塞。
3.根据权利要求1或2所述的高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置,其特征在于,所述传感器为线圈传感器,包括在供砂罐下砂口处用漆包线缠绕一个单层紧密线圈,漆包线间紧密排布,线圈两端去除外漆作为接线端与测量电桥常开接通。
4.根据权利要求3所述的高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置,其特征在于,所述巡检装置,包括:
主控单元,用于产生多路巡检信号以控制所述测量电桥自动循环依次测量选通的下砂口;存储管口的线圈传感器的初始电感值;获取选通的对应传感器的瞬时电感值;将瞬时电感值与事先标定的对应的管口的初始电感值进行对比,根据传感器的瞬时电感值的变化值判断是否超过阈值,从而判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞输出报警信号至对应下砂口的通道;
开关组电路,包括多组继电器构成的常开的数字开关;线圈传感器的两个接线端分别接入继电器的一对常开触点;在主控单元发出的多路巡检信号选通对应下砂口的通道时连通所述两个继电器的常开触点从而获取对应线圈的瞬时电感值;
报警电路,用于根据对应下砂口的通道的报警信号进行报警显示。
5.根据权利要求4所述的高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检装置,其特征在于,所述巡检装置,还包括:
数字译码单元,与所述主控单元连接,用于将主控单元的4个I/O接口通过级联扩展为16路可寻址的I/O接口;
电平转换电路,与所述数字译码单元的16路可寻址的I/O接口连接,用于将数字译码单元输出的低电平转为高电平,并通过高电平驱动对应的开关组电路,使得对应的常开触点选通。
6.一种高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过在供砂罐的每个下砂口设置传感器;通过自动循环依次逐个选通供砂罐的每个下砂口,自动获取被选通的下砂口上的线圈的瞬时电感值,根据与事先标定的管口堵塞时线圈特征值对比和分析,根据传感器的瞬时电感的变化值是否超过阈值,从而判断相应的下砂口是否堵塞,若是堵塞将该下砂口对应的报警信号点亮。
7.根据权利要求6所述的高压水射流清理装备的供砂罐下砂自动巡检方法,其特征在于,
所述传感器的瞬时电感值的变化值,通过下式进行计算:
r=(L-Ls)/Ls (1)
其中,Ls表示线圈的初始电感值,L表示瞬时电感值,r为瞬时电感值的变化值,当r超过阈值时,判断该传感器所在的下砂口发生堵塞。
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