CN103496437B - 一种用于海上水下拖曳载体的自动对接控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种用于海上水下拖曳载体的自动对接控制装置及对接方法。该控制装置包括主动信号发送装置、综合显控装置、绞车控制装置、水下控制装置、姿态传感器、声信号处理装置、声基阵、从动信号接收装置和声信标；该对接方法利用控制装置能自动或手动控制纵向水下拖曳载体快速、准确、自动寻的对接，以简化操作，提高自动化和可视化程度。

Description

一种用于海上水下拖曳载体的自动对接控制装置及方法

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种用于海上水下拖曳载体的自动对接控制装置及对接方法。

背景技术

在现有的技术中，海上油料补给水平是决定船只远航能力的重要因素，海上航行纵向油料补给在海上补给中占有非常重要的地位，是海上油料补给的主要方式。长期以来，航行纵向油料补给一直沿用人工对接的方式进行，存在着打捞抓取不准、人力拖拉软管困难、劳动强度大、可靠性差等诸多问题。研制海上自动纵向水下对接装置，解决海上油料补给人力密集的问题，提供一型自动化程度较高的海上航行纵向油料补给对接装置势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计用于海上水下拖曳载体的自动对接控制装置和对接方法，该方法能自动或手动控制纵向水下拖曳载体快速、准确、自动寻的对接，以简化操作，提高自动化和可视化程度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种用于海上水下拖曳载体的自动对接控制装置，该控制装置包括主动信号发送装置、综合显控装置、绞车控制装置、水下控制装置、姿态传感器、声信号处理装置、声基阵、从动信号接收装置和声信标；该控制装置用于主动船和从动船，在所述主动船上设有主动拖体、绞车；在所述主动拖体上设有垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板；在所述从动船上设有从动拖体；

所述从动信号接收装置与所述主动信号发送装置相连；所述综合显控装置与所述绞车控制装置、主动信号发送装置相连，所述绞车控制装置与绞车相连，所述绞车通过线缆与主动拖体相连，所述绞车控制装置与水下控制装置通过RS485第一串口相连，水下控制装置与垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板的驱动机构相连；所述绞车控制装置还与声信号处理装置通过RS485第二串口相连，所述声信号处理装置接收声基阵的信号；所述姿态传感器与所述声信号处理装置通过RS232串口相连。

还包括显示装置，所述显示装置用于显示综合显控装置的对接信息。

所述的自动对接控制装置的对接方法在于：

步骤一、在所述综合显控装置设置所述主动拖体和从动拖体对接条件，并将该对接条件通过所述主动信号发送装置通过无线电台发送至所述从动信号接收装置；所述主动船和从动船按照计划进入对接阵位，所述主动船的绞车通过线缆将所述主动拖体布放入水，所述从动船通过钢索将所述从动拖体布放入水；

步骤二、开启所述绞车控制装置，所述主动拖体的所述声基阵接收所述从动拖体的声信标信号，所述声信号处理装置得到所述主动拖体和从动拖体的相对位置并将该相对位置信号通过RS485第二串口传递至所述绞车控制装置，所述绞车控制装置将该相对位置信号转发至所述综合显控装置；

步骤三、所述综合显控装置根据接收的所述主动拖体和从动拖体相对位置信号，下发绞车放缆指令给所述绞车控制装置，同时综合显控装置由绞车控制装置通过RS485第一串口将翼板舵板调整指令给水下控制装置；

步骤四、所述绞车控制装置根据综合显控装置的指令控制所述绞车释放所述主动拖体，并将所述主动拖体和从动拖体间隔调整到2～3分钟时，停止所述绞车工作；

步骤五、所述水下控制装置控制所述水平舵板、水平翼板、垂直舵板、垂直翼板的角度进而调整所述主动拖体的姿态，所述姿态传感器通过RS232串口将所述主动拖体的姿态信息传送至所述声信号处理装置，所述声信号处理装置通过绞车控制装置将所述主动拖体的姿态信息反馈至所述综合显控装置；

步骤六、所述综合显控装置接收到所述主动拖体的姿态信息，所述综合显控装置判断主动拖体和从动拖体是否具备对接条件；

当具备时，综合显控装置下达指令给所述绞车控制装置控制所述绞车释放所述主动拖体与从动拖体对接，综合显控装置下发指令至绞车控制装置，控制所述绞车回收，断开所述主动拖体和从动拖体；

