CN100462884C - 海底管道内爬行器智能控制器 - Google Patents
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Abstract
一种海底管道内爬行器智能控制器，属于智能控制领域。本发明包括：PC104总线CPU模块、PC104总线DC/DC电源模块、PC104总线CAN通讯模块、捷联式惯性导航系统、倾斜传感器、CF卡存储器和无线网络模块。所述的PC104总线CPU模块与PC104总线DC/DC电源模块、PC104总线CAN通讯模块、捷联式惯性导航系统、倾斜传感器、CF卡存储器和无线网络模块相连，PC104总线CPU模块是智能控制器的数据处理中心，它通过检测和计算得到爬行器在管道中的精确位置信息，把该信息与管道信息文件中记载的数据相比对，据此自动生成控制爬行器进行缺陷定位的方案，全自主控制爬行器完成对管道中缺陷处的精确定位。本发明解决了我国近海石油管道的维修问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种海底管道内爬行器智能控制器。
背景技术
我国海洋石油资源丰富，在水深200米以内的大陆架，石油蕴藏量约150～200亿吨。我国已发现的海上大型油田的许多输油管线都是在80年代铺设的，近年来进入了管线泄漏的高发期，迫切需要对其进行检修。国外已成熟应用的海底管线检修装置不能完全适合维护我国浅海石油管道的需求，且价格昂贵。因此开发出一种具有自主知识产权的浅海石油管线的检漏与维修自动设备，不但可减少因管线老化造成的巨大经济损失，减少石油泄漏所造成的污染，而且可掌握这一领域的关键技术，便于今后开发用于检修不同口径管线的系列产品，保障我国浅海石油管线的安全运行。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN1828219A，公开日为2006.09.06，专利名称为：海底管道智能检测器，该专利申请自述为：“一种海底管道智能检测器，属于检测技术领域，包括：驱动装置、漏磁检测头、漏磁信号处理装置、电源装置、里程仪、旋转编码器、超声检测头及超声信号处理装置。驱动装置、漏磁检测头、漏磁信号处理装置、电源装置、超声信号处理装置、超声检测头由头至尾依次用万向节相连，里程仪设在超声信号处理装置的滚轮上，旋转编码器设在漏磁信号处理装置箱体内”。其不足之处是：检测装置只能检测到输油管道中的缺陷，及缺陷在管道中的位置，却无法对发现的缺陷进行维修，因此存在缺陷的管道依旧不能正常运行。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种海底管道内爬行器智能控制器，使其解决了我国近海石油管道的维修问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：PC104总线CPU模块、PC104总线DC/DC电源模块、PC104总线CAN通讯模块、捷联式惯性导航系统、倾斜传感器、CF卡存储器和无线网络模块。
所述的PC104总线CPU模块，是本发明的核心部件，其它部件都与它相连接，PC104总线CPU模块与PC104总线DC/DC电源模块、PC104总线CAN通讯模块、捷联式惯性导航系统、倾斜传感器、CF卡存储器和无线网络模块相连。PC104总线CPU模块与PC104总线DC/DC电源模块以标准PC104总线接口互连；PC104总线CPU模块与PC104总线CAN通讯模块以标准PC104总线接口互连；PC104总线CPU模块与捷联式惯性导航系统以并行接口互连；PC104总线CPU模块与倾斜传感器以串行接口RS-232标准互连；PC104总线CPU模块与CF卡存贮器以IDE接口互连；PC104总线CPU模块与无线网络模块以USB接口互联。
所述的PC104总线DC/DC电源模块与管道内爬行器的电源单元相连，它把电原单元提供的+24V直流电转换为+5V的直流电供PC104总线CPU模块使用，此外PC104总线DC/DC电源模块还有保持供电电压平稳、减少电源单元供电电压的变化对PC104总线CPU模块的影响。
所述的PC104总线CAN通讯模块通过公共的CAN总线与爬行器的电源单元、爬行单元、检测单元和定位单元互连，PC104总线CPU模块借助PC104总线CAN通讯模块向电源单元、爬行单元、检测单元和定位单元发送控制命令和接收他们的消息反馈，实现了智能控制器与电源单元、爬行单元、检测单元和定位单元通讯的功能。
