基于激光测距的LNG储罐穹顶顶升测量系统
基于激光测距的LNG储罐穹顶顶升测量系统
作者:张庆高;孙建刚;崔利富;范伟;刘伟兵
随着科学技术的发展和人们生活水平的提高, 人们对天然气的需求量也逐渐增大,尤其是当今汽车产业的发展,从原先的柴油、 汽油到现在的天然气。 国内天然气的储揽不能满足人们生活水平的需要以及社会发展的需求, 因此要购买国外天然气并储存到大型 L N G 储罐中。 大型L N G 储罐的储量从4 万方~ 20 万方,大容量的存储必须保证安全,在大型L NG储罐建设过程中其中最重要的一 步就是储罐穹顶顶升的施工。储罐穹顶的顶升一 般采用气顶升的方法, 即采用大型鼓风机( 般采用4 台)往罐内充气使得穹顶缓慢上升宜至罐顶叱在这一 过程中,控制鼓风机的风速决定了罐顶是否平稳上升,因此需要实时测量穹顶上升的位移和速度, 一 般所采用的方法是将穹顶平均分为八份,每份设置一 个测量点,安排2个人用卷尺负责测撮, 并将所测数据实时报告给指挥台的记录人员,记录人员将数据输入到电脑中计算得到所需数据,以此保证穹顶的平稳上升。针对储罐穹顶顶升的测量问题, 本文提出一 种基千激光测距仪系统。 该系统将激光测距技术与上位机软件完美结合,为大型L N G 储罐穹顶顶升的测量提供了便利,同时也为施工方提供了精确地数据保障。
1系统设计
在大型LNG储罐穹顶上方的每个测量点设置一 个激光测距仪来测蜇储罐穹顶到测距仪的距离,数据通过 433M 无线发送模块传输到433M 无线线接收模块, 无线接收模块经过串口服务器将数据传输到电脑端的软件中 ,软件将数据处理后得到储罐穹顶的上升位移、上升速度、相对偏差等数据,最后将数据实时显示在软件界面上。
2硬件设计
硬件设计方面主要应用了激光浏距仪、433M 无线收发模块以及串口服务器。 激光测距具有精度高、体积小、重量轻、分辨率高、抗干扰能力强的优点121。 为了实现激光测距仪与上位机软件的通信,我们对激光测距仪进行了改装, 即将激光测距仪采用 R S232 的方式与433M无线模块的发送端相连接,即激光测距仪的RXD 脚与无线发送模块的TXD连接 , 同时测距仪的TXD 脚与无线发送模块的RXD脚连接 ,连接地线13l,这便完成了激光测距仪与无线发送模块的数据通讯,保证了数据传输的安全性和稳定性。
为了实现储雒穹顶顶升八个位置点的测爵, 系统采用了八口串口服务器, 串口服务器的应用真正实现了穹顶 8 个测量点数据同时传输到PC软件中。 串口服务器的输入端是采用R S232 方式连接的433M 无线模块接收端,输出端采用以太网进行数据透明传输至上位机软件。
3软件设计
上位机软件在N E T 平台下用C#语言进行开发。 主要应用T血er 控件和Seri a!P o1i 控件来实现整个系统的实时性与稳定性,软件设计流程如图3 所示。
3.1 串口设置
上位机软件首先必须对串口参数进行设置才能根据串口协议获取串口的数据,即对串口名称(多串口操作)、波特率(默认为 9600) 、数据位(默认为8 位)、停止位(默认为 1 位)的初始化141, Sei-ialPort 控件实现串口初始化的主要代码(以其中一个串口为例)如下。
3.2 读取数据
3.2.1 开、关机指令
根据激光测距仪内部协议, 控制指令主要是激光测距仪的开机命令和关机命令,通过串口通信助手测试,测距仪的开机和关机命令均为 4 位 16 进制值。开机命令为:8001C3BC,?? 关机命令为:800182FD 。 上位机软件只要往串口发送相应的命令,激光测距仪接收到指令后立即执行。
3.2.2 数据获取
