一種船用對外水炮控制系統的製作方法

2023-09-15 13:12:40

本發明涉及海監執法船隻和大型漁政船隻等裝備的對外水炮，具體是船用對外水炮控制系統。

背景技術：

隨著時代的發展和科技的進步，越來越多的海洋資源被人類所發掘和利用，與此同時人類也更多的認識到海洋的重要性，因此對於海洋資源的掌握成了國與國之間爭奪的焦點，進而帶來了一個個的國際爭端事件，為了捍衛國土和主權的完整，國家開始加大主權領域內的海上巡邏工作，為了保障自身的安全，又能實現對敵對目標的驅逐，作為非致命性武器—對外水炮派上了用場，另外在必要時也可以作為對外消防設備使用。

除了一些執法船隻可以配備船用對外水炮，現在很多的漁船也開始配備了這種水炮。因為這些漁船在海上作業時，有時會遇上海盜的劫持。這樣有了水炮就可以有效的阻止海盜船隻的靠近，從而保證了船上人員的人生安全。

現有的船用對外水炮控制系統主要存在下列不足。

①純粹的手動操作水炮：這類水炮結構相對簡單，操作容易，工作時需要專職的人員站在水炮旁邊，通過機械手柄來控制水炮的旋轉。但是當遇到對方也有水炮，雙方進入互射的時候就無法保證操作人員的安全。另外依靠手工操作，對目標攻擊的準確性和響應速度方面相對較差。

②遠程電動操作水炮：這類水炮相比較前一種類型有了很大改進，它通過電機的旋轉來帶動水炮的旋轉，操作人員只需在駕駛艙控制操作臺上方向手柄就可以控制水炮，這樣保證了人員的生命安全。但是在控制精度方面不夠理想，而且水炮旋轉速度也不快。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種實現自動化控制、水炮旋轉速度快的船用對外水炮控制系統。

本發明的技術方案是：船用對外水炮控制系統，包括多路組合開關，24VDC電源模塊，本地操作面板，PLC控制器，邏輯控制單元。

其中多路組合開關，用於將本系統內各部分功能區域的供電迴路獨立開來，這樣當某一迴路出現故障，只需將該迴路的開關切斷後即可維修，對其它迴路不構成影響，降低了整體的停機時間，多路組合開關的輸入端採用並聯的方式連接，並聯之後再與外部的單相交流電連接。所述24VDC電源模塊，用於向整個系統提供24VDC電源。

PLC控制器包括電源模塊、通訊模塊、輸入模塊和輸出模塊四個功能模塊，它作為整個控制系統的核心，負責外部狀態信息的採集、數據運算、邏輯判斷和結果輸出， PLC控制器分別與本地操作面板、邏輯控制單元連接。

本地操作面板作為人機互動的主要渠道，包括四象限搖杆、按鍵輸入開關和控制模式轉換開關，用於向所述PLC控制器發送操作指令，使PLC控制器按照指令執行相應的操作。

邏輯控制單元，主要由多個繼電器邏輯組合構成，繼電器的輸入端為24VDC的低電壓信號，與PLC控制器的輸入和輸出模塊相連，繼電器的輸出端為220VAC信號，用於對外部部件的實際操作，從而實現了低電壓信號對高電壓信號的間接控制。

本發明還必須有伺服驅動器和伺服電機，伺服驅動器和伺服電機作為一個整體使用，它們是實現本系統控制外部水炮方位旋轉的主要動力來源，伺服驅動器和PLC控制器之間通過脈衝控制總線進行連接。

進一步地提高水炮的旋轉速度，最好是包含兩套伺服驅動器和伺服電機，分別用於提供驅動水炮水平方位和垂直方位旋轉的動力。

進一步地提供人機互動方式，本發明還可以增加無線控制單元，無線控制單元包含無線發射手柄和無線接收機，無線發射手柄將控制命令通過無線射頻的方式發送給無線接收機，接收機接收到無線信號後，對無線信號進行解碼，校驗，並且將數字命令信號轉換成電信號傳送給PLC控制器。

進一步地，本發明還可以增加RS422通訊接口，RS422通訊接口將PLC控制器輸出的TTL電平的通信信號轉換成RS422標準的接口，便於同遠程主機之間的通訊。

本發明系統工作時，為了讓操作人員更加直觀的了解系統運行狀態的信息，還可以在本地操作面板上增加聲光報警燈和系統狀態指示燈，當系統出現故障或者由於人為的不正確操作，聲光報警指示燈會閃爍，報警蜂鳴器會發出報警聲音，給操作人員予以提示；系統狀態指示燈指示當前系統的一些主要工作狀態，如電源信息，蝶閥的位置信息，水泵的工作狀態等。

