【摘要】：隨著我國(guó)成品油消費(fèi)量的持續(xù)增長(zhǎng),成品油儲(chǔ)備得到了大力發(fā)展,儲(chǔ)油罐是成品油儲(chǔ)備的主要方式,儲(chǔ)油罐需要定期清洗。伴隨著機(jī)器人在儲(chǔ)油罐清洗上的大力應(yīng)用,清洗工作的安全性受到越來(lái)越多的關(guān)注。油罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并且長(zhǎng)時(shí)間存在著爆炸性氣體,油罐內(nèi)部環(huán)境被劃分為0區(qū),本質(zhì)安全型是應(yīng)用于0區(qū)環(huán)境的主要防爆電氣設(shè)備型式。機(jī)器人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是機(jī)器人清洗設(shè)備中的一個(gè)關(guān)鍵的裝置,本質(zhì)安全防爆設(shè)計(jì)是重要的技術(shù)問(wèn)題。本文以清洗機(jī)器人防爆數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為研究對(duì)象,具體研究?jī)?nèi)容如下:1.設(shè)計(jì)清洗機(jī)器人防爆數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體方案。通過(guò)總結(jié)防爆電氣設(shè)備型式優(yōu)缺點(diǎn),確定防爆電氣設(shè)備的選型規(guī)則以及本質(zhì)安全電路的評(píng)定,搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái),對(duì)機(jī)器人防爆數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成做詳細(xì)的介紹,完成系統(tǒng)核心部分的硬件選型工作和確定軟件編程邏輯。2.研究數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)方法。在完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟、硬件選型的基礎(chǔ)研究后,對(duì)于電路設(shè)計(jì)過(guò)程中的電火花放電做簡(jiǎn)單的研究,通過(guò)對(duì)電阻電路、電感電路和電容電路的火花放電情況研究得出電路設(shè)計(jì)的基本規(guī)則,進(jìn)一步完善整個(gè)硬件系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì);根據(jù)本質(zhì)安全系統(tǒng)的評(píng)定規(guī)則采用Multisim軟件對(duì)設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行仿真分析,設(shè)計(jì)的電路在理論上符合本質(zhì)安全“ia”級(jí)別的防爆要求。3.提出一種適用于儲(chǔ)油罐環(huán)境的機(jī)器人定位方法。通過(guò)傳感器來(lái)完成對(duì)機(jī)器人與兩個(gè)人孔的測(cè)距,采用一種適合儲(chǔ)油罐清洗機(jī)器人的幾何定位算法,對(duì)傳感器信息進(jìn)行濾波處理,消除由于測(cè)量噪聲帶來(lái)的誤差,得出機(jī)器人在油罐中的兩個(gè)對(duì)稱位置;利用攝像頭對(duì)機(jī)器人所在區(qū)域進(jìn)行信息采集,完成機(jī)器人宏觀定位,完成機(jī)器人的最終精確定位。并通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證其可行性,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在油罐中高精度的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。4.試驗(yàn)研究。通過(guò)仿真分析對(duì)防爆性能參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證,現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行機(jī)器人位置檢測(cè)、機(jī)器人定位誤差分析的驗(yàn)證試驗(yàn),證明系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和合理性。
【學(xué)位授予單位】：北京石油化工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242;TP274;TE972
【圖文】：

爆電氣基礎(chǔ)理論防爆原理研究防爆設(shè)計(jì)，首先需要明確了解爆炸產(chǎn)生的條件，經(jīng)過(guò)前人的大量研爆炸的必須同時(shí)具備三種條件：可燃物、空氣（氧氣濃度）以及點(diǎn)火計(jì)防爆電氣的過(guò)程中，需要針對(duì)性的對(duì)爆炸三要素的條件進(jìn)行合理防爆的要求。比如，可以對(duì)可燃物濃度過(guò)高的區(qū)域做好通風(fēng)工作，度；在爆炸性氣體環(huán)境中充入惰性氣體（如氮?dú)猓﹣?lái)控制氧氣濃度的控制，可以根據(jù)不同的點(diǎn)火源方式進(jìn)行針對(duì)性的控制，避免產(chǎn)生油氣環(huán)境中爆炸強(qiáng)度與油氣濃度和氧氣濃度關(guān)系的研究，是設(shè)計(jì)防必不可少的，有學(xué)者通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出了有關(guān)燃爆氣體線[6]，爆炸曲線如圖 1-1 所示。

有關(guān)火花試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)以及如何使用該設(shè)備進(jìn)行安全性能驗(yàn)證試驗(yàn)的知識(shí)，對(duì)之后防爆技術(shù)的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)[19]；經(jīng)過(guò)具體的試驗(yàn)分析，得出了電路中電氣元件參數(shù)變化是影響電路最小點(diǎn)燃電流的主要原因，除此之外應(yīng)用環(huán)境、防爆級(jí)別要求也是確定其最小點(diǎn)燃電流的重要原因[20,21]；也有學(xué)者首次對(duì)電弧放電的進(jìn)行了研究，總結(jié)其規(guī)律，通過(guò)了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證；對(duì)于本安理論的研究，經(jīng)過(guò)將近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，取得了卓越的效果[22]；在儲(chǔ)能元件的本安設(shè)計(jì)方面，通過(guò)大量的試驗(yàn)分析，得出了有關(guān)電感、電容電路的本安電路設(shè)計(jì)方法和儲(chǔ)能元件的輸出特性[23-25]；在電氣設(shè)備本安性能的評(píng)測(cè)方面，通過(guò)研究了不同頻率的參數(shù)下，本安性能的具體變化規(guī)律，并詳細(xì)敘述了有關(guān)防爆電路設(shè)計(jì)中安全柵的使用方法[26-28]。除去對(duì)于本安技術(shù)研究較早的德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家外，匈牙利和日本的學(xué)者在前人對(duì)火花試驗(yàn)裝置研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納認(rèn)真分析其優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)裝置進(jìn)行了優(yōu)化，并且應(yīng)用得到了精度更高的最小點(diǎn)燃曲線[29,30]。國(guó)外一些知名的防爆電氣公司比如意大利 FEAM 公司、美國(guó) COOPER 公司都有相關(guān)的防爆電器產(chǎn)品，如圖 1-2 所示。

圖1-3火花試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.1-3 Structural chart of Spark Testing Device2 本質(zhì)安全電路國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀于我國(guó)在 20 世紀(jì)初期同世界發(fā)達(dá)國(guó)家之間還存在著一定的差距，領(lǐng)域的接觸相比德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家較少，真正意義上的開(kāi)始研究本安 1950 年左右，但是只是對(duì)電機(jī)等一些簡(jiǎn)單的電氣設(shè)備進(jìn)行防爆設(shè)的技術(shù)還不成熟，所以針對(duì)實(shí)際工程的應(yīng)用并不普及。之后的 30國(guó)石化行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于本安電氣的需求也日益增加，促使我快速發(fā)展。到 20 世紀(jì)末，我國(guó)在本安領(lǐng)域已經(jīng)取得了可觀的成果理論、火花試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和電路火花放電能量等部分都完成了進(jìn)現(xiàn)在市面上一些常見(jiàn)的防爆設(shè)備主要有控制柜、攝像頭等，如圖 示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2800004