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、石化產品和原料的重要設備。隨著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。儲罐一旦發生問題，將會造成嚴重的經濟損失和環境污染，甚至釀成嚴重的生產事故，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。常規檢測技術效率低、成本高，需要進行離線、開罐檢測，且檢測前儲油罐都必須清空、清潔。不但費時費力，而且成本很高。超聲導波檢測技術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行清空和清潔。該技術可以對底板進行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，非連續自動行進方式。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波檢測的效率。為了應對這一問題，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擔，隨著儲罐的大型化，檢測人員的勞動強度將大幅增加；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，不利于技術的應用推廣。

因此，本文設計了一種儲罐檢測自動化裝置，它主要由運動執行機構和機電控制系統兩部分組成。該裝置能實現連續檢測、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 運動執行機構設計

儲罐底板自動化檢測裝置的運動執行機構主要是實現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，隨著電機的驅動使整個裝置沿著儲罐邊緣板行進。從而實現儲罐底板超聲導波連續在線檢測的過程。

如圖1所示，儲罐底板自動化檢測裝置的運動執行機構主要由四部分組成：支撐機構、驅動結構、吸附機構、傳感器夾持機構。支撐機構是使驅動機構、吸附機構、傳感器夾持機構安裝在一起，并使整個機構立在儲罐外邊緣板上；驅動結構主要由2個伺服電機、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、傳動軸、滾動軸承機構、傳動齒輪等零件組成,為整個裝置提供行走動力；吸附機構主要由滾動軸承、固定套、磁輪擋圈、齒輪和8個永磁環等零件組成，它是通過永磁輪使該裝置緊緊吸附在儲罐外邊緣上；傳感器夾持機構是固定傳感器，并使傳感器能在0°~10°范圍內自動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，調整傳感器信號發射方向。根據以上設計要求，加工制作出了儲罐底板自動化檢測裝置運動機構，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機電控制箱實現對運動執行機構中安裝的兩個私服電機進行供電、速度控制和過載保護。機電控制箱面板上設置有控制電機正反轉按鈕、電源開關按鈕、兩個固定速度按鈕、兩個電機報警復位開關按鈕、電機無級調速器、電機轉速顯示器和相關指示燈等器件，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固定電機轉速，通過調節速度1、速度2按鈕實現。當單獨按下速度1、速度2按鈕時為兩個設定速度，當同時按下兩個按鈕時為第三個設定速度。經過計算，把三個電機轉速分別設定為100轉/分、200轉/分、300轉/分，從而實現檢測機構的行走速度在0.5mm/s-4mm/s之間。該方法的優點是速度恒定、操作簡單；缺點是速度單一。另一種速度調節方式是通過速度電位器來改變電機電壓，從而實現電機從低到高的無級調速。這種方式的優點是可以在很大范圍內實現對電機速度調節，適應更多的工況；缺點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關。

系統中的兩個伺服電機采用兩個驅動器單獨控制，對驅動器設置了同步性，從而使兩伺服電機轉速相同。兩電機擁有獨立電源線和控制線，控制箱上的I軸、II軸連接線分別與運動機構中的I、II號伺服電機相連接。可以通過控制面板上的正反轉切換開關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，使電機卡住而不能轉動，電流會增大，甚至燒壞電機。因此設計了過載保護電路，對電機過載后的恢復工作分別設計了兩個復位開關。

3.2 初始參數設置

在設計機電控制系統三個設定速度時，需要對電機進行在線調試。該伺服電機可以通過sigmawin+專業軟件對其進行在線參數調節[8]。如圖4所示為sigmawin+操作界面。用數據線和電源線把電機與驅動器相連接，再用USB數據線把電腦與驅動器相連，然后啟動sigmawin+軟件，就可以對伺服電機進行在線調試。如圖5所示。

通過sigmawin+軟件可以實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、報警時的伺服運作、電機回轉方向的設定、I/O信號的開斷、各種增益、位置決定單位、速度、及轉矩指令、信號、點動速度、有關轉矩速度的參數、連續參數等參數的設置。在這里對控制模式、內部設定速度、報警時的伺服運作進行了相應設定，其他參數采用默認值。如圖6、圖7所示。

4 總結

儲罐底板自動化檢測裝置具有如下特點：

（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檢測，同時也可以攜帶超聲測厚傳感器實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，可實現檢測傳感器的連續運動，檢測期間不需要人工干預傳感器的運動；

（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，如攜帶多個檢測傳感器的相控陣檢測技術。從而實現了一機多用的目的。 ◢

參考文獻

[1] 劉廣文,陳次昌.立式儲罐在線檢測技術與研究進展[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[M].北京: 石油工業出版社, 2010.

[3] 劉鎮清.超聲無損檢測中的導波技術[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.

[5] 劉貴民主編. 無損檢測技術[M]. 北京: 國防工業出版社, 2006.

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

[7] 康葉偉, 林明春, 王維斌, 等. 立式儲罐底板在線檢測技術國內外動態[J]. 無損檢測, 2010 (9): 725-729.

[8] 章晶. 實現多軸數控高性能加工的控制方法研究[D]. 廣東工業大學, 2013.

（作者：王明波，助理工程師， 2013年畢業于西南石油大學機械制造及自動化專業碩士研究生，現主要從事長輸管道設備與工藝管理。

2014年第4期（總第17期）