採用本發明的技術方案，實現了水炮自動化旋轉瞄準方位，不需要人工操作，同時，利用伺服驅動器和伺服電機給水炮旋轉提供動力，加快了水炮旋轉的速度，提高了水炮旋轉到目標方位的精確度。

附圖說明

圖1為本發明的結構框圖。

具體實施例

下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。

如圖1所示，本發明船用對外水炮控制系統，包括多路組合開關，24VDC電源模塊，本地操作面板，PLC控制器，邏輯控制單元，伺服驅動器和伺服電機。

其中，多路組合開關的輸入端採用並聯的方式連接，並聯之後再與外部的單相交流電連接，多路組合開關其中的任何一分支的輸出端連接到24VDC電源模塊的輸入端。

24VDC電源模塊用於向整個系統提供24VDC電源。

PLC控制器集電源模塊、通訊模塊、輸入模塊和輸出模塊功能於一體，用於採集外部狀態信息並進行數據運算分析、邏輯判斷和結果輸出，PLC控制器分別與本地操作面板、邏輯控制單元連接。

面板包括四象限搖杆、按鍵輸入開關和控制模式轉換開關，用於向PLC控制器發送操作指令，使PLC控制器按照指令執行相應的操作，四象限搖杆上下左右分別用來對應水炮仰角、俯角、左旋角、右旋角的旋轉動作方位；按鍵輸入開關主要包括系統的電源控制，系統啟動命令，水炮的開關命令，蝶閥的開關命令等；控制模式轉換開關主要包括操作模式的轉換（一共有三模式，即本地、遙控和遠程）和水炮旋轉速度的轉換（包含低速和高速）。

邏輯控制單元，主要由多個繼電器邏輯組合構成，繼電器的輸入端為24VDC的低電壓信號，與PLC控制器的輸入和輸出模塊相連，繼電器的輸出端為220VAC信號，用於對外部部件的實際操作，從而實現了低電壓信號對高電壓信號的間接控制。

伺服驅動器和伺服電機必須作為一個整體使用，是實現水炮自動旋轉的主要動力來源，伺服驅動器和PLC控制器之間通過脈衝控制總線進行連接。伺服驅動器和伺服電機是一個閉環操作，通過編碼器實時取得位置參數，提高水炮旋轉方位精確度，同時，其加速性能好，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，加快了水炮的旋轉速度。

優選地，最好是包含兩套伺服驅動器和伺服電機，其中一套用於驅動水炮水平方位自動化旋轉，另一套用於驅動水炮垂直方位自動化旋轉。

優選地，本發明還可以增加無線控制單元，無線控制單元包含無線發射手柄和無線接收機，無線發射手柄將控制命令通過無線射頻的方式發送給無線接收機，接收機接收到無線信號後，對無線信號進行解碼，校驗，並且將數字命令信號轉換成電信號傳送給PLC控制器。

優選地，本發明還可以增加RS422通訊接口，RS422通訊接口將PLC控制器輸出的TTL電平的通信信號轉換成RS422標準的接口，便於同遠程主機之間的通訊。

優選地，還可以在本地操作面板上增加聲光報警燈和系統狀態指示燈，當系統出現故障或者由於人為的不正確操作，聲光報警指示燈會閃爍，報警蜂鳴器會發出報警聲音，給操作人員予以提示；系統狀態指示燈指示當前系統的一些主要工作狀態，如電源信息，蝶閥的位置信息，水泵的工作狀態等。

本發明船用對外水炮控制系統，工作時， DC24V電源模塊外部接入電壓，操作員開啟操作面板的按鍵輸入開關，選擇本地操作模式，系統通電後啟動自檢流程，自檢完後系統進入到預備狀態，當需要瞄準不友好目標時，操作人員通過操作四象限搖杆來控制水炮的上下左右方位的旋轉， PCL控制器接收到四象限搖杆操作命令後，進行分析、運算並轉換成指令發，然後把轉換的指令發送給伺服驅動器，伺服驅動器接受到PCL控制器的指令後再進行轉換位置參數指令發送給伺服電機，伺服電機按照接受的位置參數指令驅動水炮機械裝置進行方位旋轉，同時，伺服電機內部具有編碼器，可以實時獲取水炮機械裝置的位置參數並反饋給伺服驅動器，這樣便於系統調整，這樣就完成了目標方位的瞄準定位。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發明的保護範圍之內。