海底管道內爬行器智能控制器的製作方法
2023-06-13 15:17:01 4
專利名稱：海底管道內爬行器智能控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種海洋工程技術領域的裝置，具體是一種海底管道內爬行器智能控制器。
背景技術：
我國海洋石油資源豐富，在水深200米以內的大陸架，石油蘊藏量約150～200億噸。我國已發現的海上大型油田的許多輸油管線都是在80年代鋪設的，近年來進入了管線洩漏的高發期，迫切需要對其進行檢修。國外已成熟應用的海底管線檢修裝置不能完全適合維護我國淺海石油管道的需求，且價格昂貴。因此開發出一種具有自主智慧財產權的淺海石油管線的檢漏與維修自動設備，不但可減少因管線老化造成的巨大經濟損失，減少石油洩漏所造成的汙染，而且可掌握這一領域的關鍵技術，便於今後開發用於檢修不同口徑管線的系列產品，保障我國淺海石油管線的安全運行。
經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利公開號CN1828219A，
公開日為2006.09.06，專利名稱為海底管道智能檢測器，該專利申請自述為「一種海底管道智能檢測器，屬於檢測技術領域，包括驅動裝置、漏磁檢測頭、漏磁信號處理裝置、電源裝置、裡程儀、旋轉編碼器、超聲檢測頭及超聲信號處理裝置。驅動裝置、漏磁檢測頭、漏磁信號處理裝置、電源裝置、超聲信號處理裝置、超聲檢測頭由頭至尾依次用萬向節相連，裡程儀設在超聲信號處理裝置的滾輪上，旋轉編碼器設在漏磁信號處理裝置箱體內」。其不足之處是檢測裝置只能檢測到輸油管道中的缺陷，及缺陷在管道中的位置，卻無法對發現的缺陷進行維修，因此存在缺陷的管道依舊不能正常運行。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種海底管道內爬行器智能控制器，使其解決了我國近海石油管道的維修問題。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括PC104總線CPU模塊、PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯式慣性導航系統、傾斜傳感器、CF卡存儲器和無線網絡模塊。
所述的PC104總線CPU模塊，是本發明的核心部件，其它部件都與它相連接，PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯式慣性導航系統、傾斜傳感器、CF卡存儲器和無線網絡模塊相連。PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊以標準PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與PC104總線CAN通訊模塊以標準PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與捷聯式慣性導航系統以並行接口互連；PC104總線CPU模塊與傾斜傳感器以串行接口RS-232標準互連；PC104總線CPU模塊與CF卡存貯器以IDE接口互連；PC104總線CPU模塊與無線網絡模塊以USB接口互聯。
所述的PC104總線DC/DC電源模塊與管道內爬行器的電源單元相連，它把電原單元提供的+24V直流電轉換為+5V的直流電供PC104總線CPU模塊使用，此外PC104總線DC/DC電源模塊還有保持供電電壓平穩、減少電源單元供電電壓的變化對PC104總線CPU模塊的影響。
所述的PC104總線CAN通訊模塊通過公共的CAN總線與爬行器的電源單元、爬行單元、檢測單元和定位單元互連，PC104總線CPU模塊藉助PC104總線CAN通訊模塊向電源單元、爬行單元、檢測單元和定位單元發送控制命令和接收他們的消息反饋，實現了智能控制器與電源單元、爬行單元、檢測單元和定位單元通訊的功能。
所述的捷聯式慣性導航系統能夠提供爬行器在運動時位置變化的信息，該信息以爬行器的位置相對於基準坐標系的坐標變化表示，具體表現為其在X軸，Y軸和Z軸上坐標變化的增量(如ΔX、ΔY和ΔZ，這三個測量值隨時間漂移)，PC104總線CPU模塊採用統計學習方法對位置變化的信息加以處理，計算出爬行器的位置變化量ΔX、ΔY和ΔZ與爬行器在水平面上的傾斜角度的關係，該傾斜角度可由傾斜傳感器準確的測得，然後用傾斜角度值反推得到ΔX、ΔY和ΔZ的準確值，這一數學處理方法可以消除捷聯式慣性導航系統的測量值隨時間漂移。
所述的傾斜傳感器能夠向PC104總線CPU模塊提供爬行器在水平面上的傾斜角度值，該角度值被用於修正慣性導航系統向PC104總線CPU模塊提供的爬行器在運動時其位置變化的信息。
所述的CF卡存儲器中存儲智能控制器的作業系統程序、數值處理程序和控制程序。
所述的無線網絡模塊與現場調試電腦的無線網卡構成AD-HOC模式的無線網絡，方便對智能控制器的現場調試工作。
