一种煤气柜活塞倾斜度在线检测系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种煤气柜活塞倾斜度在线检测系统，包括通过RS485总线连接的双轴倾角传感器和转换器；转换器通过DP电缆以Profibus-DP从站的方式接入现有控制系统；转换器包括依次连接的UART转RS485电平转换芯片、微处理器、DP从站协议处理芯片和DP总线物理接口芯片，微处理器用于根据双轴倾角传感器采集的数据计算煤气柜活塞倾斜方向角度。本发明系统采用自主研发的转换器，在转换器中对采集到的数据进行处理，再以Profibus-DP从站的方式接入现有控制系统，在硬件上统一接口，方便接入各种品牌的控制系统，用户几乎无需在控制系统中做任何编程工作，主要将本发明系统传来数据显示即可，提高兼容性。
【专利说明】一种煤气柜活塞倾斜度在线检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金行业中煤气柜活塞运行状态检测领域，具体为一种煤气柜活塞倾 斜度在线检测系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着钢铁行业的快速发展，冶金企业对冶炼过程中产生煤气的综合利用越来越重 视，因此大型煤气柜在冶金企业中得到越来越多的广泛应用。活塞作为煤气柜中极为重要 的一个部件，其运行是否正常对于煤气柜来说显得尤为重要。
[0003] 正常运行时，活塞随着煤气柜的充放气上下移动。由于活塞与整个柜体之间没有 任何刚性连接，仅仅是依靠顶部钢丝绳使其平衡，而活塞重达几千吨，其主要是靠柜内煤气 的压力将其支撑，因此活塞在运行过程中可能会产生一定程度的倾斜，当达到一定程度时， 就可能会发生活塞卡轨、柜内煤气过压或者泄露，对于橡胶膜密封的煤气柜还有可能撕裂 橡胶膜，造成重大损失。因此在煤气柜运行过程中，需要严格检测活塞的运行状态。
[0004] 对于活塞运行状态，传统的检测方式是通过差压变送器测量设置在活塞周围的油 罐或自带油沟内的油位变化来计算活塞的倾斜度。随着活塞的倾斜，周围的油罐内的液位 也会随之变化，测量倾斜之后这三个或四个点的液位即可计算活塞的倾斜度。虽然这种测 量方式精度可满足要求，但投资成本高、施工麻烦且后期维护工作量大。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种煤气柜活塞倾斜度在线检测系统及方法， 能够提高在线检测活塞运行过程中的倾斜度的精度，并以Profibus-DP从站的方式接入用 户现有控制系统，成本低、兼容性强。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种煤气柜活塞倾斜度在线检 测系统，其特征在于：它包括通过RS485总线连接的双轴倾角传感器和转换器；双轴倾角传 感器用于检测煤气柜活塞平面两垂直方向上的倾角，转换器通过DP电缆以Profibus-DP从 站的方式接入现有控制系统；
[0007] 所述的转换器包括依次连接的UART转RS485电平转换芯片、微处理器、DP从站协 议处理芯片和DP总线物理接口芯片，微处理器用于根据双轴倾角传感器采集的数据计算 煤气柜活塞倾斜角度及方向。
[0008] 按上述系统，所述的双轴倾角传感器设置在隔爆箱内，隔爆箱安装在活塞边部的 活塞大坝上，与调平后的活塞平面保持相对水平。
[0009] -种利用上述煤气柜活塞倾斜度在线检测系统实现的煤气柜活塞倾斜度在线检 测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
[0010] S1、定义X、Y轴为活塞平面内相互垂直的坐标轴，双轴倾角传感器的测量方向与 X、Y的方向互相平行，活塞原水平面为原平面P，活塞圆心为X、Y轴的交点0,活塞半径为 R，活塞沿着直线MN发生倾斜，倾斜后的平面为Y，在平面Y中，设B点为倾斜之后活塞平 面的最高点，它与平面P之间的垂直距离为H，且Z BOB1= 0，那么0为X轴正向与倾斜 最高点方向沿逆时针方向的夹角，即活塞的倾斜方向；OBp OB2分别为倾斜之后X、Y轴上的 半径，则其夹角ZBiOBsigcr，倾角传感器测得X轴方向上倾角为a'，Y轴方向上倾角为 h'；