当不具备时，重新调整所述主动拖体的姿态直至具备对接条件。

所述主动拖体和从拖体的对接条件为：所述主动拖体与从动拖体水平相对距离≤0.2m；所述主动拖体与从动拖体垂直相对深度≤0.1m；所述主动拖体与从动拖体相对仰角≤5°；所述主动拖体横滚角≤20°。

本发明的优点和有益效果在于：该控制系统能自动或手动控制水下拖曳载体快速、准确、自动寻的对接，以简化操作，提高自动化和可视化程度。还具有以下优点，一、制定对接条件，包括主动船、从动船航线、航速，航线偏离允许误差，相对船位，作业区进入点，对接作业区，对接作业区，对接脱离区，作业区脱离点等；二、指令开始对接操作或停止对接操作；三、通过指控界面实现对接态势显示，包括显示主动船和从动船对接航线、作业区进入点、对接作业区、对接脱离区、作业区脱离点；四、显示主动船和从动船实际航迹、航速、航向、船位和位置匹配区域，数据显示当前船位大地坐标和航线偏离值，图形和数据显示从动拖体和主动拖体水平相对位置和大地坐标；五、数据显示输油软管压力、长度、拖力。实现辅助指挥，根据态势信息提供对接作业时主动船、从动船机动参考信息。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明具体实施的技术方案是：一种用于海上水下拖曳载体的自动对接控制装置，该控制装置包括主动信号发送装置、综合显控装置、绞车控制装置、水下控制装置、姿态传感器、声信号处理装置、声基阵、从动信号接收装置和声信标；该控制装置用于主动船和从动船，在所述主动船上设有主动拖体、绞车；在所述主动拖体上设有垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板；在所述从动船上设有从动拖体；

其特征在于：所述从动信号接收装置与所述主动信号发送装置相连；所述综合显控装置与所述绞车控制装置、主动信号发送装置相连，所述绞车控制装置与绞车相连，所述绞车通过线缆与主动拖体相连，所述绞车控制装置与水下控制装置通过RS485第一串口相连，水下控制装置与垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板的驱动机构相连；所述绞车控制装置还与声信号处理装置通过RS485第二串口相连，所述声信号处理装置接收声基阵的信号；所述姿态传感器与所述声信号处理装置通过RS232串口相连。

还包括显示装置，所述显示装置用于显示综合显控装置的对接信息。

所述的自动对接控制装置的对接方法在于：

步骤一、在所述综合显控装置设置所述主动拖体和从动拖体对接条件，并将该对接条件通过所述主动信号发送装置通过无线电台发送至所述从动信号接收装置；所述主动船和从动船按照计划进入对接阵位，所述主动船的绞车通过线缆将所述主动拖体布放入水，所述从动船通过钢索将所述从动拖体布放入水；

步骤二、开启所述绞车控制装置，所述主动拖体的所述声基阵接收所述从动拖体的声信标信号，所述声信号处理装置得到所述主动拖体和从动拖体的相对位置并将该相对位置信号通过RS485第二串口传递至所述绞车控制装置，所述绞车控制装置将该相对位置信号转发至所述综合显控装置；

步骤三、所述综合显控装置根据接收的所述主动拖体和从动拖体相对位置信号，下发绞车放缆指令给所述绞车控制装置，同时综合显控装置由绞车控制装置通过RS485第一串口将翼板舵板调整指令给水下控制装置；

步骤四、所述绞车控制装置根据综合显控装置的指令控制所述绞车释放所述主动拖体，并将所述主动拖体和从动拖体间隔调整到2～3分钟时，停止所述绞车工作；

步骤五、所述水下控制装置控制所述水平舵板、水平翼板、垂直舵板、垂直翼板的角度进而调整所述主动拖体的姿态，所述姿态传感器通过RS232串口将所述主动拖体的姿态信息传送至所述声信号处理装置，所述声信号处理装置通过绞车控制装置将所述主动拖体的姿态信息反馈至所述综合显控装置；

步骤六、所述综合显控装置接收到所述主动拖体的姿态信息，所述综合显控装置判断主动拖体和从动拖体是否具备对接条件；

当具备时，综合显控装置下达指令给所述绞车控制装置控制所述绞车释放所述主动拖体与从动拖体对接，综合显控装置下发指令至绞车控制装置，控制所述绞车回收，断开所述主动拖体和从动拖体；