本發明的工作過程和工作原理1、對海底管道中的缺陷進行檢修需要兩個步驟①在線檢測在管道不停產的情況下，在線檢測設備採用皮碗作為驅動裝置，採用超聲探頭等無損探傷設備對管道進行檢測、採用慣性導航系統測量管道的地理信息，對採集的數據進行保存，檢測過程完成後進行有行業專家參與的離岸分析過程，最終得出包含有管道地理信息、管道缺陷信息和焊縫信息的管道信息文件。②定位檢測現場調試電腦與智能控制器的無線網絡模塊構成無線網絡，通過無線網絡把管道信息文件下載到智能控制器，智能控制器自身攜帶的傳感器測量的數據經過處理後，與管道信息文件中記載的數據相比對，據此自動生成控制爬行器進行缺陷定位的方案。
2、PC104總線CPU模塊是智能控制器的數據處理中心，慣性導航系統測得的爬行器所處空間位置的變化隨著時間漂移，PC104總線CPU模塊計算出這一空間位置的變化量與爬行器在水平面方向傾斜角度的關係，傾斜傳感器可以準確測量這一傾斜角度的數值，因此可以用準確的傾斜角度值反演爬行器所處空間位置的變化值，對這一空間位置的變化值按微小時間段進行累加就可以得出爬行器在輸油管道中的空間位置。
3、PC104總線CAN通訊模塊通過公共的CAN總線與爬行器的電源單元、爬行單元、檢測單元和定位單元互連，智能控制器藉助PC104總線CAN通訊模塊發送控制命令、接收電源單元提供的裡程輪信息和檢測單元提供的焊縫信息，及電源單元、爬行單元、檢測單元和定位單元的消息反饋，這些信息與PC104總線CPU模塊計算得出的爬行器在管道中的空間位置信息相融合能夠為爬行器精確定位於管道的缺陷處提供依據。
本發明智能控制器自主控制爬行器精確定位到管道中的缺陷位置，然後命令爬行器發射超低頻信號來引導搶修船對管道缺陷進行維修，解決了我國近海石油管道的維修問題。
圖1為本發明智能控制器系統構成圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括PC104總線CPU模塊、PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯式慣性導航系統、傾斜傳感器、CF卡存儲器和無線網絡模塊。所述的PC104總線CPU模塊，其它部件都與它相連接，PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯式慣性導航系統、傾斜傳感器、CF卡存儲器和無線網絡模塊相連。PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊以標準PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與PC104總線CAN通訊模塊以標準PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與捷聯式慣性導航系統以並行接口互連；PC104總線CPU模塊與傾斜傳感器以串行接口RS-232標準互連；PC104總線CPU模塊與CF卡存貯器以IDE接口互連；PC104總線CPU模塊與無線網絡模塊以USB接口互聯。
本實施例海底管道內爬行器智能控制器是海底管道內爬行器的一個組成部分，海底管道內爬行器包括智能控制器、電源單元、爬行單元、檢測單元和定位單元，他們之間通過電源線和CAN通訊總線相互連接。
所述的PC104總線CPU模塊是智能控制器的數據處理中心，它用傾斜傳感器的測量值校準慣性導航系統的測量值，可得到爬行器所處空間位置的變化值，對這一空間位置的變化值按微小時間段進行累加得出爬行器在輸油管道中的空間位置，採用信息融合技術對爬行器所處管道中的空間位置信息、裡程計信息和焊縫信息進行處理，得到爬行器在管道中的精確位置信息，把此結果與管道信息文件中記載的數據相比對，據此自動生成控制爬行器進行缺陷定位的方案，完成爬行器對管道中存在缺陷位置的精確定位。
所述的PC104總線DC/DC電源模塊把電源單元提供的+24V直流電轉換為+5V的直流電供智能控制器的所有組成部件使用，該電源模塊能夠消除電源單元提供的電壓不穩時對智能控制器工作的影響，它與PC104總線CPU模塊採用相同的總線結構，因而具有安裝方便的特點。
所述的PC104總線CAN通訊模塊通過公共的CAN總線與爬行器的電源單元、爬行單元、檢測單元和定位單元互連，智能控制器藉助PC104總線CAN通訊模塊發送控制命令、接收安裝於其它單元上傳感器所測得的數據和接收其它單元的消息反饋，其它單元所測得的數據包括檢測單元測得的焊縫信息和電源單元測得的裡程計信息，這些信息為PC104總線CPU模塊分析計算爬行器在管道中的準確位置提供依據。
所述的慣性導航系統提供爬行器在運動時位置變化的信息，該信息以爬行器的位置相對於基準坐標系的坐標變化表示，具體表現為其在X軸，Y軸和Z軸上坐標變化的增量ΔX、ΔY和ΔZ，但ΔX、ΔY和ΔZ三個測量值因隨時間漂移而不能被直接使用，因此採用統計學習方法對爬行器的位置變化的信息加以處理，計算出位置變化值ΔX、ΔY和ΔZ與爬行器在水平面上的傾斜角度的關係，該傾斜角度可由傾斜傳感器準確的測得，然後用傾斜角度值反推得到ΔX、ΔY和ΔZ的準確值，按微小時間段對其進行累積得到爬行器在輸油管道中的空間位置，智能控制器參考這一信息完成輸油管道缺陷定位的任務。
