一种管道消磁加热一体化控制系统及方法与流程

1.本发明涉及管道施工技术领域，尤其涉及一种管道消磁加热一体化控制系统及方法。


背景技术：

2.现有技术中，动火及抢险作业时管道消磁和管口加热存在如下问题:
3.焊接作业时消磁及管口加热需同步开展，且消磁线圈与加热线圈均需分布于距管口10cm以内才能起到消磁和加热的作用，但现有管道消磁机和中频加热都需要缠绕电缆线，导致管道消磁机的电缆线离管口近(10cm),而中频加热电缆线离管口远，从而使管口消磁和加热不能同时满足现场换管作业要求。
4.消磁及管口加热均为独立设备，且采用线圈独立缠绕，现场一般需配置2套中频加热设备和2台管道消磁设备，设备体积大，搬运不方便。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种管道消磁加热一体化控制系统及方法。
6.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种管道消磁加热一体化控制系统，包括：线圈l、磁场检测模块m6、温度检测模块m7、嵌入式系统控制器m1、交流消磁模块、直流消磁模块和中频加热模块；所述线圈l缠绕在管道上，其一端作为固定端d与所述交流消磁模块、直流消磁模块和中频加热模块的第一公共接线端a连接，另一端作为活动端e与所述交流消磁模块的交流接线端b连接，或者与所述直流消磁模块和所述中频加热模块的第二公共接线端c连接；所述磁场检测模块m6的磁场传感器霍尔探头放置在管道焊接端面处，且与所述嵌入式系统控制器m1电性连接，所述嵌入式系统控制器m1分别与所述交流消磁模块、直流消磁模块和中频加热模块电性连接；所述温度检测模块m7的温度传感器探头放置在管道外面与所述线圈l对应的位置处，且与所述中频加热模块电性连接。
7.本发明的有益效果是：利用一根电缆线可实现对管道消磁的同时，又能对管道进行加热，能够进一步提升动火作业效率，同时可以减少作业现场设备的使用，使用一套设备即可同时满足管道加热和消磁的需求。
8.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
9.进一步，所述线圈l的活动端e与所述交流消磁模块的交流接线端b连接时，所述嵌入式系统控制器m1控制所述交流消磁模块进行交流消磁；所述线圈l的活动端e与所述直流消磁模块和所述中频加热模块的第二公共接线端c连接时，所述嵌入式系统控制器m1控制所述直流消磁模块进行直流消磁和/或中频加热模块进行中频加热。
10.采用上述进一步方案的有益效果是，交流消磁模式下(即l的活动端e与交流消磁模块的交流接线端b连接)，先采用交流消磁将管道中的强磁降低到预设值(例如100高斯一个比较低的水平)，再切换到消磁加热模式(即线圈l的活动端e与直流消磁模块和中频加热
模块的第二公共接线端c连接)，用直流消磁来抵消已经下降了很多的管道余磁，然后开启加热功能就能对管道消磁和加热同时进行。加热和消磁可以同时进行，也可以分别单独使用。
11.进一步，所述交流消磁模块包括固态继电器q5、升压变压器t1、整流桥bg1、第二电阻r2、第五电容c5、电压计、可控硅scr1和第七二极管d7；所述升压变压器t1的低压绕组通过所述固态继电器q5连接到交流电源；所述升压变压器t1的高压绕组连接整流器bg1的输入端，所述整流器bg1的第一输出端通过所述第二电阻r2分别与所述第五电容c5的一端和所述交流消磁模块的交流接线端b连接，所述整流器bg1的第二输出端分别与所述第五电容c5的另一端、所述可控硅scr1的一端和所述第七二极管d7的正极连接；所述可控硅scr1的另一端和所述第七二极管d7的负极与第一公共接线端a连接；所述嵌入式系统控制器m1与所述固态继电器q5的控制端、所述第五电容c5的另一端和所述可控硅scr1的控制端连接；所述电压计的输入端与所述第五电容c5两端连接，输出端与所述嵌入式系统控制器m1连接，用于采集所述第五电容c5两端的电压。
12.进一步，所述线圈l的活动端e与所述交流消磁模块的交流接线端b连接，所述嵌入式系统控制器m1用于当第五电容c5上的电压达到预设值时，控制所述可控硅scr1导通，所述第五电容c5上的高压通过所述线圈l、可控硅scr1和二极管d7组成的放电回路进行lc衰减振荡，产生交流消磁磁场，降低管道中的磁场强度。
13.采用上述进一步方案的有益效果是，线圈l的活动端e与交流消磁模块的交流接线端b连接，先对第五电容c5进行充电，当第五电容c5上的电压达到预设值时，控制可控硅scr1导通，通过线圈l、可控硅scr1和二极管d7组成的放电回路进行lc衰减振荡，产生交流消磁磁场，对管道中的强磁场进行交流消磁。