当不具备时，重新调整所述主动拖体的姿态直至具备对接条件。

所述主动拖体和从拖体的对接条件为：所述主动拖体与从动拖体水平相对距离≤0.2m；所述主动拖体与从动拖体垂直相对深度≤0.1m；所述主动拖体与从动拖体相对仰角≤5°；所述主动拖体横滚角≤20°。

主动拖体和从动拖体是通过水声定位的方式解算相对距离和相对深度差的。主动拖体的信号包括两路，一路是声信号处理装置与综合显控装置相连，一路是水下控制装置与综合显控装置相连。

自动迫近、自动对接，采用主动拖体上装有声基阵，声基阵作为主动拖体的眼睛，寻找被动拖体的声信标信号，实时解算相对位置，自动迫近、自动对接；对接时，采用突然释放主动拖体撞击被动拖体，实施对接。在具备对接条件前提下，自动闪烁提醒，对接态势显示，对接界面采用大环套小环的方式显示对接状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于海上水下拖曳载体的自动对接控制装置，该控制装置包括主动信号发送装置、综合显控装置、绞车控制装置、水下控制装置、姿态传感器、声信号处理装置、声基阵、从动信号接收装置和声信标；该自动对接控制装置用于主动船和从动船，在所述主动船上设有主动拖体、绞车；在所述主动拖体上设有垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板；在所述从动船上设有从动拖体；

其特征在于：所述从动信号接收装置与所述主动信号发送装置相连；所述综合显控装置与所述绞车控制装置、主动信号发送装置相连，所述绞车控制装置与绞车相连，所述绞车通过线缆与主动拖体相连，所述绞车控制装置与水下控制装置通过RS485第一串口相连，水下控制装置与垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板的驱动机构相连；所述绞车控制装置还与声信号处理装置通过RS485第二串口相连，所述声信号处理装置接收声基阵的信号；所述姿态传感器与所述声信号处理装置通过RS232串口相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于海上水下拖曳载体的自动对接控制装置，其特征在于：还包括显示装置，所述显示装置用于显示综合显控装置的对接信息。

3.一种根据权利要求1或2所述的自动对接控制装置的对接方法，其特征在于：

步骤一、在所述综合显控装置设置所述主动拖体和从动拖体对接条件，并将该对接条件通过所述主动信号发送装置通过无线电台发送至所述从动信号接收装置；所述主动船和从动船按照计划进入对接阵位，所述主动船的绞车通过线缆将所述主动拖体布放入水，所述从动船通过钢索将所述从动拖体布放入水；

步骤二、开启所述绞车控制装置，所述主动拖体的所述声基阵接收所述从动拖体的声信标信号，所述声信号处理装置得到所述主动拖体和从动拖体的相对位置并将该相对位置信号通过RS485第二串口传递至所述绞车控制装置，所述绞车控制装置将该相对位置信号转发至所述综合显控装置；

步骤三、所述综合显控装置根据接收的所述主动拖体和从动拖体相对位置信号，下发绞车放缆指令给所述绞车控制装置，同时综合显控装置由绞车控制装置通过RS485第一串口将翼板舵板调整指令给水下控制装置；

步骤四、所述绞车控制装置根据综合显控装置的指令控制所述绞车释放所述主动拖体，并将所述主动拖体和从动拖体间隔调整到2～3分钟时，停止所述绞车工作；

步骤五、所述水下控制装置控制所述水平舵板、水平翼板、垂直舵板、垂直翼板的角度进而调整所述主动拖体的姿态，所述姿态传感器通过RS232串口将所述主动拖体的姿态信息传送至所述声信号处理装置，所述声信号处理装置通过绞车控制装置将所述主动拖体的姿态信息反馈至所述综合显控装置；

步骤六、所述综合显控装置接收到所述主动拖体的姿态信息，所述综合显控装置判断主动拖体和从动拖体是否具备对接条件；

当具备时，综合显控装置下达指令给所述绞车控制装置控制所述绞车释放所述主动拖体与从动拖体对接，综合显控装置下发指令至绞车控制装置，控制所述绞车回收，断开所述主动拖体和从动拖体；

当不具备时，重新调整所述主动拖体的姿态直至具备对接条件。

4.根据权利要求3所述的自动对接控制装置的对接方法，其特征在于：所述主动拖体和从动拖体的对接条件为：所述主动拖体与从动拖体水平相对距离≤0.2m；所述主动拖体与从动拖体垂直相对深度≤0.1m；所述主动拖体与从动拖体相对仰角≤5°；所述主动拖体横滚角≤20°。