CN103914048A - 一种水下试验平台遥控系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下试验平台技术领域，具体涉及一种水下试验平台遥控系统，包括水上控制单元、平台控制单元和光纤传输单元，所述水上控制单元和平台控制单元通过所述光纤传输单元连接；所述水上控制单元包括水上主控制器、操作面板控制器和第一交换机，所述水上主控制器和操作面板控制器分别接入所述第一交换机；所述平台控制单元包括平台主控制器、平台位姿控制器、小车速度控制器、小车测速控制器、绞车控制器和第二交换机；所述平台主控制器、平台位姿控制器、小车速度控制器、小车测速控制器和绞车控制器分别接入所述第二交换机。本发明的有益效果是能实现对水下试验平台的姿态及平台上小车的精确遥控，满足了水下试验平台水下无人工作的需求。

Description

一种水下试验平台遥控系统

技术领域

本发明属于水下试验装置技术领域，具体涉及一种水下试验平台遥控系统。

背景技术

随着我国对进行海洋开发力度越来越大，水下试验平台作为海洋开发作为主要支撑设备，受到了高度重视。一种水下试验平台为张力腿式试验平台，平台上设置有4台张力绞车、4台锚泊绞车，利用平台浮力、重力和张力绳张力之间的平衡关系以及液压绞车伺服系统缆绳收放的精确控制，实现水下试验平台的姿态精确调整，满足指定范围内设定水深的准确定位及相关试验要求。平台上还设置有用于装载试验装置的运动小车，可进行各种水下的科学试验研究，其中运动小车由液压牵引绞车提供动力，在运动小车前后的着力点上固定有钢缆，在钢缆回路中设置一套张紧轮装置，当牵引系统工作时，由于钢缆回路始终有预紧力，不会因负载的变化引起系统不稳定，钢缆着力点根据运动小车水下运动性能研究的结果确定，在设定的着力点拖动运动小车，可以使运动小车始终在轨道上运行。随着科学试验要求的逐步提高，对水下试验平台本身研究和制造水平也在不断的发展，平台体积越来越大，配套的设备越来越多，平台内还配套设置了多种大功率的设备，且各设备电源类型不尽一致，只能在平台上设置平台配电单元，给各种设备供电。而且平台本身位于水下，实行人工直接操控十分困难，如何实现对平台及平台上的各种设备进行遥控成为了水下试验平台技术发展的一个瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能精确控制水下平台姿态的水下试验平台遥控系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种水下试验平台遥控系统，包括水上控制单元、平台控制单元和光纤传输单元，所述水上控制单元和平台控制单元通过所述光纤传输单元连接；

所述水上控制单元包括水上主控制器、操作面板控制器和第一交换机，所述水上主控制器和操作面板控制器分别接入所述第一交换机，所述水上主控制器接收所述平台控制单元通过所述光纤传输单元传输的信号,并对所述信号进行分析和诊断，所述水上主控制器还接收操作面板控制器的控制指令，并将所述控制指令通过所述光纤传输单元传输到所述平台控制单元；

所述平台控制单元包括平台主控制器、平台位姿控制器、小车速度控制器、小车测速控制器、绞车控制器和第二交换机；所述平台主控制器、平台位姿控制器、小车速度控制器、小车测速控制器和绞车控制器分别接入所述第二交换机；所述平台主控制器对接收到的水上主控制器通过所述光纤传输单元传来的指令进行解包和校验后发送给对应的控制器，同时将获取的平台位姿控制器、小车速度控制器、小车测速控制器、绞车控制器的信息打包通过所述光纤传输单元发送至水上主控制器；所述平台位姿控制器接收安装于平台四角的深度计和安装于平台中心的倾角仪测量的平台位姿信息，将绞车控制指令发送到所述绞车控制器控制张力绞车、锚泊绞车，所述小车测速控制器接收小车加速度信号和机械测速装置信号后综合解算出小车实时速度，所述小车速度控制器将牵引绞车速度指令发送给所述绞车控制器控制液压牵引绞车。