14.进一步，所述直流消磁模块包括ac/dc模块m3和ac/dc隔离模块m4；所述嵌入式系统控制器m1与所述ac/dc模块m3的控制端连接，所述ac/dc模块m3的输入端连接交流电源，所述ac/dc模块m3的第一输出端与所述第一公共接线端a连接，所述ac/dc模块m3的第二输出端与所述ac/dc隔离模块m4连接，所述ac/dc隔离模块m4与所述第二公共接线端c连接。
15.进一步，所述线圈l的活动端e与所述直流消磁模块和所述中频加热模块的第二公共接线端c连接时，所述嵌入式系统控制器m1用于向所述ac/dc模块m3发送直流消磁电流大小控制命令，所述ac/dc模块m3根据所述直流消磁电流大小控制命令输出相对应的直流电，并通过所述ac/dc隔离模块m4隔离后把直流电加载到线圈l上，产生一个反向磁场，以抵消管道中剩余磁场。
16.采用上述进一步方案的有益效果是，线圈l的活动端e与直流消磁模块和中频加热模块的第二公共接线端c连接，通过ac/dc模块将交流电转换为直流电，将直流电流加到线圈l上产生一个反向磁场，以抵消管道中剩余磁场。
17.进一步，所述中频加热模块包括加热控制模块m2、桥式整流模块、第一igbt模块q1、第二igbt模块q2、第三igbt模块q3、第四igbt模块q4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4和第一电阻r1；
18.所述桥式整流模块输入端连接三相电源，所述桥式整流模块的两输出端分别与第一igbt模块q1和第四igbt模块q4串联构成的第一串联支路和第二igbt模块q2和第三igbt模块串联构成的第二串联支路连接；所述第一igbt模块q1和第四igbt模块q4的公共端通过
所述第四电容c4连接所述第一公共接线端a，所述第二igbt模块q2和第三igbt模块q3的公共端通过所述第一电阻r1连接所述第二公共接线端c；所述加热控制模块m2分别与所述第一igbt模块q1、第二igbt模块q2、第三igbt模块q3和第四igbt模块q4的控制端连接，所述桥式整流模块的两输出端之间并联第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3。
19.进一步，所述线圈l的活动端e与所述第二公共接线端c连接时，所述嵌入式系统控制器m1用于向所述加热控制模块m2发送加热控制命令，所述加热控制模块m2用于根据所述加热控制命令生成pwm信号，利用所述pwm信号控制所述第一igbt模块q1和第三igbt模块q3构成的第一模组与所述第二igbt模块q2和第四igbt模块q4构成的第二模组轮流导通，如此循环对管道进行中频加热。
20.采用上述进一步方案的有益效果是，加热控制模块m2发出pwm波形控制q1、q3和q2、q4轮流导通，使线圈中轮流流过正、负半波的电流波形，如此循环对管道进行中频加热。
21.进一步，上述技术方案还包括人机交互模块m5，所述人机交互模块m5与所述嵌入式系统控制器m1连接。
22.采用上述进一步方案的有益效果是，通过人机交互模块可对嵌入式系统控制器进行控制，从而实现消磁加热的智能化控制。
23.为解决上述技术问题，本发明还提供一种管道消磁加热一体化控制方法，利用上述技术方案所述的管道消磁加热一体化控制系统实现，包括：
24.线圈l的活动端e与交流消磁模块的交流接线端b连接时，嵌入式系统控制器m1控制交流消磁模块进行交流消磁；
25.线圈l的活动端e与直流消磁模块和中频加热模块的第二公共接线端c连接时，嵌入式系统控制器m1控制直流消磁模块进行直流消磁和/或中频加热模块进行中频加热。
26.本发明附加的方面及其优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
27.图1为本发明实施例提供的管道消磁加热一体化控制系统结构示意图；
28.图2为本发明实施例提供的管道消磁加热一体化控制系统电路结构图。
具体实施方式
29.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
30.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方法，显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面
可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目的方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
31.如图1和图2所示所示，本发明实施例提供的管道消磁加热一体化控制系统包括：线圈l、磁场检测模块m6、温度检测模块m7、嵌入式系统控制器m1、交流消磁模块、直流消磁模块和中频加热模块。
