气柜升降活塞定位设备及系统的制作方法

本发明涉及机械结构领域，尤其涉及一种气柜升降活塞定位设备及系统。

背景技术：

气柜可以用于贮存各种工业气体，同时也用于平衡气体需用量的不均匀性，一般采用钢制容器设备，其内部设置有活塞。其可以按照用户的要求对连续或间断生产出来的如煤气等工业气体，进行收气、贮气、供气等操作。工业气体如煤气是一种易燃易爆的气体，气柜中煤气的泄漏会直接威胁到企业财产及工作人员生命安全。工业气体包括了如剧毒气体、易燃气体、助燃气体等，工业气体的泄露会危害人员生命或对环境造成重大污染，甚至存在爆炸危险。因此，气柜的安全问题极为重要。为保证气柜的安全，需要对气柜内存储气体的情况进行管理。当煤气等工业气体进入气柜或由气柜中排出时，气柜中的活塞会沿其设置的导轨上升或下降。气柜中活塞的高度与气柜中存储气体的储量成比例关系，活塞高度的变化反映了气柜中存储气体储量的变化。气柜的活塞变动频繁，活塞是否水平状态、活塞是否整体移动状态、活塞自身的扭转状态等都反应出活塞当前的位置及状态。一旦活塞出现异常，可能破坏气柜皮膜，使气柜密封油泄露，造成气体泄露，严重时需停产等生产事故。

现有技术一般采用柜容指示器获取气柜中活塞的位置，通过在气柜外设置机械辅助设备，但这种方式存在钢丝绳断裂、卡死、柜容指示器故障等问题，会造成无法获取气柜中活塞高度数据。或者使用无线柜位检测方式，通过超声波、雷达或激光测距获得活塞高度数据。但超声波受温度影响较大、量程受限；雷达本身有测量盲区、其反射面需要较大区域；激光在雾霾、大雾等天气时无法进行测量。

因此，需要一种可以对气柜升降活塞进行定位的设备，以克服以上各方式存在的问题，方便可以及时了解到活塞的当前位置及状态，以保障气柜正常安全的使用。

技术实现要素：

本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种气柜升降活塞定位设备及系统，用于解决现有技术中存在的需要设置机械辅助设备或测试受限等问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种气柜升降活塞定位设备，包括气柜本体，包括：前端控制器、信号发射装置、信号接收装置、数据处理装置；其中，

信号发射装置设置在气柜本体内部的顶部，用于向气柜本体下方发射信号；

信号接收装置设置在气柜本体内部的活塞上，用于接收信号发射装置发出的信号，并将接收到信号的信号接收时间发送给前端控制器；

前端控制器通过电缆与信号发射装置、信号接收装置、数据处理装置相连，用于控制信号发射装置发射信号和信号接收装置接收信号，并根据信号接收时间得到信号接收装置在气柜本体中的空间位置数据，将空间位置数据发送给数据处理装置；

数据处理装置用于接收空间位置数据，并根据空间位置数据计算得到活塞定位数据。

可选地，活塞定位数据包括气柜容积、活塞高度、活塞升降速度、活塞水平度参数、活塞漂移度参数和/或活塞扭转度参数。

可选地，前端控制器进一步用于：控制信号发射装置在同一时间发射信号。

可选地，前端控制器进一步用于：根据信号发射装置的信号发射时间、信号发射装置的位置信息、信号接收时间、信号接收装置的位置信息和相对定位算法计算得到信号接收装置在气柜本体中的空间位置数据。