进一步的，所述平台控制单元还包括平台配电系统控制器，所述平台配电系统控制器连接至所述第二交换机，所述平台配电系统控制器中的开关量输入输出模块对水下配电系统开关远程控制，并将水下配电系统的状态信息通过所述水下主控制器发送至水上控制单元。

进一步的，所述水上控制单元还包括显示装置处理器，所述显示装置处理器接入所述第一交换机网络接口，所述显示装置处理器接收由水上主控制器转发的平台深度信息和倾角信号、运动小车速度及加速度参数。

进一步的，所述光纤传输单元包括光纤及光纤两端的第一波分器及第一收发器、第二波分器及第二收发器，其中所述第一波分器与所述光纤一端连接，所述第二波分器与所述光纤另一端连接，所述第一收发器接入所述第一交换机，所述第二收发器接入所述第二交换机。

本发明的有益效果是能通过水下控制单元接收平台位姿信息，并将绞车控制指令来实现对水下试验平台的姿态的精确遥控；通过水下控制单元接收小车信号，并将牵引绞车速度指令发送给绞车控制器控制液压牵引绞车，实现对水下试验平台上小车的精确遥控，满足了水下试验平台水下无人工作的需求。

附图说明

图1为本发明实施例水下试验平台遥控系统原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

如图1所示，一种张力腿式水下试验平台遥控系统包括水上控制单元1、平台控制单元3和光纤传输单元2，水上控制单元1和平台控制单元3通过光纤传输单元2连接。本实施例中，水上控制单元1包括水上主控制器11、操作面板控制器12、显示装置控制器13和第一交换机14，水上主控制器11、操作面板控制器12、显示装置控制器13分别接入第一交换机14，水上主控制器11选用西门子PLCS7-412H，水上主控制器11接收平台控制单元3通过光纤传输单元2传输的信号并进行分析和诊断、接收操作面板控制器12的操作指令并将控制指令通过光纤传输单元2传输到平台控制单元3，显示装置处理器13接收由水上主控制器11转发的平台深度信息和倾角信号、运动小车速度及加速度参数，并通过显示装置显示，显示装置处理器12与水上主控制器11通过第一交换机14进行信息传递。本实施例中，平台控制单元3包括平台主控制器32、平台位姿控制器33、小车速度控制器34、小车测速控制器35、平台配电系统控制器36、绞车控制器37和第二交换机31；平台主控制器32、平台位姿控制器33、小车速度控制器34、小车测速控制器35、平台配电系统控制器36、绞车控制器37分别接入第二交换机31；平台主控制器32选用西门PLCS7-412H，平台主控制器32对接收到的水上主控制器11通过光纤传输单元2传来的指令进行解包和校验后发送给对应的控制器，同时将获取的平台位姿控制器33、小车速度控制器34、小车测速控制器35、平台配电系统控制器36、绞车控制器37的信息打包通过光纤传输单元2发送至水上主控制器11；平台位姿控制器33接收安装于平台四角的深度计测量的平台深度和安装于平台中心的倾角仪测量的平台倾角信息等平台位姿信息后进行解算生成绞车控制指令，发送到绞车控制器37控制张力绞车、锚泊绞车按照给定速度或行程进行收放缆的动作，从而起到调整水下试验平台姿态的目的；小车测速控制器35接收小车加速度信号和机械测速装置信号后综合解算出小车实时速度，小车速度控制器34根据小车测速控制器35解算出的小车实时速度及小车数学模型，给定牵引绞车速度指令发送给绞车控制器37控制液压牵引绞车来控制小车运行，小车测速控制器与小车速度控制器通过所述第二交换机进行信息传递，从而达到精确控制小车速度的目的；平台配电系统控制器36中的开关量输入输出模块对水下配电系统开关远程控制，并将水下配电系统的状态信息（包括电流、电压、绝缘报警信号、开关合闸/分断状态信息）通过水下主控制器32发送至水上控制单元1。本实施例中，光纤传输单元2包括光纤23及光纤23两端的第一波分器22及第一收发器21、第二波分器24及第二收发器25，运用波分复用技术，采用1310nm和1550nm两个波长的光达到冗余的作用，通过一根光纤23进行信号传输，其中第一波分器22与光纤23一端连接，第二波分器24与光纤23另一端连接，第一收发器21接入第一交换机14，第二收发器25接入第二交换机31。

