專利名稱：管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種適用于管道環(huán)焊縫檢測的管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)，涉及數字射線技術和管道系統(tǒng)技術領域。
背景技術：
在管道環(huán)焊縫數字射線檢測系統(tǒng)中，載有面陣探測器的掃查器在管道外沿環(huán)焊縫檢測，而射線源位于管內爬行器上。只有面陣探測器的數字采集與管內射線源發(fā)射同步，才能保證缺陷定位準確。但現在已經開發(fā)的管道數字射線成像設備，面陣探測器的數字采集與管內射線源發(fā)射同步控制是靠人工控制，缺陷定位準確性差，不利于在管道施工中推廣應用。為保障面陣探測器的數字采集與管內射線源發(fā)射控制的一致性，需要建立基于工控機的數字射線同步控制系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種掃查器伺服電機驅動和管內射線源發(fā)射能夠同步協(xié)調控制、完成對管道環(huán)焊縫進行實時準確成像和電子存儲的管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術方案是在新開發(fā)的工控機控制平臺上搭建的數字射線同步控制系統(tǒng)，由管外的伺服驅動掃查系統(tǒng)、管內的射線源控制系統(tǒng)和磁感應發(fā)射接收控制系統(tǒng)，共同組成管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)，其構成如圖1所示。它在常規(guī)的管內爬行控制器 PLC基礎上，又設置了伺服驅動器、直流伺服電機、編碼器和直流電源、磁感應發(fā)射機、磁感應接收機及放置在檢測車中的工控機組成。工控機由RS232與磁感應發(fā)射機連接，磁感應發(fā)射機通過發(fā)射電磁場信號，與磁感應接收機相連，給管內爬行控制器PLC發(fā)出曝光開始、曝光停止命令；工控機也與伺服驅動器通過RS232通訊線相連，連有編碼器的伺服驅動器與直流伺服電機連接，直流電源與伺服驅動器、直流伺服電機、編碼器連接，為其供電；管內爬行控制器PLC的一輸出接電源控制器的輸入，電源控制器的輸出接射線管，同時管內爬行控制器PLC有輸出接射線管。工控機通過磁感應發(fā)射/接收機，把射線管曝光開始和曝光停止命令發(fā)送到管內爬行控制器PLC，由管內爬行控制器PLC對射線管進行控制；工控機通過發(fā)送控制字給驅動器，控制直流伺服電機的前進、后退、行進速度及行走距離，同時通過驅動器實時檢測直流伺服電機的行進距離，用于對檢測的數字射線信號的位置進行精確標定。本管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)的電原理如圖2所示，工控機JPC-1504的 TxDURxDI通過RS232通訊線分別與伺服驅動器Copley ACJ-055的RxD、TxD相連，伺服驅動器Copley ACJ-055的輸出接直流伺服電機Maxon RE40，伺服驅動器Copley ACJ-055的輸入接編碼器HEDL55的輸出，直流電源S-100-12與伺服驅動器Copley ACJ-055、直流伺服電機Maxon RE40、編碼器HEDL55連接，為其供電；工控機JPC-1504的TxD2、RxD2通過 RS232通訊線分別與磁感應發(fā)射機PCD2000A-1的RxD、TxD相連，磁感應發(fā)射機PCD2000A-1的輸出pulse通過磁感應信號接磁感應接收機P⑶2000A-2，磁感應接收機P⑶2000A-2的輸出0UT、GND分別接管內爬行控制器PLC1747-L531高速脈沖計數模塊1746-HSCE2的輸入 Al (+)、Al (η)；管內爬行控制器PLC1746-N04V的一輸出接電源控制器kLON Pwer的輸入， 電源控制器kLON Pwer的輸出接射線管300CTH，同時管內爬行控制器PLC1746-N04V的另一輸出及管內爬行控制器PLC1746-IB8均接射線管300CTH。本系統(tǒng)中所用模塊均選市銷產品。