王明波1，王維斌2，曾啟科3

1、西南管道蘭州輸油氣分公司

2、中國石油管道科技研究中心

3、川慶鉆探工程公司油建公司

儲罐是存儲原油、成品油、石化產(chǎn)品和原料的重要設(shè)備。隨著儲罐的大量建造和使用，儲罐安全運(yùn)行的重要性也日益凸顯。儲罐的安全隱患主要是儲罐的腐蝕，特別是罐底板腐蝕以及由此造成的泄漏。儲罐一旦發(fā)生問題，將會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染，甚至釀成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，直接危害人的生命安全。為保證儲罐的安全運(yùn)行，許多國家都制定了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定儲罐底板的檢測是儲罐檢測中的一項必需內(nèi)容[1]。

常用在儲油罐底板缺陷檢測的技術(shù)有：超聲導(dǎo)波檢測、漏磁檢測、磁致伸縮、 C-掃描[2-3]等。常規(guī)檢測技術(shù)效率低、成本高，需要進(jìn)行離線、開罐檢測，且檢測前儲油罐都必須清空、清潔。不但費(fèi)時費(fèi)力，而且成本很高。超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)可以對儲油罐實施在線檢測，并且檢測時不要求對儲油罐進(jìn)行清空和清潔。該技術(shù)可以對底板進(jìn)行100%的直接評估[4]，非常適合于儲罐底板和罐壁的在線無損檢測。

1 儲油罐底板缺陷檢測現(xiàn)狀

在儲罐底板缺陷的平板導(dǎo)波檢測應(yīng)用中，存在檢測效率低的突出問題，主要原因是傳感器的掃描方式不夠高效，往往采取人工移動的方式，非連續(xù)自動行進(jìn)方式。即每完成一段距離的底板檢測，人工拆除外邊緣上的傳感器換新的檢測點，在拆卸過程中容易損壞傳感器。從而大大降低了超聲導(dǎo)波檢測的效率。為了應(yīng)對這一問題，多傳感器的方式常被采用。但是，多傳感器的方式并不能實質(zhì)性解決檢測效率低的問題，只能在 一定程度上緩解[5-7]，原因是：首先，多傳感器的方式仍然需要人工布置并移動傳感器，沒有減輕檢測人員的工作負(fù)擔(dān)，隨著儲罐的大型化，檢測人員的勞動強(qiáng)度將大幅增加；其次，多傳感器的檢測方式需要檢測儀器具備較多數(shù)量的信號通道，增加了檢測成本，不利于技術(shù)的應(yīng)用推廣。

因此，本文設(shè)計了一種儲罐檢測自動化裝置，它主要由運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)電控制系統(tǒng)兩部分組成。該裝置能實現(xiàn)連續(xù)檢測、傳感器角度可自適應(yīng)調(diào)整、行走速度可控制。從而達(dá)到提高檢測效率，降低檢測成本的目的。

2 運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計

儲罐底板自動化檢測裝置的運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是實現(xiàn)對檢測傳感器的夾持；并使其在檢測過程中與儲罐邊緣板能有良好的接觸；通過永磁鐵吸附在儲罐壁上，隨著電機(jī)的驅(qū)動使整個裝置沿著儲罐邊緣板行進(jìn)。從而實現(xiàn)儲罐底板超聲導(dǎo)波連續(xù)在線檢測的過程。

如圖1所示，儲罐底板自動化檢測裝置的運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由四部分組成：支撐機(jī)構(gòu)、驅(qū)動結(jié)構(gòu)、吸附機(jī)構(gòu)、傳感器夾持機(jī)構(gòu)。支撐機(jī)構(gòu)是使驅(qū)動機(jī)構(gòu)、吸附機(jī)構(gòu)、傳感器夾持機(jī)構(gòu)安裝在一起，并使整個機(jī)構(gòu)立在儲罐外邊緣板上；驅(qū)動結(jié)構(gòu)主要由2個伺服電機(jī)、變速箱、滾輪安裝殼、齒輪傳送帶、軸承端蓋、傳送帶張緊裝置、齒輪、傳動軸、滾動軸承機(jī)構(gòu)、傳動齒輪等零件組成,為整個裝置提供行走動力；吸附機(jī)構(gòu)主要由滾動軸承、固定套、磁輪擋圈、齒輪和8個永磁環(huán)等零件組成，它是通過永磁輪使該裝置緊緊吸附在儲罐外邊緣上；傳感器夾持機(jī)構(gòu)是固定傳感器，并使傳感器能在0°~10°范圍內(nèi)自動根據(jù)儲罐外邊緣板情況調(diào)整傾斜角度，提供給傳感器一定的壓緊力，調(diào)整傳感器信號發(fā)射方向。根據(jù)以上設(shè)計要求，加工制作出了儲罐底板自動化檢測裝置運(yùn)動機(jī)構(gòu)，如圖2所示。

3 機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

機(jī)電控制系統(tǒng)主要是通過機(jī)電控制箱實現(xiàn)對運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中安裝的兩個私服電機(jī)進(jìn)行供電、速度控制和過載保護(hù)。機(jī)電控制箱面板上設(shè)置有控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)按鈕、電源開關(guān)按鈕、兩個固定速度按鈕、兩個電機(jī)報警復(fù)位開關(guān)按鈕、電機(jī)無級調(diào)速器、電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示器和相關(guān)指示燈等器件，如圖3所示。

