一種用於海上水下拖曳載體的自動對接控制裝置及方法
2023-05-10 06:56:26 1
一種用於海上水下拖曳載體的自動對接控制裝置及方法
【專利摘要】本發明屬於自動化控制【技術領域】，具體涉及一種用於海上水下拖曳載體的自動對接控制裝置及對接方法。該控制裝置包括主動信號發送裝置、綜合顯控裝置、絞車控制裝置、水下控制裝置、姿態傳感器、聲信號處理裝置、聲基陣、從動信號接收裝置和聲信標；該對接方法利用控制裝置能自動或手動控制縱向水下拖曳載體快速、準確、自動尋的對接，以簡化操作，提高自動化和可視化程度。
【專利說明】一種用於海上水下拖曳載體的自動對接控制裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於自動化控制【技術領域】，具體涉及一種用於海上水下拖曳載體的自動對接控制裝置及對接方法。
【背景技術】
[0002]在現有的技術中，海上油料補給水平是決定船隻遠航能力的重要因素，海上航行縱向油料補給在海上補給中佔有非常重要的地位，是海上油料補給的主要方式。長期以來，航行縱向油料補給一直沿用人工對接的方式進行，存在著打撈抓取不準、人力拖拉軟管困難、勞動強度大、可靠性差等諸多問題。研製海上自動縱向水下對接裝置，解決海上油料補給人力密集的問題，提供一型自動化程度較高的海上航行縱向油料補給對接裝置勢在必行。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於克服現有技術中存在的缺陷，設計用於海上水下拖曳載體的自動對接控制裝置和對接方法，該方法能自動或手動控制縱向水下拖曳載體快速、準確、自動尋的對接，以簡化操作，提高自動化和可視化程度。
[0004]為了實現上述目的，本發明的技術方案是設計一種用於海上水下拖曳載體的自動對接控制裝置，該控制裝置包括主動信號發送裝置、綜合顯控裝置、絞車控制裝置、水下控制裝置、姿態傳感器、聲信號處理裝置、聲基陣、從動信號接收裝置和聲信標；該控制裝置用於主動船和從動船，在所述主動船上設有主動拖體、絞車；在所述主動拖體上設有垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板；在所述從動船上設有從動拖體；
[0005]所述從動信號接收裝置與所述主動信號發送裝置相連；所述綜合顯控裝置與所述絞車控制裝置、主動信號發送裝置相連，所述絞車控制裝置與絞車相連，所述絞車通過線纜與主動拖體相連，所述絞車控制裝置與水下控制裝置通過RS485第一串口相連，水下控制裝置與垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板的驅動機構相連；所述絞車控制裝置還與聲信號處理裝置通過RS485第二串口相連，所述聲信號處理裝置接收聲基陣的信號；所述姿態傳感器與所述聲信號處理裝置通過RS232串口相連。
[0006]還包括顯示裝置，所述顯示裝置用於顯示綜合顯控裝置的對接信息。
[0007]所述的自動對接控制裝置的對接方法在於:
[0008]步驟一、在所述綜合顯控裝置設置所述主動拖體和從動拖體對接條件，並將該對接條件通過所述主動信號發送裝置通過無線電臺發送至所述從動信號接收裝置；所述主動船和從動船按照計劃進入對接陣位，所述主動船的絞車通過線纜將所述主動拖體布放入水，所述從動船通過鋼索將所述從動拖體布放入水；
[0009]步驟二、開啟所述絞車控制裝置，所述主動拖體的所述聲基陣接收所述從動拖體的聲信標信號，所述聲信號處理裝置得到所述主動拖體和從動拖體的相對位置並將該相對位置信號通過RS485第二串口傳遞至所述絞車控制裝置，所述絞車控制裝置將該相對位置信號轉發至所述綜合顯控裝置；
[0010]步驟三、所述綜合顯控裝置根據接收的所述主動拖體和從動拖體相對位置信號，下發絞車放纜指令給所述絞車控制裝置，同時綜合顯控裝置由絞車控制裝置通過RS485第一串口將翼板舵板調整指令給水下控制裝置；
[0011]步驟四、所述絞車控制裝置根據綜合顯控裝置的指令控制所述絞車釋放所述主動拖體，並將所述主動拖體和從動拖體間隔調整到2?3分鐘時，停止所述絞車工作；
[0012]步驟五、所述水下控制裝置控制所述水平舵板、水平翼板、垂直舵板、垂直翼板的角度進而調整所述主動拖體的姿態，所述姿態傳感器通過RS232串口將所述主動拖體的姿態信息傳送至所述聲信號處理裝置，所述聲信號處理裝置通過絞車控制裝置將所述主動拖體的姿態信息反饋至所述綜合顯控裝置；
[0013]步驟六、所述綜合顯控裝置接收到所述主動拖體的姿態信息，所述綜合顯控裝置判斷主動拖體和從動拖體是否具備對接條件；