激光测距仪读取开机指令后立即将所测数据发送到串口 ,发送间隔为 0.1S 。 通过“串口通信助手”获得激光测距仪发到电脑串口的数据是 A SC I I 码的形式,在协议中规定的数据格式是由机器号、距离数据组成如下图 4 所示,根据A C S II 码表中的字符转化,下图中激光测距仪机器号为" 0001" , 距离数据为" 008.704" 。 由千在硬件中应用了8 路串口服务器,因此串口名称就可以决定对应的激光测距仪, 测距仪的机器号就可有可无,为了提高数据获取及计算的高效稳定性能,在上位机软件中忽略测距仪的机器号, 即将激光测距仪返回到串口的数据进行拆分(5),只获取有用的激光测距仪的数据,即8.704 。读取串口数据和拆分字符串的代码如下。
要获取的距离数据位从第4 位开始到倒数第二位结束, 所以从数组索引为3 的位置开始截取到字符串总长度减 1 的索引结束, 最后得到str l 即要得到的实际所测距离,008.704 。
3.3 数据处理
当上位机软件获取激光测距仪的数据 stt l??(激光测距仪的光束发射点到穹顶的距离即图中或)后,须计算才能得到施工指挥长要实时观察的穹顶上升的位移、速度、以及各个点的偏差等数据。 原理剖析图如下图5所示, 储罐穹顶顶升之前在罐底,假设 1号测量点初始位移位,经过时间后上升到,那么穹顶的上升位移,速度(穹顶上升的瞬时速度),1 号测量点相对千2号测量点的偏差。
3.4数据存储、显示
为了使系统能够稳定运行,减少系统占用的内存,以及软件能够在多种 wi ndow s 系统下运行正常,软件将所有的数据保存到文本文档中[61。 每个数据之间由" T ab" 键隔开,方便数据的二次处理,实现代码如下。
数据的显示放弃了以往的 D ataG江dV iew 控件和L i stV i ew控件的表格显示,而是用textB ox 控件来代替,这种方法不但满足8串口数据的同时显示, 也保证了在某一 串口出现问题时,其他数据正常显示,实现代码如下。
3.5 报警设计
3.5.1 速度上限报警
在施工现场 ,开始顶升的速度大约为2mn沁,随着储罐穹顶的平稳上升, 指挥长会指挥调节鼓风机的档位增大风速使速度逐渐增大,但是最大速度不能超过6mn出,如果速度过快会失去控制,导致水平方向偏移或周向转动甚至发生倾斜见因此在软件的实现过程中,当速度超过 6mm/s 或速度低千21nn沁 时进行报警, 将八个测量点的速度值存放到一 个数组中,通过比较数组中的速度值得到最大速度值和最小速度值,并且获得相应的索引值。
3.5.2 各个点偏差报警
在施工过程中,按照施工方的要求,八个测揽点上升位移差值要小千 1501nm。软件实现过程中,获取各个测量点上升位移之后,求出各个测噩点上升位移最大值和最小值,并求出差值。 实现代码如下。lblchazhi.Text??=??((max??- min)??1000).T0String0;??
4工程实例
整个系统直接应用千中国寰球工程公司江苏 L N G 项目的 L N G 储罐的穹顶顶升,该储罐容积为2 0 万方系全国单体容量最大的 L N G 储罐,在施工过程中完成了穹顶顶升相关数据的实时测量无报警提示,为施工指挥长提供了准确、实时数据信息,保证了储罐穹顶的顺利顶升,测量的结果分析如下(时间-位移曲线,以1 号和 2 号测量点为例)。
在测量过程中 ,储罐穹顶保持匀速上升,且平均上升速度小千 6mml s .
5 结语
经过该系统的实际应用表明 ,所设计的系统软件,用户界面和谐 ,操作简单,在大型LNG 储罐穹顶顶升的背景下结合激光测距技术 、 无线透传技术以及串口通信技术进行开发 ,真正实现了穹顶顶升位移的无线、实时、精确测量 ,为大型LNG 储罐穹顶顶升监测提供了先进的技术支撑。
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