32.线圈l缠绕在管道上，其一端作为固定端d与交流消磁模块、直流消磁模块和中频加热模块的第一公共接线端a连接，另一端作为活动端e与交流消磁模块的交流接线端b连接，或者与直流消磁模块和中频加热模块的第二公共接线端c连接；磁场检测模块m6的磁场传感器霍尔探头放置在管道焊接端面处，且与嵌入式系统控制器m1电性连接，嵌入式系统控制器m1分别与交流消磁模块、直流消磁模块和中频加热模块电性连接；温度检测模块m7的温度传感器探头放置在管道外面与线圈l对应的位置处，且与中频加热模块电性连接。
33.本发明实施例中，交流消磁模块、直流消磁模块和中频加热模块的第一公共接线端a连接线圈l的固定端d，线圈l的活动端e可以与交流消磁模块的交流接线端b连接，用于实现交流消磁；线圈的活动端e也可以与直流消磁模块和中频加热模块的第二公共接线端c连接，用于实现直流消磁和/或中频加热。
34.嵌入式系统控制器m1可通过磁场检测模块m6检测管道焊接端面处的磁场信号，便于根据磁场强度和磁场方向向交流消磁模块发送交流消磁命令或向直流消磁模块发送直流消磁命令。
35.加热控制模块m2可通过温度检测模块m7检测管道外面与线圈l对应的位置处的温度信号，便于加热控制模块m2根据温度信号进行中频加热控制。
36.本发明实施例中，嵌入式系统控制器m1可以包括单片机和模拟电路，用于实现信号处理及控制功能。加热控制模块m2可以包括单片机和igbt驱动电路，用于驱动中频加热模块中的igbt导通或截止。
37.本发明实施例利用一根电缆线可实现对管道消磁的同时，又能对管道进行加热，能够进一步提升动火作业效率，同时可以减少作业现场设备的使用，使用一套设备即可同时满足管道加热和消磁的需求。
38.可选地，线圈l的活动端e与交流消磁模块的交流接线端b连接时，嵌入式系统控制器m1控制交流消磁模块进行交流消磁；线圈l的活动端e与直流消磁模块和所述中频加热模块的第二公共接线端c连接时，嵌入式系统控制器m1控制直流消磁模块进行直流消磁和/或中频加热模块进行中频加热。
39.本发明实施例中，交流消磁模式下(即l的活动端e与交流消磁模块的交流接线端b连接)，先采用交流消磁将管道中的强磁降低到预设值(例如100高斯一个比较低的水平)，再切换到消磁加热模式(即线圈l的活动端e与直流消磁模块和中频加热模块的第二公共接线端c连接)，用直流消磁来抵消已经下降了很多的管道余磁，然后开启加热功能就能对管道消磁和加热同时进行。加热和消磁可以同时进行，也可以分别单独使用。
40.可选地，交流消磁模块包括固态继电器q5、升压变压器t1、整流桥bg1、第二电阻r2、第五电容c5、电压计、可控硅scr1和第七二极管d7；升压变压器t1的低压绕组通过固态
继电器q5连接到交流电源。
41.升压变压器t1的高压绕组连接整流器bg1的输入端，整流器bg1的第一输出端通过第二电阻r2分别与第五电容c5的一端和交流接线端b连接，整流器bg1的第二输出端分别与第五电容c5的另一端、可控硅scr1的一端和第七二极管d7的正极连接；可控硅scr1的另一端和第七二极管d7的负极与第一公共接线端a连接；嵌入式系统控制器m1与固态继电器q5的控制端、第五电容c5的另一端和可控硅scr1的控制端连接；电压计的输入端与第五电容c5两端连接，输出端与嵌入式系统控制器m1连接，用于采集第五电容c5两端的电压。
42.可选地，线圈l的活动端e与交流消磁模块的交流接线端b连接时，嵌入式系统控制器m1用于当第五电容c5上的电压达到预设值时，控制可控硅scr1导通，第五电容c5上的高压通过线圈l、可控硅scr1和二极管d7组成的放电回路进行lc衰减振荡，产生交流消磁磁场，降低管道中的磁场强度。
43.ac 220v交流电源输入通过固态继电器q5连接到升压变压器t1的低压侧绕组，升压变压器t1的高压绕组通过整流桥bg1和第二电阻(限流电阻)r2给第五电容c5充电。当第五电容c5上的电压达到2500v时，嵌入式系统控制器m1发出高电平，使可控硅scr1导通，第五电容c5上的高压通过外接线圈l、可控硅scr1和第七二极管d7组成的放电回路进行lc衰减振荡，产生交流消磁的磁场，使管道中的强磁场降低。
44.可选地，直流消磁模块包括ac/dc模块m3和ac/dc隔离模块m4；嵌入式系统控制器m1与所述ac/dc模块m3的控制端连接，ac/dc模块m3的输入端连接ac 220v交流电源，ac/dc模块m3的第一输出端与第一公共接线端a连接，ac/dc模块m3的第二输出端与ac/dc隔离模块m4连接，ac/dc隔离模块m4与第二公共接线端c连接。ac/dc模块m3用于将ac220v 50/60hz的电源转换成直流电。ac/dc隔离模块m4用于将交流与直流进行隔离。