本機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計了兩種電機(jī)調(diào)速方式，一種是根據(jù)檢測系統(tǒng)信號識別速度設(shè)定了三個固定電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過調(diào)節(jié)速度1、速度2按鈕實現(xiàn)。當(dāng)單獨(dú)按下速度1、速度2按鈕時為兩個設(shè)定速度，當(dāng)同時按下兩個按鈕時為第三個設(shè)定速度。經(jīng)過計算，把三個電機(jī)轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為100轉(zhuǎn)/分、200轉(zhuǎn)/分、300轉(zhuǎn)/分，從而實現(xiàn)檢測機(jī)構(gòu)的行走速度在0.5mm/s-4mm/s之間。該方法的優(yōu)點是速度恒定、操作簡單；缺點是速度單一。另一種速度調(diào)節(jié)方式是通過速度電位器來改變電機(jī)電壓，從而實現(xiàn)電機(jī)從低到高的無級調(diào)速。這種方式的優(yōu)點是可以在很大范圍內(nèi)實現(xiàn)對電機(jī)速度調(diào)節(jié)，適應(yīng)更多的工況；缺點是調(diào)節(jié)的速度不精確，容易出現(xiàn)速度跳躍。在控制面板上設(shè)置了這兩種電機(jī)速度調(diào)節(jié)方式的切換開關(guān)。

系統(tǒng)中的兩個伺服電機(jī)采用兩個驅(qū)動器單獨(dú)控制，對驅(qū)動器設(shè)置了同步性，從而使兩伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速相同。兩電機(jī)擁有獨(dú)立電源線和控制線，控制箱上的I軸、II軸連接線分別與運(yùn)動機(jī)構(gòu)中的I、II號伺服電機(jī)相連接�？梢酝ㄟ^控制面板上的正反轉(zhuǎn)切換開關(guān)改變檢測裝置的行走方向。由于檢測裝置在檢測過程中可能遇到無法逾越的障礙物，造成裝置停止不動，使電機(jī)卡住而不能轉(zhuǎn)動，電流會增大，甚至燒壞電機(jī)。因此設(shè)計了過載保護(hù)電路，對電機(jī)過載后的恢復(fù)工作分別設(shè)計了兩個復(fù)位開關(guān)。

3.2 初始參數(shù)設(shè)置

在設(shè)計機(jī)電控制系統(tǒng)三個設(shè)定速度時，需要對電機(jī)進(jìn)行在線調(diào)試。該伺服電機(jī)可以通過sigmawin+專業(yè)軟件對其進(jìn)行在線參數(shù)調(diào)節(jié)[8]。如圖4所示為sigmawin+操作界面。用數(shù)據(jù)線和電源線把電機(jī)與驅(qū)動器相連接，再用USB數(shù)據(jù)線把電腦與驅(qū)動器相連，然后啟動sigmawin+軟件，就可以對伺服電機(jī)進(jìn)行在線調(diào)試。如圖5所示。

通過sigmawin+軟件可以實現(xiàn)對伺服電機(jī)的控制模式選擇(位置，速度， 轉(zhuǎn)矩控制)、機(jī)能使用、不使用設(shè)定、報警時的伺服運(yùn)作、電機(jī)回轉(zhuǎn)方向的設(shè)定、I/O信號的開斷、各種增益、位置決定單位、速度、及轉(zhuǎn)矩指令、信號、點動速度、有關(guān)轉(zhuǎn)矩速度的參數(shù)、連續(xù)參數(shù)等參數(shù)的設(shè)置。在這里對控制模式、內(nèi)部設(shè)定速度、報警時的伺服運(yùn)作進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)定，其他參數(shù)采用默認(rèn)值。如圖6、圖7所示。

4 總結(jié)

儲罐底板自動化檢測裝置具有如下特點：

（1）本傳感器攜帶裝置應(yīng)用針對性強(qiáng)，適合立式儲罐底板缺陷的超聲導(dǎo)波在線檢測，同時也可以攜帶超聲測厚傳感器實現(xiàn)外邊緣板的超聲掃描測厚；

（2）本傳感器攜帶裝置可自適應(yīng)儲罐外邊緣板表面的起伏變化，不受儲罐外邊緣板輕微形變及腐蝕造成的表面不平整因素的影響；

（3）本傳感器攜帶裝置工作效率高，可實現(xiàn)檢測傳感器的連續(xù)運(yùn)動，檢測期間不需要人工干預(yù)傳感器的運(yùn)動；

（4）本傳感器攜帶裝置擴(kuò)展性強(qiáng)，可去掉傳感器容器卡座和傳感器容腔，直接在傳感器固定 機(jī)構(gòu)上安裝帶有特定外封裝的傳感器，如攜帶多個檢測傳感器的相控陣檢測技術(shù)。從而實現(xiàn)了一機(jī)多用的目的。 ◢

參考文獻(xiàn)

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[2] 中國石油管道公司. 油氣管道檢測與修復(fù)技術(shù)[M].北京: 石油工業(yè)出版社, 2010.

[3] 劉鎮(zhèn)清.超聲無損檢測中的導(dǎo)波技術(shù)[J].無損檢測,1999,21(8):367-375．

[4] Y.C.Jung,T.Kundu and M.Ehsani,Internaldiscontinuity detection in concrete by Lamb waves,MarerialsEvaluation,418-423,2001.

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[6] 肖賢軍, 劉麗川, 劉子厚, 等. 超聲導(dǎo)波技術(shù)檢測儲罐底板缺陷[J]. 無損檢測, 2008, 30(1): 6-8.

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[8] 章晶. 實現(xiàn)多軸數(shù)控高性能加工的控制方法研究[D]. 廣東工業(yè)大學(xué), 2013.

（作者：王明波，助理工程師， 2013年畢業(yè)于西南石油大學(xué)機(jī)械制造及自動化專業(yè)碩士研究生，現(xiàn)主要從事長輸管道設(shè)備與工藝管理。

2014年第4期（總第17期）