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)品和原料的重要設備。隨著(zhù)儲罐的大量建造和使用，儲罐安全運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(wèn)題，將會(huì )造成嚴重的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染，甚至釀成嚴重的生產(chǎn)事故，直接危害人的生命安全。為保證儲罐的安全運行，許多國家都制定了相應的行業(yè)標準或國家標準，規定儲罐底板的檢測是儲罐檢測中的一項必需內容[1]。

常用在儲油罐底板缺陷檢測的技術(shù)有：超聲導波檢測、漏磁檢測、磁致伸縮、 C-掃描[2-3]等。常規檢測技術(shù)效率低、成本高，需要進(jìn)行離線(xiàn)、開(kāi)罐檢測，且檢測前儲油罐都必須清空、清潔。不但費時(shí)費力，而且成本很高。超聲導波檢測技術(shù)可以對儲油罐實(shí)施在線(xiàn)檢測，并且檢測時(shí)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(xiàn)無(wú)損檢測。

1 儲油罐底板缺陷檢測現狀

在儲罐底板缺陷的平板導波檢測應用中，存在檢測效率低的突出問(wèn)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(dòng)的方式，非連續自動(dòng)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(diǎn)，在拆卸過(guò)程中容易損壞傳感器。從而大大降低了超聲導波檢測的效率。為了應對這一問(wèn)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(shí)質(zhì)性解決檢測效率低的問(wèn)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(dòng)傳感器，沒(méi)有減輕檢測人員的工作負擔，隨著(zhù)儲罐的大型化，檢測人員的勞動(dòng)強度將大幅增加；其次，多傳感器的檢測方式需要檢測儀器具備較多數量的信號通道，增加了檢測成本，不利于技術(shù)的應用推廣。

因此，本文設計了一種儲罐檢測自動(dòng)化裝置，它主要由運動(dòng)執行機構和機電控制系統兩部分組成。該裝置能實(shí)現連續檢測、傳感器角度可自適應調整、行走速度可控制。從而達到提高檢測效率，降低檢測成本的目的。

2 運動(dòng)執行機構設計

儲罐底板自動(dòng)化檢測裝置的運動(dòng)執行機構主要是實(shí)現對檢測傳感器的夾持；并使其在檢測過(guò)程中與儲罐邊緣板能有良好的接觸；通過(guò)永磁鐵吸附在儲罐壁上，隨著(zhù)電機的驅動(dòng)使整個(gè)裝置沿著(zhù)儲罐邊緣板行進(jìn)。從而實(shí)現儲罐底板超聲導波連續在線(xiàn)檢測的過(guò)程。

如圖1所示，儲罐底板自動(dòng)化檢測裝置的運動(dòng)執行機構主要由四部分組成：支撐機構、驅動(dòng)結構、吸附機構、傳感器夾持機構。支撐機構是使驅動(dòng)機構、吸附機構、傳感器夾持機構安裝在一起，并使整個(gè)機構立在儲罐外邊緣板上；驅動(dòng)結構主要由2個(gè)伺服電機、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(dòng)軸、滾動(dòng)軸承機構、傳動(dòng)齒輪等零件組成,為整個(gè)裝置提供行走動(dòng)力；吸附機構主要由滾動(dòng)軸承、固定套、磁輪擋圈、齒輪和8個(gè)永磁環(huán)等零件組成，它是通過(guò)永磁輪使該裝置緊緊吸附在儲罐外邊緣上；傳感器夾持機構是固定傳感器，并使傳感器能在0°~10°范圍內自動(dòng)根據儲罐外邊緣板情況調整傾斜角度，提供給傳感器一定的壓緊力，調整傳感器信號發(fā)射方向。根據以上設計要求，加工制作出了儲罐底板自動(dòng)化檢測裝置運動(dòng)機構，如圖2所示。

3 機電控制系統設計

3.1 系統構成

機電控制系統主要是通過(guò)機電控制箱實(shí)現對運動(dòng)執行機構中安裝的兩個(gè)私服電機進(jìn)行供電、速度控制和過(guò)載保護。機電控制箱面板上設置有控制電機正反轉按鈕、電源開(kāi)關(guān)按鈕、兩個(gè)固定速度按鈕、兩個(gè)電機報警復位開(kāi)關(guān)按鈕、電機無(wú)級調速器、電機轉速顯示器和相關(guān)指示燈等器件，如圖3所示。