可选地，前端控制器设置在气柜本体外部的顶部。

可选地，信号发射装置的数量大于或等于4。

可选地，信号接收装置的数量大于或等于4，且小于或等于16。

可选地，信号接收装置包括全向天线和/或信号接收处理模块。

可选地，数据处理装置包括显示模块；显示模块用于模拟显示活塞定位数据。

根据本发明的另一个方面，提供了一种气柜升降活塞定位系统，包括上述的气柜升降活塞定位设备，还包括plc控制系统；

plc控制系统与气柜升降活塞定位设备相连，用于接收气柜升降活塞定位设备输出的活塞定位数据；以及显示活塞定位数据，和/或根据活塞定位数据进行报警处理。

根据本发明提供的气柜升降活塞定位设备及系统，信号发射装置设置在气柜本体内部的顶部，向气柜本体下方发射信号。信号接收装置设置在气柜本体内部的活塞上，接收到信号发射装置发出的信号后，将接收到信号的信号接收时间发送给前端控制器。前端控制器根据信号接收时间得到信号接收装置在气柜本体中的空间位置数据。数据处理装置根据空间位置数据计算得到活塞定位数据。从而可以准确的对活塞进行定位，实时的掌握气柜中活塞的位置。进一步，还可以显示活塞定位数据或者根据活塞定位数据进行相关的报警处理等，以保障气柜在使用时的安全，避免发生事故等。整个设备设置简单，不需要增加额外的机械辅助设备，且不受外界环境、温度、测试范围等条件的影响，操作便捷，易推广实施。

附图说明

图1为本发明提供的气柜升降活塞定位设备实施例的结构示意图；

图2为信号发射装置和信号接收装置空间位置示意图。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。

图1为本发明提供的气柜升降活塞定位设备实施例的结构示意图。该实施例中，如图1所示，气柜升降活塞定位设备包括了气柜本体1，还包括了前端控制器2、信号发射装置3、信号接收装置4和数据处理装置5。

如图1所示，前端控制器2设置在气柜本体1外部的顶部。其中，前端控制器2通过电缆与信号发射装置3、信号接收装置4、数据处理装置5均相连。前端控制器2可以控制信号发射装置3发射信号和信号接收装置4接收信号。

信号发射装置3设置在气柜本体1内部的顶部，采用高频无线信号向气柜本体1的下方发射信号。信号接收装置4设置在气柜本体1内部的活塞6上的任意位置，信号接收装置4中包括了全向天线、信号接收处理模块等，可以接收由信号发射装置3发出的信号，并将接收到信号的信号接收时间发送给前端控制器2。前端控制器2可以根据信号接收时间得到信号接收装置4在气柜本体1中的空间位置数据。

具体的，前端控制器2可以控制多个信号发射装置3在同一时间发射信号，信号发射装置3可以为多个，优选信号发射装置3的数量大于或等于4，可以收集到多个信号接收装置4的信号接收时间，有助于使信号接收装置4的空间位置数据更加精准。如图1所示，每个信号发射装置3可以一次发出多个信号，多个信号被不同的信号接收装置4接收，不同的信号接收装置4接收到同一信号发射装置3发射信号的信号接收时间由于其设置位置的不同而存在不同。前端控制器2根据信号发射装置3的信号发射时间、信号发射装置3的位置信息、信号接收时间、信号接收装置4的位置信息等，根据同一信号的信号接收时间和信号发射时间的时间差，可以计算得到不同信号发射装置3和信号接收装置4之间的距离。如前端控制器2根据各信号发射装置3的信号发射时间、信号接收装置4的信号接收时间，利用l＝ct公式，可以计算得到各信号发射装置3与信号接收装置4之间的距离。由于各信号发射装置3的位置信息是已知的，根据信号发射装置3的位置信息和信号发射装置3与信号接收装置4之间的距离，利用相对定位算法可以计算得到信号接收装置4在气柜本体1中的空间位置数据。如图2所示，气柜本体1内部的顶部设置4个信号发射装置，分别为a、b、c和d，4个信号发射装置均向气柜内部设置的信号接收装置发射信号，前端控制器2根据各信号发射装置a、b、c和d的信号发射时间、信号接收装置的信号接收时间，利用l＝ct公式，可以计算得到各信号发射装置a、b、c和d与信号接收装置之间的距离分别为l1a、l1b、l1c和l1d。再根据空间ab两点的距离计算公式，计算信号发射装置a、b、c和d与信号接收装置之间的距离，分别为：

由于各信号发射装置a、b、c和d的位置对应的坐标均为已知数据、各信号发射装置a、b、c和d与信号接收装置之间的距离也已经计算得到，因此，通过对上述方程式进行解答，可以到信号接收装置位置的各个坐标x1、y1、z1的值，从而得到信号接收装置在气柜本体中的空间位置数据。