射線管選用300CTH類產品，工控機可選研祥工控機JPC-1504類產品，管內爬行控制器PLC可選1747-L531類產品，其高速脈沖計數模塊可選1746-HSCE2類產品，模擬量輸出模塊可選1746-N04V類產品，開關量輸入模塊可選 1746-IB8類產品，開關量輸出模塊可選1746-0W4類產品，磁感應發(fā)射機可選P⑶2000A-1 類產品，磁感應接收機可選P⑶2000A-2類產品，電源控制器可選TOLON POWER類產品，伺服驅動器可選Copley ACJ-055類產品，直流伺服電機可選Maxon RE40類產品，編碼器可選 HEDL55類產品，直流電源可選S-100-12類產品。本管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)，是把可開合的爬行軌道從焊逢一側固定到管道上，裝有射線探測器的掃查器在伺服電機的驅動下沿焊縫掃查，管外有用于管內爬行器行進控制和成像定位的磁感應同步控制裝置，管內有安裝在爬行器上的磁感應接收機和恒電位X射線機，沿環(huán)焊縫掃查的伺服電機和管內射線源的曝光控制是在工控機控制下通過磁感應發(fā)射接收機協(xié)調工作。在啟動管內射線源發(fā)出射線的同時，按設定速度驅動管外掃查器的伺服電機，當掃查器沿焊縫掃查一周后，關閉數字射線采集程序，同時停止管內射線源的發(fā)射，從而完成一道焊縫的數字射線成像。協(xié)助射線探測器完成電子圖像的掃描和數據采集，得到與焊縫射線掃查相一致的圖像，用于焊接質量評判和電子檔案存儲。該種管道環(huán)焊縫數字射線成像方式與雙壁透管道數字射線成像技術相比，在相同的射線電壓下可以檢測更厚的管道焊縫，在一定的管道壁厚條件下可以降低射線電壓，避免高電壓對面陣探測器的損害。管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)解決了面陣掃查器和管內射線源的曝光同步控制的技術難題，為管道環(huán)焊縫檢測提供了一套全新方案?？梢姡景l(fā)明通過面陣掃查器和管內射線源曝光的同步控制，可實現對管道環(huán)焊縫進行實時檢測和電子存儲，可以方便地通過人機界面設置數字圖像采集方案和采集裝置的運行速度及精確定位，通過對采集的電子圖像進行后處理，可以得到比膠片成像更加詳盡的焊縫信息。它成像分辨率高，缺陷定位準確，管內爬行器能夠同步控制，可實現對管道環(huán)焊縫進行實時成像和電子存儲，且使用方便。


圖1管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)原理框2管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)電原理3伺服驅動器控制端子接線4管內射線源控制端子接線圖其中1-伺服驅動器 2-直流伺服電機3-編碼器4-直流電源
具體實施例方式實施例.以本例說明本發(fā)明的具體實施方式
，并對本發(fā)明作進一步的說明。本例是一工業(yè)試驗樣機，其構成如圖1所示，電路及接線如圖2-圖4所示。工控機由RS232與磁感應發(fā)射機連接，磁感應發(fā)射機通過發(fā)射電磁場信號，與磁感應接收機相連，給管內爬行控制器PLC發(fā)出曝光開始、曝光停止命令；管內爬行控制器 PLC通過控制電纜與射線管相連；工控機也與伺服驅動器通過RS232通訊線相連，連有編碼器的伺服驅動器與直流伺服電機連接，直流電源與伺服驅動器、直流伺服電機、編碼器連接，為其供電；管內爬行控制器PLC的一輸出接電源控制器的輸入，電源控制器的輸出接射線管，同時管內爬行控制器PLC有輸出接射線管。本例的電原理如圖2所示，工控機JPC-1504的TxDl、RxDl通過RS232通訊線分別與驅動器Copley ACJ-055的RxD JxD相連，驅動器Cop ley ACJ-055的輸出接直流伺服電機 Maxon ACJ-055的輸入接編碼器HEDL55的輸出，直流電源S-100-12與驅動器Copley ACJ-055、直流伺服電機Maxon RE40、編碼器HEDL55連接，為其供電；工控機 JPC-1504的TxD2、RxD2通過RS232通訊線分別與磁感應發(fā)射機PCD2000A-1的RxD、TxD相連，磁感應發(fā)射機P⑶2000A-1的輸出pulse通過磁感應信號接磁感應接收機P⑶2000A-2， 磁感應接收機PCD2000A-2的輸出0UT、GND分別接管內爬行控制器PLC1747-L531高速脈沖計數模塊1746-HSCE2的輸入Al (+)、Al (η)；管內爬行控制器PLC1746-N04V的一輸出接電源控制！kLON Pwer的輸入，電源控制器kLON Pwer的輸出接射線管300CTH，同時管內爬行控制器PLC1746-N04V的另一輸出及管內爬行控制器PLC1746-IB8均接射線管300CTH。