本機電控制系統設計了兩種電機調速方式，一種是根據檢測系統信號識別速度設定了三個(gè)固定電機轉速，通過(guò)調節速度1、速度2按鈕實(shí)現。當單獨按下速度1、速度2按鈕時(shí)為兩個(gè)設定速度，當同時(shí)按下兩個(gè)按鈕時(shí)為第三個(gè)設定速度。經(jīng)過(guò)計算，把三個(gè)電機轉速分別設定為100轉/分、200轉/分、300轉/分，從而實(shí)現檢測機構的行走速度在0.5mm/s-4mm/s之間。該方法的優(yōu)點(diǎn)是速度恒定、操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是速度單一。另一種速度調節方式是通過(guò)速度電位器來(lái)改變電機電壓，從而實(shí)現電機從低到高的無(wú)級調速。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以在很大范圍內實(shí)現對電機速度調節，適應更多的工況；缺點(diǎn)是調節的速度不精確，容易出現速度跳躍。在控制面板上設置了這兩種電機速度調節方式的切換開(kāi)關(guān)。

系統中的兩個(gè)伺服電機采用兩個(gè)驅動(dòng)器單獨控制，對驅動(dòng)器設置了同步性，從而使兩伺服電機轉速相同。兩電機擁有獨立電源線(xiàn)和控制線(xiàn)，控制箱上的I軸、II軸連接線(xiàn)分別與運動(dòng)機構中的I、II號伺服電機相連接�？梢酝ㄟ^(guò)控制面板上的正反轉切換開(kāi)關(guān)改變檢測裝置的行走方向。由于檢測裝置在檢測過(guò)程中可能遇到無(wú)法逾越的障礙物，造成裝置停止不動(dòng)，使電機卡住而不能轉動(dòng)，電流會(huì )增大，甚至燒壞電機。因此設計了過(guò)載保護電路，對電機過(guò)載后的恢復工作分別設計了兩個(gè)復位開(kāi)關(guān)。

3.2 初始參數設置

在設計機電控制系統三個(gè)設定速度時(shí)，需要對電機進(jìn)行在線(xiàn)調試。該伺服電機可以通過(guò)sigmawin+專(zhuān)業(yè)軟件對其進(jìn)行在線(xiàn)參數調節[8]。如圖4所示為sigmawin+操作界面。用數據線(xiàn)和電源線(xiàn)把電機與驅動(dòng)器相連接，再用USB數據線(xiàn)把電腦與驅動(dòng)器相連，然后啟動(dòng)sigmawin+軟件，就可以對伺服電機進(jìn)行在線(xiàn)調試。如圖5所示。

通過(guò)sigmawin+軟件可以實(shí)現對伺服電機的控制模式選擇(位置，速度， 轉矩控制)、機能使用、不使用設定、報警時(shí)的伺服運作、電機回轉方向的設定、I/O信號的開(kāi)斷、各種增益、位置決定單位、速度、及轉矩指令、信號、點(diǎn)動(dòng)速度、有關(guān)轉矩速度的參數、連續參數等參數的設置。在這里對控制模式、內部設定速度、報警時(shí)的伺服運作進(jìn)行了相應設定，其他參數采用默認值。如圖6、圖7所示。

4 總結

儲罐底板自動(dòng)化檢測裝置具有如下特點(diǎn)：

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

（2）本傳感器攜帶裝置可自適應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(shí)現檢測傳感器的連續運動(dòng)，檢測期間不需要人工干預傳感器的運動(dòng)；

（4）本傳感器攜帶裝置擴展性強，可去掉傳感器容器卡座和傳感器容腔，直接在傳感器固定 機構上安裝帶有特定外封裝的傳感器，如攜帶多個(gè)檢測傳感器的相控陣檢測技術(shù)。從而實(shí)現了一機多用的目的。 ◢

參考文獻

[1] 劉廣文,陳次昌.立式儲罐在線(xiàn)檢測技術(shù)與研究進(jìn)展[J].油氣儲運,2009,28(9):1-4.

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

[3] 劉鎮清.超聲無(wú)損檢測中的導波技術(shù)[J].無(wú)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.

[5] 劉貴民主編. 無(wú)損檢測技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2006.

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

[7] 康葉偉, 林明春, 王維斌, 等. 立式儲罐底板在線(xiàn)檢測技術(shù)國內外動(dòng)態(tài)[J]. 無(wú)損檢測, 2010 (9): 725-729.

[8] 章晶. 實(shí)現多軸數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)機械制造及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)碩士研究生，現主要從事長(cháng)輸管道設備與工藝管理。

2014年第4期（總第17期）