45.可选地，线圈l的活动端e与直流消磁模块和中频加热模块的第二公共接线端c连接时，嵌入式系统控制器m1用于向ac/dc模块m3发送直流消磁电流大小控制命令，ac/dc模块m3根据直流消磁电流大小控制命令输出相对应的直流电，并通过述ac/dc隔离模块m4隔离后把直流电加载到线圈l上，产生一个反向磁场，以抵消管道中剩余磁场。
46.ac 220v交流电源输入到ac/dc模块m3中，将ac 220v的交流电变成0～200a连续可调的直流电，使直流电流加到线圈l上，产生一个反向磁场，以抵消管道中剩余磁场。
47.可选地，中频加热模块包括加热控制模块m2、桥式整流模块、第一igbt模块q1、第二igbt模块q2、第三igbt模块q3、第四igbt模块q4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4和第一电阻r1。桥式整流模块包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5和第六二极管d6。
48.桥式整流模块输入端连接三相电源，桥式整流模块的两输出端分别与第一igbt模块q1和第四igbt模块q4串联构成的第一串联支路和第二igbt模块q2和第三igbt模块串联构成的第二串联支路连接；第一igbt模块q1和第四igbt模块q4的公共端通过第四电容c4连接第一公共接线端a，第二igbt模块q2和第三igbt模块q3的公共端通过第一电阻r1连接第二公共接线端c；加热控制模块m2分别与第一igbt模块q1、第二igbt模块q2、第三igbt模块q3和第四igbt模块q4的控制端连接，桥式整流模块的两输出端之间并联第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3。
49.可选地，线圈l的活动端e与所述第二公共接线端c连接时，嵌入式系统控制器m1用
于向加热控制模块m2发送加热控制命令，加热控制模块m2用于根据加热控制命令生成pwm信号，利用pwm信号控制第一igbt模块q1和第三igbt模块q3构成的第一模组与第二igbt模块q2和第四igbt模块q4构成的第二模组轮流导通，如此循环对管道进行中频加热。
50.将三相电源ac380v 50hz/60hz通过桥式整流后加在igbt模块上，通过加热控制模块m2发出pwm波形控制igbt q1、q3和q2、q4轮流导通。当q2和q4为低电平，且q1和q3为高电平时，q1和q3 igbt导通使线圈l中流过正半波的电流波形。当q1和q3为低电平，且q2和q4为高电平时，q2和q4 igbt导通使线圈中流过负半波的电流波形，如此循环对管道进行中频加热。
51.可选地，上述实施例中还包括人机交互模块m5，人机交互模块m5与嵌入式系统控制器m1连接。磁场检测测模块m6可以采用高斯计，高斯计的霍尔探头放置于管道焊接端面处。温度检测模块m7可以采用温度传感器，温度传感器探头放置于管道外面与线圈l对应的位置。
52.本发明实施例还提供一种管道消磁加热一体化控制方法，利用上述技术方案的管道消磁加热一体化控制系统实现，包括：线圈l的活动端e与交流消磁模块的交流接线端b连接时，嵌入式系统控制器m1控制交流消磁模块进行交流消磁；线圈l的活动端e与直流消磁模块和中频加热模块的第二公共接线端c连接时，嵌入式系统控制器控制直流消磁模块进行直流消磁和/或中频加热模块进行中频加热。
53.本发明实施例对于管道直径≤1219mm可取得如下技术效果：
54.(1)消磁范围：单边磁场强度：h≥300gs；单边磁场消除时间：t≤15min；组对后管口间隙磁场强度：h≤2000gs；组对间隙磁场强度消除时间t≤20min；消磁后单边及间隙磁场强度：h≤20gs；消磁后稳定时间：t≥24h。
55.(2)加热范围：管道焊接端口表面(空管)加热温度范围：10～180℃加热到180℃所需时间：t≤20min；稳定时间：t≥24h；
56.本发明实施例可有效提升油气管道动火作业现场作业效率，降低劳动人员作业强度，减小了作业现场设备使用，使用一台设备可实现消磁和加热两种功能，可提高和增强在石油、天然气领域管道维护装备上的先进性和创造性。
57.本发明实施例适用于石油、石化行业长输油气管道作业消磁和加热需求，克服了目前直流管道消机功率大，电流大，耗电高，消磁能力弱，及交流管道消磁机只能消强磁不能消弱磁的问题，同时还具备了加热功能，使得应用范围不在局限于管道行业，而且可以用于工厂的钢板焊接，船舶，舰艇焊接等行业，具有非常广阔的应用前景。
58.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。