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《北京石油化工学院》 2018年
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燃气管道CIPP切割机器人测控系统设计与研究

钟君  
【摘要】:燃气管道自铺设以后,由于各种因素(如老化,腐蚀等)导致燃气泄漏,引发巨大安全事故。为此,对服役中的燃气管道进行检修显得尤为重要。在众多燃气管道修复技术中,翻转内衬法(CIPP)修复技术相对其它管道修复技术具有更好的流动性、更小的破坏性和更短的施工时间等优点。本文针对CIPP修复技术中一项核心设备——管内切割机器人测控系统开展深入研究,开发出以工控机为上位机、STM32F103ZET为下位机、基于RS485通信的CIPP管内切割机器人测控系统。本文主要内容如下:(1)CIPP管内切割机器人测控系统总体方案设计。根据切割机器人的实际工作情况及测控系统的功能需求,在分析现有的测控系统基础之上,制定管内切割机器人测控系统总体方案,该方案采用模块化设计,模块之间通信采用RS485集线器统一管理,可极大提高测控系统稳定性。上位机采用工控机,下位机采用STM32,均支持C/C++编程,功能可扩展性强。(2)CIPP管内切割机器人测控系统硬件设计。硬件设计部分综合考虑抗干扰、通信稳定、布线便捷等方面因素,完成切割机器人控制柜电路、基于STM32F103ZET核心控制板外围电路及RS485通信具体方案设计。通信采用双路RS485,将控制信号与数据采集信号分离,可大幅提高测控系统通信效率。采用独立供电方式且电源之间采用电源滤波器进行隔离,可极大提高管内切割机器人测控系统鲁棒性。(3)CIPP管内切割机器人测控系统软件设计。测控系统软件包含上位机软件和下位机软件。上位机综合考虑系统稳定性、操作便捷、快速响应等方面因素,基于Ubuntu17.04系统,Qt5.10工具包,实现整个切割机器人的控制流程。下位机综合考虑实时性、资源有效利用、抗干扰等方面因素,基于μC/OS III实时操作系统,实现周边传感器的信号采集与控制,并引入Taylor级数和最小二乘法对STM32控制步进电机加减速进行优化,可以将运算效率提高4.8倍。(4)CIPP管内切割机器人调试与实验研究。完成整个系统的安装,在管道中进行联机调试,引入Modbus通信错误响应机制,可将单位时间通信准确率提升至100%。同时引入Hough变换技术,辅助管内切割机器人对管口进行智能定位,可减少人工定位管口时间,提高管内切割机器人工作效率。对管内切割机器人进行定位、切割实验,通过数据采集,结果表明本系统满足设计要求。
【学位授予单位】:北京石油化工学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG48;TU996.7

【参考文献】
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