所述伺服驅動器1與直流伺服電機2、數字編碼器3、24V直流電源4的連接如圖3 所示，伺服驅動器1的輸出端子J4-8、J4-1、J4-9、J4-2、J4-10、J4-3經屏蔽線分別接數字編碼器3的A、/A、B、/B、X、/X端，伺服驅動器1的輸出端子J4-6、J4-4分別接數字編碼器 3的GND、+5V端子，伺服驅動器1的輸出端子J2-4、J2_3、J2-2經屏蔽線分別接直流伺服電機2的U、V、W端，J2-1端與屏蔽線外的屏蔽網接地；驅動器1的輸入端子J3-3和J3-2、 J3-4分別接24V直流電源4的正極和負極；所述管內爬行控制器PLC與射線管、電源模塊的連接如圖4所示，管內爬行控制器 PLC模擬量輸出模塊1746-N04V的輸出端0UT0、C0M分別接電源模塊TOLONPOWER的輸入端 M51. 1、M51. 4，電源模塊TOLON POWER的輸出端M55、M56分別接射線管300CTH的控制端2、 3，模擬量輸出模塊1746-N04V的輸出端OUTl接射線管300CTH的控制端4 ；管內爬行控制器PLC開關量輸入模塊1746-IB8的輸入端INO、INl、DC COM分別接射線管300CTH的控制端 6、8、1。其中工控機選研祥工控機JPC-1504 ；管內爬行控制器PLC選1747-L531 ；其高速脈沖計數模塊選1746-HSCE2 ；模擬量輸出模塊選1746-N04V ；開關量輸入模塊選1746-IB8 ；開關量輸出模塊選1746-0W4 ；磁感應發(fā)射機選P⑶2000A-1 ；磁感應接收機選PCD2000A-2 ；電源控制器選TOLON POWER ；射線管選300CTH ；
伺服驅動器選Copley ACJ-055 ；直流伺服電機選Maxon RE40 ；編碼器選HEDL55 ；直流電源選S-100-12。工控機通過磁感應發(fā)射/接收機，把射線源開始曝光、停止曝光命令發(fā)送到管內爬行控制器PLC，由管內爬行控制器PLC對射線管進行控制；工控機通過發(fā)送控制字給驅動器，控制直流伺服電機的前進、后退、行進速度及行走距離，同時通過驅動器實時檢測直流伺服電機的行進距離，用于對檢測的數字射線信號的位置進行精確標定。工控機通過RS232端口 1與伺服電機驅動器進行通訊，工控機的RS232通訊接口與伺服驅動器的J5-14、J5-29連接，工控機通過發(fā)送控制字給伺服驅動器，控制直流伺服電機的前進、后退、行進速度及行走距離，同時通過伺服驅動器實時檢測直流伺服電機的行進距離，用于對檢測的超聲信號的位置進行精確標定。通過RS-232端口 2與磁感應發(fā)射機進行通訊，工控機的RS232通訊接口與磁感應發(fā)射機的RxD、TxD連接，工控機通過發(fā)送控制字給磁感應發(fā)射機，控制管內射線管的曝光。管道環(huán)焊縫數字射線檢測技術代表了管道環(huán)焊縫X射線檢測的發(fā)展方向，本例經施工現場工業(yè)應用試驗證明，管道環(huán)焊縫數字射線檢測應用于管道環(huán)焊縫無損檢測中，滿足相關檢測標準要求，焊縫數字射線檢測缺陷定位準確、分辨率高、施工安全可靠。
權利要求
1.一種用于管道環(huán)焊縫檢測的管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)，包括射線管、管外掃查器驅動系統(tǒng)和磁感應發(fā)射/接收控制系統(tǒng)，其特征是它還設置有伺服驅動器、直流伺服電機、編碼器和直流電源、磁感應發(fā)射機、磁感應接收機及放置在檢測車中的工控機組成；可開合的爬行軌道從焊逢一側固定到管道上，裝有射線探測器的掃查器在伺服電機的驅動下沿焊縫掃查，管外有用于管內爬行器行進控制和成像定位的磁感應同步控制裝置， 管內有安裝在爬行器上的磁感應接收機和恒電位X射線機；工控機由RS232與磁感應發(fā)射機連接，磁感應發(fā)射機通過發(fā)射電磁場信號，與磁感應接收機相連，給管內爬行控制器PLC 發(fā)出曝光開始、曝光停止命令；工控機也與伺服驅動器通過RS232通訊線相連，連有編碼器的伺服驅動器與直流伺服電機連接，直流電源與伺服驅動器、直流伺服電機、編碼器連接， 為其供電；管內爬行控制器PLC的一輸出接電源控制器的輸入，電源控制器的輸出接射線管，同時管內爬行控制器PLC有輸出接射線管；工控機通過磁感應發(fā)射/接收機，把射線管曝光開始和曝光停止命令發(fā)送到管內爬行控制器PLC，由管內爬行控制器PLC對射線管進行控制；工控機通過發(fā)送控制字給驅動器， 控制直流伺服電機的前進、后退、行進速度及行走距離，同時通過驅動器實時檢測直流伺服電機的行進距離，用于對檢測的數字射線信號的位置進行精確標定。
