燃气管道CIPP切割机器人测控系统设计与研究

发布时间：2020-07-19 19:51

【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
【图文】：

管道检测机器人,汉阳,大学

P 修复技术在上个世纪 90 年代开始发展的，际工程，如 2011 年北京市燃气集团公司完成燃气管道的修复，为 CIPP 技术应用于管道修司创立了适用于我国国情的 CIPP 管道修复eiss 非开挖修复工艺。到现阶段为止，我国的不成体系，同时不具有统一的标准，多种工艺气管道上应用 CIPP 技术，目前在我国尚处人测控系统研究现状人是管道机器人的一种，通过管道机器人，、切割等工作，鉴于国外对管内切割机器人乏，故借鉴管道检测机器人测控系统进行分汉阳大学研制出一种管道检测机器人，如图。该管道机器人测控系统基于模块化设计思

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北京石油化工学院专业学位硕士学位论文位机采用 x86 架构 PC 机，下位机分别采用 Atmeg28 采集里程和角度数据，机器人采用有线拖缆式作USB 转 RS232 通信。测控系统通过 PC 机界面或游动，同时通过串口采集数据并显示在 PC 机界面来西亚大学机电工程学院研制出一款管道检测机s 的一款管道机器人，如图 1-5 所示。其测控系统基于模块化设计思想，分为主机层和从机层，主从，采用有线拖缆式作为供电方式，数据采集和控测控系统通过上位机按键发送指令控制机器人，时主机层采用 B/S 架构，采集的数据可以在 PC 以实现远程监控[32]。

管道检测机器人,立命馆大学,日本,测控系统

研究出的一款管道检测机器人如图1-7 所示，其测控系统如图 1-8 所示，同样使用模块化设计思想，将测控系统分为上位机控制模块和下位机执行模块。上位机采用 x86 架构的 PC 机，下位机采用 8位MCU。机器人采用有线拖缆式作为供电方式，通信方式采用UBS转RS232通信。测控系统通过游戏手柄发送指令控制机器人，并使用串口通信采集数据同

【参考文献】