接下来分别从水下试验平台的姿态调整及平台上小车的精确遥控对水下试验平台遥控系统的操作进行说明。

由于水下试验平台在进行相关试验时，需要在一个指定的区域，因此平台内的设备必须到指定区域后才能够对重要负载进行遥控通电。当水下试验平台被拖动到指定区域后，操作者通过操作面板控制器12发送一个合闸的开关量信号，该信号通过第一交换机14传输到水上主控器11，水上主控器11接受该合闸指令后按照数据传输的时序将该指令通过光纤传输单元中的第一收发机21转换为光信号，通过第一波分器22和光纤传输给第二波分器24，并经过第二收发器25将光信号还原为行程指令，发送给平台主控制器32，平台主控制器32接受该行程指令后通过第二交换机31将该指令发送给平台配电系统控制器36，平台配电系统控制器36将该合闸指令发送至对应的配电板上的开关，使得开关合闸。当试验结束后，通过同样的方式发送分闸指令，使得开关分闸。同时，平台配电系统控制器接受配电板上的电流，电压信号和绝缘低报警信号，并通过第二交换机31发送给平台主控制器32，平台主控制器32将这些信息按照时序进行打包，然后通过光纤传输单元传输至水上控制单元中的水上主控制器11，水上主控制器11按照时序对数据进行解包，并将解包后的电流、电压和绝缘低报警信号通过第一交换机14发送给显示装置处理器13，并通过显示器进行显示。

当平台上的重要设备得电后，水下试验平台开始进行平台姿态和小车速度控制的精确遥控。

水下试验平台的姿态调整分为手动调整和自动调整。当手动调整时，操作者通过操作面板控制器12发送行程指令，该指令通过第一交换机14传输到水上主控器11，水上主控器11接受该行程指令后根据数据传输的时序将该指令通过光纤传输单元中的第一收发机21转换为光信号，通过第一波分器22和光纤传输给第二波分器24，并经过第二收发器25将光信号还原为行程指令，发送给平台主控制器32，平台主控制器32接受该行程指令后通过第二交换机31将该指令发送给绞车控制器37，绞车控制器37根据该行程指令进行闭环控制绞车进行动作。同时，安装于平台四周的深度计和倾角仪通过RS485的数据接口与平台位姿控制器33相连，将4个深度信息和倾角信息发送给平台位姿控制器33，平台位姿控制器33通过第二交换机31将4个深度计的深度信息和1个倾角仪的倾角信息发送给平台主控制器32，平台主控制器32将这5个信息按照时序进行打包，然后通过光纤传输单元传输至水上控制单元中的水上主控制器11，水上主控制器11按照时序对数据进行解包，并将解包后的深度信息和倾角信息通过第一交换机14发送给显示装置处理器13，并通过显示器进行显示，此时操作人员再根据深度信息和倾角信息进行判断是否满足水下平台的姿态要求，若满足要求则停止调整，若不满足要求再进行新一轮的调整。

当自动调整时，平台位姿控制器33根据平台四周的深度信息和姿态信息按照平台的数学模型进行解算，通过解算给出4个张力绞车需要完成的行程指令，并将该指令发送给平台主控制器32，平台主控制器32再通过第二交换机31将该指令发送给绞车控制器37，绞车控制器37根据该行程指令进行闭环控制绞车进行动作，完成水下试验平台的姿态调整。当平台进行姿态调整是，平台四周的深度信息和姿态信息同时通过所述手动调整时的数据传输方式发送到显示处理器13进行显示。