5、CF卡存儲器所述的CF卡存儲器中存儲智能控制器的作業系統程序、數值處理程序和控制程序，它體積小、重量輕、功耗低，與PC104總線CPU模塊接口容易。
6、無線網絡模塊所述的無線網絡模塊與現場調試電腦的無線網卡構成AD-HOC模式無線網絡，現場對系統調試時，採用調試電腦對智能控制器實施遠程登陸來監控系統的運行，同時通過無線網絡把管道信息文件下載到智能控制器。
權利要求
1.一種海底管道內爬行器智能控制器，包括PC104總線CPU模塊、PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯式慣性導航系統、傾斜傳感器、CF卡存儲器和無線網絡模塊，其特徵在於所述的PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯式慣性導航系統、傾斜傳感器、CF卡存儲器和無線網絡模塊相連，PC104總線CPU模塊是智能控制器的數據處理中心，它通過檢測和計算得到爬行器在管道中的精確位置信息，把該信息與管道信息文件中記載的數據相比對，據此自動生成控制爬行器進行缺陷定位的方案，全自主控制爬行器完成對管道中缺陷處的精確定位。
2.根據權利要求1所述的海底管道內爬行器智能控制器，其特徵是，所述的PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊以標準PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與PC104總線CAN通訊模塊以標準PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與捷聯式慣性導航系統以並行接口互連；PC104總線CPU模塊與傾斜傳感器以串行接口RS-232標準互連；PC104總線CPU模塊與CF卡存貯器以IDE接口互連；PC104總線CPU模塊與無線網絡模塊以USB接口互聯。
3.根據權利要求1或者2所述的海底管道內爬行器智能控制器，其特徵是，所述的PC104總線DC/DC電源模塊，與管道內爬行器的電源單元相連，它把電原單元提供的+24V直流電轉換為+5V的直流電供PC104總線CPU模塊使用，此外PC104總線DC/DC電源模塊還保持供電電壓平穩、減少電源單元供電電壓的變化對PC104總線CPU模塊的影響。
4.根據權利要求1或者2所述的海底管道內爬行器智能控制器，其特徵是，所述的PC104總線CAN通訊模塊，通過公共的CAN總線與爬行器的電源單元、爬行單元、檢測單元和定位單元互連，PC104總線CPU模塊藉助PC104總線CAN通訊模塊向電源單元、爬行單元、檢測單元和定位單元發送控制命令和接收他們的消息反饋，實現智能控制器與電源單元、爬行單元、檢測單元和定位單元通訊。
5.根據權利要求1或者2所述的海底管道內爬行器智能控制器，其特徵是，所述的捷聯式慣性導航系統，檢測爬行器在管道中的位置，所述的傾斜傳感器測得爬行器在水平面上的傾斜角度值，用傾斜角度值修正捷聯式慣性導航系統測得的爬行器所處空間位置的變化，對這一空間位置的變化按微小時間段進行累加得出爬行器所處輸油管道中的空間位置。
6.根據權利要求1或者2所述的海底管道內爬行器智能控制器，其特徵是，所述的CF卡存儲器中存儲智能控制器的作業系統程序、數值處理程序和控制程序。
7.根據權利要求1或者2所述的海底管道內爬行器智能控制器，其特徵是，所述的無線網絡模塊，與現場調試電腦的無線網卡構成AD-HOC模式無線網絡，通過無線網絡把管道信息文件下載到智能控制器。
全文摘要
一種海底管道內爬行器智能控制器，屬於智能控制領域。本發明包括PC104總線CPU模塊、PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯式慣性導航系統、傾斜傳感器、CF卡存儲器和無線網絡模塊。所述的PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯式慣性導航系統、傾斜傳感器、CF卡存儲器和無線網絡模塊相連，PC104總線CPU模塊是智能控制器的數據處理中心，它通過檢測和計算得到爬行器在管道中的精確位置信息，把該信息與管道信息文件中記載的數據相比對，據此自動生成控制爬行器進行缺陷定位的方案，全自主控制爬行器完成對管道中缺陷處的精確定位。本發明解決了我國近海石油管道的維修問題。
文檔編號F17D5/00GK1952825SQ20061011788
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月2日 優先權日2006年11月2日
發明者曹其新, 王忠巍, 欒楠, 趙言正, 付莊 申請人:上海交通大學