[0011] S2、对采集到的原始数据采用如下算法进行滤波处理：
[0012] Yk = (l-jO^+j^ (1)，
[0013] 公式⑴中j为滤波系数，其取值范围在0?1之间，Xk为当前采样值，Ylrf为上 一次滤波结果，Yk为当前滤波结果；
[0014] 将测得的X轴方向上倾角a'和Y轴方向上倾角b'分别经过公式（1)进行滤波， 得到滤波后的X轴方向上倾角a和滤波后的Y轴方向上倾角b ;
[0015] S3、计算得到以下参数：
【权利要求】
1. 一种煤气柜活塞倾斜度在线检测系统，其特征在于：它包括通过RS485总线连接的 双轴倾角传感器和转换器；双轴倾角传感器用于检测煤气柜活塞平面两垂直方向上的倾 角，转换器通过DP电缆以Profibus-DP从站的方式接入现有控制系统； 所述的转换器包括依次连接的UART转RS485电平转换芯片、微处理器、DP从站协议处 理芯片和DP总线物理接口芯片，微处理器用于根据双轴倾角传感器采集的数据计算煤气 柜活塞倾斜角度及方向。
2. 根据权利要求1所述的煤气柜活塞倾斜度在线检测系统，其特征在于：所述的双轴 倾角传感器设置在隔爆箱内，隔爆箱安装在活塞边部的活塞大坝上，与调平后的活塞平面 保持相对水平。
3. -种利用权利要求1或2所述的煤气柜活塞倾斜度在线检测系统实现的煤气柜活塞 倾斜度在线检测方法，其特征在于：它包括以下步骤： 51、 定义X、Y轴为活塞平面内相互垂直的坐标轴，双轴倾角传感器的测量方向与X、Y的 方向互相平行，活塞原水平面为原平面P，活塞圆心为X、Y轴的交点0,活塞半径为R，活塞 沿着直线MN发生倾斜，倾斜后的平面为Y，在平面Y中，设B点为倾斜之后活塞平面的最 高点，它与平面P之间的垂直距离为H，且Z BOB1= 0，那么0为X轴正向与倾斜最高点 方向沿逆时针方向的夹角，即活塞的倾斜方向；OB1WB2分别为倾斜之后X、Y轴上的半径，则 其夹角Z B1OB2 = 90°，倾角传感器测得X轴方向上倾角为d，Y轴方向上倾角为If; 52、 对采集到的原始数据采用如下算法进行滤波处理： Yk = (l_j)*Xk+j*Yk_i (1)， 公式⑴中j为滤波系数，其取值范围在〇?1之间，Xk为当前采样值，Ylrt为上一次 滤波结果，Yk为当前滤波结果； 将测得的X轴方向上倾角d和Y轴方向上倾角f分别经过公式（1)进行滤波，得到滤波 后的X轴方向上倾角a和滤波后的Y轴方向上倾角b ; 53、 计算得到以下参数：
式中，为原平面P与倾斜之后的平面Y之间的夹角； 54、 根据X、Y轴将活塞平面分为四个象限， 1) 若a>0，b>0,则表示活塞最高点在第I象限，0°〈0〈9〇° ; 2) 若a〈0，b>0,则表示活塞最高点在第II象限，90°〈0〈18〇° ; 3) 若a〈0, b〈0,则表示活塞最高点在第III象限，180°〈 0〈270° ; 4) 若a>0，b〈0,则表示活塞最高点在第IV象限，270°〈0〈36〇° ; 5) 若3 = 〇，13>〇，则表示活塞沿￥轴正方向倾斜，0=9〇°; 6) 若a = 0，b〈0,则表示活塞沿Y轴负方向倾斜，0 = 270° ; 7) 若b = 0，a>0,则表示活塞沿X轴正方向倾斜，0 =0° ; 8) 若b = 0，a〈0,则表示活塞沿X轴负方向倾斜，0 =180° ; 9) 若a = 0, b = 0,则表示活塞处于水平位置，无倾斜。
【文档编号】G01C9/00GK104344811SQ201410657349
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】万磊, 叶理德, 欧燕, 刘亮 申请人:中冶南方工程技术有限公司