水下试验平台进行小车速度控制时，小车测速控制器35利用加速度计和机械测速装置测量小车加速度和车轮转速值，根据实际工况综合处理实时解算出小车速度信号，小车测速控制器35将解算出的小车速度信号通过第二交换机31将该指令发送给平台主控制器32，平台主控制器32再将该速度信号发送给小车速度控制器34，小车速度控制器34根据小车实时速度及数学模型，给定牵引绞车速度信号，并将该信号通过第二交换机31和平台主控制32通过以太网发送给绞车控制器37，从而指挥牵引绞车按找给定的速度进行运行。

与此同时，小车测速控制器35将加速度计的加速度信号和小车的速度信号通过第二交换机31发送给平台主控制器32，平台主控制器32将这加速度信号和小车速度信号按照时序进行打包，然后通过光纤传输单元传输至水上控制单元中的水上主控制器11，水上主控制器11按照时序对数据进行解包，并将解包后的加速度信号和小车速度信号发送给显示装置处理器13，并通过显示器进行显示。

本发明的有益效果是能通过水下控制单元接收平台位姿信息，并将绞车控制指令来实现对水下试验平台的姿态的精确遥控；通过水下控制单元接收小车信号，并将牵引绞车速度指令发送给绞车控制器控制液压牵引绞车，实现对水下试验平台上小车的精确遥控，满足了水下试验平台水下无人工作的需求。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种水下试验平台遥控系统，其特征在于，包括水上控制单元、平台控制单元和光纤传输单元，所述水上控制单元和平台控制单元通过所述光纤传输单元连接；

所述水上控制单元包括水上主控制器、操作面板控制器和第一交换机，所述水上主控制器和所述操作面板控制器分别接入所述第一交换机，所述水上主控制器接收所述平台控制单元通过所述光纤传输单元传输的信号,并对所述信号进行分析和诊断，所述水上主控制器还接收所述操作面板控制器的控制指令，并将所述控制指令通过所述光纤传输单元传输到所述平台控制单元；

所述平台控制单元包括平台主控制器、平台位姿控制器、小车速度控制器、小车测速控制器、绞车控制器和第二交换机；所述平台主控制器、平台位姿控制器、小车速度控制器、小车测速控制器和绞车控制器分别接入所述第二交换机；所述平台主控制器对接收到的水上主控制器通过所述光纤传输单元传来的指令进行解包和校验后发送给对应的控制器，同时将获取的平台位姿控制器、小车速度控制器、小车测速控制器、绞车控制器的信息打包通过所述光纤传输单元发送至水上主控制器；所述平台位姿控制器接收安装于平台四角的深度计和安装于平台中心的倾角仪测量的平台位姿信息，将绞车控制指令发送到所述绞车控制器控制张力绞车、锚泊绞车，所述小车测速控制器接收小车加速度信号和机械测速装置信号后综合解算出小车实时速度，所述小车速度控制器将牵引绞车速度指令发送给所述绞车控制器控制液压牵引绞车。

2.根据权利要求1所述的水下试验平台遥控系统，其特征在于，所述平台控制单元还包括平台配电系统控制器，所述平台配电系统控制器连接至所述第二交换机，所述平台配电系统控制器中的开关量输入输出模块对水下配电系统开关远程控制，并将水下配电系统的状态信息通过所述水下主控制器发送至水上控制单元。

3.根据权利要求1或2所述的水下试验平台遥控系统，其特征在于，所述水上控制单元还包括显示装置处理器，所述显示装置处理器接入所述第一交换机网络接口，所述显示装置处理器接收由水上主控制器转发的平台深度信息和倾角信号、运动小车速度及加速度参数。

4.根据权利要求1或2所述的水下试验平台遥控系统，其特征在于，所述光纤传输单元包括光纤及光纤两端的第一波分器及第一收发器、第二波分器及第二收发器，其中所述第一波分器与所述光纤一端连接，所述第二波分器与所述光纤另一端连接，所述第一收发器接入所述第一交换机，所述第二收发器接入所述第二交换机。