前端控制器2在计算得到多个信号接收装置4在气柜本体1中的空间位置数据后，通过电缆将空间位置数据传给数据处理装置5。数据处理装置5接收到多个信号接收装置4的空间位置数据后，可以根据空间位置数据计算得到活塞定位数据。活塞定位数据包括了如气柜容积、活塞高度、活塞升降速度、活塞水平度参数、活塞漂移度参数、活塞扭转度参数等。如数据处理装置5根据活塞上多个信号接收装置4的空间位置数据的坐标，计算得到活塞平面所处的空间的位置数据；数据处理装置5还可以通过对各个信号接收装置4在气柜高度方向的坐标数值的平均数得到气柜的柜位/高度等信息；数据处理装置5还可以通过各个信号接收装置4在气柜高度方向的坐标数值的变化率的均值得到活塞升降速度；数据处理装置5还可以通过两个信号接收装置4在气柜高度方向的坐标数值的差值得到活塞水平度参数、活塞扭转度参数等。气柜容积等于活塞截面积与活塞高度之积。

为了计算得到以上活塞定位数据，优选的，信号接收装置4的数量大于或等于4，且小于或等于16，以便得到较多的空间位置数据进行计算。

在图1中，前端控制器2设置在气柜本体1外部的顶部，在实际实施中，若数据处理装置5与气柜本体1的位置距离较近时，如满足预设近距离范围时，可以将前端控制器2与数据处理装置5设置在一起，具体实施位置根据实施情况进行设置，此处不做限定。

数据处理装置5还可以包括显示模块(图中未示出)。显示模块可以模拟显示数据处理装置5计算得到活塞定位数据，便于生产时用户可以清楚的了解到气柜中活塞的具体定位信息。

根据本发明提供的气柜升降活塞定位设备，信号发射装置设置在气柜本体内部的顶部，向气柜本体下方发射信号。信号接收装置设置在气柜本体内部的活塞上，接收到信号发射装置发出的信号后，将接收到信号的信号接收时间发送给前端控制器。前端控制器根据信号接收时间得到信号接收装置在气柜本体中的空间位置数据。数据处理装置根据空间位置数据计算得到活塞定位数据。从而可以准确的对活塞进行定位，实时的掌握气柜中活塞的位置。整个设备设置简单，不需要增加额外的机械辅助设备，且不受外界环境、温度、测试范围等条件的影响，操作便捷，易推广实施。

根据本发明的另一方面，还提供了一种气柜升降活塞定位系统。其中，气柜升降活塞定位系统包括了上述实施例中的气柜升降活塞定位设备，气柜升降活塞定位设备的说明见上述实施例的说明，在此不再赘述。除此之外，气柜升降活塞定位系统还包括了plc控制系统。

plc控制系统与气柜升降活塞定位设备相连，可以接收气柜升降活塞定位设备输出的活塞定位数据。plc控制系统可以显示活塞定位数据，还可以根据活塞定位数据进行报警处理，如预设气柜活塞高度，当到达预设气柜活塞高度时，进行报警处理等。plc控制系统可以与其他设备连接，输出活塞定位数据给其他设备使用，以便执行连锁控制。

根据本发明提供的气柜升降活塞定位系统，信号发射装置设置在气柜本体内部的顶部，向气柜本体下方发射信号。信号接收装置设置在气柜本体内部的活塞上，接收到信号发射装置发出的信号后，将接收到信号的信号接收时间发送给前端控制器。前端控制器根据信号接收时间得到信号接收装置在气柜本体中的空间位置数据。数据处理装置根据空间位置数据计算得到活塞定位数据。从而可以准确的对活塞进行定位，实时的掌握气柜中活塞的位置。进一步，还可以显示活塞定位数据或者根据活塞定位数据进行相关的报警处理等，以保障气柜在使用时的安全，避免发生事故等。整个设备设置简单，不需要增加额外的机械辅助设备，且不受外界环境、温度、测试范围等条件的影响，操作便捷，易推广实施。

本领域技术人员应该理解，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。