2.根據權利要求1所述的管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)，其特征是它的電原理為工控機JPC-1504的(TxDl、RxDl)通過RS232通訊線分別與驅動器Copley ACJ-055 的(RxD、TxD)相連，驅動器Copley ACJ-055的輸出接直流伺服電機Maxon RE40，驅動器Copley ACJ-055的輸入接編碼器HEDL55的輸出，直流電源S-100-12與驅動器Copley ACJ-055、直流伺服電機Maxon RE40、編碼器HEDL55連接；工控機JPC-1504的(TxD2、RxD2) 通過RS232通訊線分別與磁感應發(fā)射機P⑶2000A-1的(RxD、TxD)相連，磁感應發(fā)射機 P⑶2000A-1的輸出(pulse)通過磁感應信號接磁感應接收機Κ 2000Α_2，磁感應接收機 PCD2000A-2的輸出(OUT、GND)分別接PLC1747-L531高速脈沖計數模塊1746-HSCE2的輸入(Al (+)、Al (η))；管內爬行控制器PLC1746-N04V的一輸出接電源控制器kLON Pwer的輸入，電源控制器kLON Pwer的輸出接射線管300CTH，同時管內爬行控制器PLC1746-N04V 的另一輸出及管內爬行控制器PLC1746-IB8均接射線管300CTH。
3.根據權利要求1或2所述的管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)，其特征是所述管內爬行控制器PLC的電原理為管內爬行控制器PLC模擬量輸出模塊1746-N04V的輸出端 (OUTO.COM)分別接電源模塊TOLON POWER的輸入端(M51. 1、M51. 4)，電源模塊TOLON POWER 的輸出端(M55、M56)分別接射線管300CTH的控制端0、3)，模擬量輸出模塊1746-N04V 的輸出端(0UT1)接射線管300CTH的控制端(4)；管內爬行控制器PLC開關量輸入模塊 1746-IB8的輸入端(INO、INl、DC COM)分別接射線管300CTH的控制端(6、8、1)。
4.根據權利要求1或2所述的管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)，其特征是所述伺服驅動器(1)的電原理為伺服驅動器(1)的輸出端子(J4-8、J4-1、J4-9、J 4-2、J4-10、 J4-3)經屏蔽線分別接編碼器(3)的(A、/A、B、/B、X、/X)端，伺服驅動器(1)的輸出端子 (J4-6、J4-4)分別接編碼器(3)的(GND)、+5V端子；伺服驅動器(1)的輸出端子(J2-4、 J2-3、J2-2)經屏蔽線分別接直流伺服電機O)的(U、V、W)端，(J2-1)端與屏蔽線外的屏蔽網接地；伺服驅動器(1)的輸入端子(J3-3)和(J3-2、J3-4)分別接直流電源(4)的正極和負極。
5.根據權利要求1或2所述的管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)，其特征是所述管內射線管為300CTH類產品。
全文摘要
本發(fā)明是一種管道環(huán)焊縫數字射線同步控制系統(tǒng)。爬行軌道從焊逢一側固定到管道上，裝有射線探測器的掃查器在伺服電機的驅動下沿焊縫掃查，管外有磁感應同步控制裝置，管內有安裝在爬行器上的磁感應接收機和恒電位X射線機；工控機由RS232與磁感應發(fā)射機連接，磁感應發(fā)射機通過發(fā)射電磁場信號，與磁感應接收機相連，給管內射線源控制器PLC發(fā)出曝光開始、曝光停止命令；工控機也與伺服驅動器通過RS232通訊線相連，連有編碼器的伺服驅動器與直流伺服電機連接，直流電源與伺服驅動器、直流伺服電機、編碼器連接，為其供電；PLC的一輸出接電源控制器的輸入，電源控制器的輸出接射線管，同時PLC有輸出接射線管。
文檔編號G05B19/05GK102289215SQ20101020621
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權日2010年6月21日
發(fā)明者劉全利, 岳莎莎, 張國權, 李佳, 楊天冰, 白世武, 薛巖, 袁欣然, 趙輝 申請人:中國石油天然氣管道局, 中國石油天然氣集團公司