所述的捷联式惯性导航系统能够提供爬行器在运动时位置变化的信息，该信息以爬行器的位置相对于基准坐标系的坐标变化表示，具体表现为其在X轴，Y轴和Z轴上坐标变化的增量(如ΔX、ΔY和ΔZ，这三个测量值随时间漂移)，PC104总线CPU模块采用统计学习方法对位置变化的信息加以处理，计算出爬行器的位置变化量ΔX、ΔY和ΔZ与爬行器在水平面上的倾斜角度的关系，该倾斜角度可由倾斜传感器准确的测得，然后用倾斜角度值反推得到ΔX、ΔY和ΔZ的准确值，这一数学处理方法可以消除捷联式惯性导航系统的测量值随时间漂移。
所述的倾斜传感器能够向PC104总线CPU模块提供爬行器在水平面上的倾斜角度值，该角度值被用于修正惯性导航系统向PC104总线CPU模块提供的爬行器在运动时其位置变化的信息。
所述的CF卡存储器中存储智能控制器的操作系统程序、数值处理程序和控制程序。
所述的无线网络模块与现场调试电脑的无线网卡构成AD-HOC模式的无线网络，方便对智能控制器的现场调试工作。
本发明的工作过程和工作原理：
1、对海底管道中的缺陷进行检修需要两个步骤：①在线检测：在管道不停产的情况下，在线检测设备采用皮碗作为驱动装置，采用超声探头等无损探伤设备对管道进行检测、采用惯性导航系统测量管道的地理信息，对采集的数据进行保存，检测过程完成后进行有行业专家参与的离岸分析过程，最终得出包含有管道地理信息、管道缺陷信息和焊缝信息的管道信息文件。②定位检测：现场调试电脑与智能控制器的无线网络模块构成无线网络，通过无线网络把管道信息文件下载到智能控制器，智能控制器自身携带的传感器测量的数据经过处理后，与管道信息文件中记载的数据相比对，据此自动生成控制爬行器进行缺陷定位的方案。
2、PC104总线CPU模块是智能控制器的数据处理中心，惯性导航系统测得的爬行器所处空间位置的变化随着时间漂移，PC104总线CPU模块计算出这一空间位置的变化量与爬行器在水平面方向倾斜角度的关系，倾斜传感器可以准确测量这一倾斜角度的数值，因此可以用准确的倾斜角度值反演爬行器所处空间位置的变化值，对这一空间位置的变化值按微小时间段进行累加就可以得出爬行器在输油管道中的空间位置。
3、PC104总线CAN通讯模块通过公共的CAN总线与爬行器的电源单元、爬行单元、检测单元和定位单元互连，智能控制器借助PC104总线CAN通讯模块发送控制命令、接收电源单元提供的里程轮信息和检测单元提供的焊缝信息，及电源单元、爬行单元、检测单元和定位单元的消息反馈，这些信息与PC104总线CPU模块计算得出的爬行器在管道中的空间位置信息相融合能够为爬行器精确定位于管道的缺陷处提供依据。
本发明智能控制器自主控制爬行器精确定位到管道中的缺陷位置，然后命令爬行器发射超低频信号来引导抢修船对管道缺陷进行维修，解决了我国近海石油管道的维修问题。
附图说明
图1为本发明智能控制器系统构成图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：PC104总线CPU模块、PC104总线DC/DC电源模块、PC104总线CAN通讯模块、捷联式惯性导航系统、倾斜传感器、CF卡存储器和无线网络模块。所述的PC104总线CPU模块，其它部件都与它相连接，PC104总线CPU模块与PC104总线DC/DC电源模块、PC104总线CAN通讯模块、捷联式惯性导航系统、倾斜传感器、CF卡存储器和无线网络模块相连。PC104总线CPU模块与PC104总线DC/DC电源模块以标准PC104总线接口互连；PC104总线CPU模块与PC104总线CAN通讯模块以标准PC104总线接口互连；PC104总线CPU模块与捷联式惯性导航系统以并行接口互连；PC104总线CPU模块与倾斜传感器以串行接口RS-232标准互连；PC104总线CPU模块与CF卡存贮器以IDE接口互连；PC104总线CPU模块与无线网络模块以USB接口互联。
本实施例海底管道内爬行器智能控制器是海底管道内爬行器的一个组成部分，海底管道内爬行器包括：智能控制器、电源单元、爬行单元、检测单元和定位单元，他们之间通过电源线和CAN通讯总线相互连接。
所述的PC104总线CPU模块是智能控制器的数据处理中心，它用倾斜传感器的测量值校准惯性导航系统的测量值，可得到爬行器所处空间位置的变化值，对这一空间位置的变化值按微小时间段进行累加得出爬行器在输油管道中的空问位置，采用信息融合技术对爬行器所处管道中的空间位置信息、里程计信息和焊缝信息进行处理，得到爬行器在管道中的精确位置信息，把此结果与管道信息文件中记载的数据相比对，据此自动生成控制爬行器进行缺陷定位的方案，完成爬行器对管道中存在缺陷位置的精确定位。
所述的PC104总线DC/DC电源模块把电源单元提供的+24V直流电转换为+5V的直流电供智能控制器的所有组成部件使用，该电源模块能够消除电源单元提供的电压不稳时对智能控制器工作的影响，它与PC104总线CPU模块采用相同的总线结构，因而具有安装方便的特点。
所述的PC104总线CAN通讯模块通过公共的CAN总线与爬行器的电源单元、爬行单元、检测单元和定位单元互连，智能控制器借助PC104总线CAN通讯模块发送控制命令、接收安装于其它单元上传感器所测得的数据和接收其它单元的消息反馈，其它单元所测得的数据包括：检测单元测得的焊缝信息和电源单元测得的里程计信息，这些信息为PC104总线CPU模块分析计算爬行器在管道中的准确位置提供依据。
所述的惯性导航系统提供爬行器在运动时位置变化的信息，该信息以爬行器的位置相对于基准坐标系的坐标变化表示，具体表现为其在X轴，Y轴和Z轴上坐标变化的增量：ΔX、ΔY和ΔZ，但ΔX、ΔY和ΔZ三个测量值因随时间漂移而不能被直接使用，因此采用统计学习方法对爬行器的位置变化的信息加以处理，计算出位置变化值ΔX、ΔY和ΔZ与爬行器在水平面上的倾斜角度的关系，该倾斜角度可由倾斜传感器准确的测得，然后用倾斜角度值反推得到ΔX、ΔY和ΔZ的准确值，按微小时间段对其进行累积得到爬行器在输油管道中的空间位置，智能控制器参考这一信息完成输油管道缺陷定位的任务。
5、CF卡存储器：所述的CF卡存储器中存储智能控制器的操作系统程序、数值处理程序和控制程序，它体积小、重量轻、功耗低，与PC104总线CPU模块接口容易。
6、无线网络模块：所述的无线网络模块与现场调试电脑的无线网卡构成AD-HOC模式无线网络，现场对系统调试时，采用调试电脑对智能控制器实施远程登陆来监控系统的运行，同时通过无线网络把管道信息文件下载到智能控制器。
Claims (6)
1.一种海底管道内爬行器智能控制器，包括：PC104总线CPU模块、PC104总线DC/DC电源模块、PC104总线CAN通讯模块、捷联式惯性导航系统、倾斜传感器、CF卡存储器和无线网络模块，其特征在于：所述的PC104总线CPU模块与PC104总线DC/DC电源模块、PC104总线CAN通讯模块、捷联式惯性导航系统、倾斜传感器、CF卡存储器和无线网络模块相连，PC104总线CPU模块是智能控制器的数据处理中心，它通过检测和计算得到爬行器在管道中的精确位置信息，把该信息与管道信息文件中记载的数据相比对，据此自动生成控制爬行器进行缺陷定位的方案，全自主控制爬行器完成对管道中缺陷处的精确定位；
所述的捷联式惯性导航系统，检测爬行器在管道中的位置，所述的倾斜传感器测得爬行器在水平面上的倾斜角度值，用倾斜角度值修正捷联式惯性导航系统测得的爬行器所处空间位置的变化，对这一空间位置的变化按微小时间段进行累加得出爬行器所处输油管道中的空间位置。
2.根据权利要求1所述的海底管道内爬行器智能控制器，其特征是，所述的PC104总线CPU模块与PC104总线DC/DC电源模块以标准PC104总线接口互连；PC104总线CPU模块与PC104总线CAN通讯模块以标准PC104总线接口互连；PC104总线CPU模块与捷联式惯性导航系统以并行接口互连；PC104总线CPU模块与倾斜传感器以串行接口RS-232标准互连；PC104总线CPU模块与CF卡存储器以IDE接口互连；PC104总线CPU模块与无线网络模块以USB接口互连。
3.根据权利要求1或者2所述的海底管道内爬行器智能控制器，其特征是，所述的PC104总线DC/DC电源模块，与管道内爬行器的电源单元相连，它把电源单元提供的+24V直流电转换为+5V的直流电供PC104总线CPU模块使用，此外PC104总线DC/DC电源模块还保持供电电压平稳、减少电源单元供电电压的变化对PC104总线CPU模块的影响。
4.根据权利要求1或者2所述的海底管道内爬行器智能控制器，其特征是，所述的PC104总线CAN通讯模块，通过公共的CAN总线与爬行器的电源单元、爬行单元、检测单元和定位单元互连，PC104总线CPU模块借助PC104总线CAN通讯模块向电源单元、爬行单元、检测单元和定位单元发送控制命令和接收他们的消息反馈，实现智能控制器与电源单元、爬行单元、检测单元和定位单元通讯。
5.根据权利要求1或者2所述的海底管道内爬行器智能控制器，其特征是，所述的CF卡存储器中存储智能控制器的操作系统程序、数值处理程序和控制程序。
6.根据权利要求1或者2所述的海底管道内爬行器智能控制器，其特征是，所述的无线网络模块，与现场调试电脑的无线网卡构成AD-HOC模式无线网络，通过无线网络把管道信息文件下载到智能控制器。
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