[0014]當具備時，綜合顯控裝置下達指令給所述絞車控制裝置控制所述絞車釋放所述主動拖體與從動拖體對接，綜合顯控裝置下發指令至絞車控制裝置，控制所述絞車回收，斷開所述主動拖體和從動拖體；
[0015]當不具備時，重新調整所述主動拖體的姿態直至具備對接條件。
[0016]所述主動拖體和從拖體的對接條件為:所述主動拖體與從動拖體水平相對距離(0.2m ;所述主動拖體與從動拖體垂直相對深度< 0.1m ;所述主動拖體與從動拖體相對仰角<5° ;所述主動拖體橫滾角< 20°。
[0017]本發明的優點和有益效果在於:該控制系統能自動或手動控制水下拖曳載體快速、準確、自動尋的對接，以簡化操作，提高自動化和可視化程度。還具有以下優點，一、制定對接條件，包括主動船、從動船航線、航速，航線偏離允許誤差，相對船位，作業區進入點，對接作業區，對接作業區，對接脫離區，作業區脫離點等；二、指令開始對接操作或停止對接操作；三、通過指控界面實現對接態勢顯示，包括顯示主動船和從動船對接航線、作業區進入點、對接作業區、對接脫離區、作業區脫離點；四、顯示主動船和從動船實際航跡、航速、航向、船位和位置匹配區域，數據顯示當前船位大地坐標和航線偏離值，圖形和數據顯示從動拖體和主動拖體水平相對位置和大地坐標；五、數據顯示輸油軟管壓力、長度、拖力。實現輔助指揮，根據態勢信息提供對接作業時主動船、從動船機動參考信息。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明的【具體實施方式】作進一步描述，以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
[0020]如圖1所示，本發明具體實施的技術方案是:一種用於海上水下拖曳載體的自動對接控制裝置，該控制裝置包括主動信號發送裝置、綜合顯控裝置、絞車控制裝置、水下控制裝置、姿態傳感器、聲信號處理裝置、聲基陣、從動信號接收裝置和聲信標；該控制裝置用於主動船和從動船，在所述主動船上設有主動拖體、絞車；在所述主動拖體上設有垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板；在所述從動船上設有從動拖體；
[0021]其特徵在於:所述從動信號接收裝置與所述主動信號發送裝置相連；所述綜合顯控裝置與所述絞車控制裝置、主動信號發送裝置相連，所述絞車控制裝置與絞車相連，所述絞車通過線纜與主動拖體相連，所述絞車控制裝置與水下控制裝置通過RS485第一串口相連，水下控制裝置與垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板的驅動機構相連；所述絞車控制裝置還與聲信號處理裝置通過RS485第二串口相連，所述聲信號處理裝置接收聲基陣的信號；所述姿態傳感器與所述聲信號處理裝置通過RS232串口相連。
[0022]還包括顯示裝置，所述顯示裝置用於顯示綜合顯控裝置的對接信息。
[0023]所述的自動對接控制裝置的對接方法在於:
[0024]步驟一、在所述綜合顯控裝置設置所述主動拖體和從動拖體對接條件，並將該對接條件通過所述主動信號發送裝置通過無線電臺發送至所述從動信號接收裝置；所述主動船和從動船按照計劃進入對接陣位，所述主動船的絞車通過線纜將所述主動拖體布放入水，所述從動船通過鋼索將所述從動拖體布放入水；
[0025]步驟二、開啟所述絞車控制裝置，所述主動拖體的所述聲基陣接收所述從動拖體的聲信標信號，所述聲信號處理裝置得到所述主動拖體和從動拖體的相對位置並將該相對位置信號通過RS485第二串口傳遞至所述絞車控制裝置，所述絞車控制裝置將該相對位置信號轉發至所述綜合顯控裝置；
[0026]步驟三、所述綜合顯控裝置根據接收的所述主動拖體和從動拖體相對位置信號，下發絞車放纜指令給所述絞車控制裝置，同時綜合顯控裝置由絞車控制裝置通過RS485第一串口將翼板舵板調整指令給水下控制裝置；
[0027]步驟四、所述絞車控制裝置根據綜合顯控裝置的指令控制所述絞車釋放所述主動拖體，並將所述主動拖體和從動拖體間隔調整到2?3分鐘時，停止所述絞車工作；
[0028]步驟五、所述水下控制裝置控制所述水平舵板、水平翼板、垂直舵板、垂直翼板的角度進而調整所述主動拖體的姿態，所述姿態傳感器通過RS232串口將所述主動拖體的姿態信息傳送至所述聲信號處理裝置，所述聲信號處理裝置通過絞車控制裝置將所述主動拖體的姿態信息反饋至所述綜合顯控裝置；
[0029]步驟六、所述綜合顯控裝置接收到所述主動拖體的姿態信息，所述綜合顯控裝置判斷主動拖體和從動拖體是否具備對接條件；
[0030]當具備時，綜合顯控裝置下達指令給所述絞車控制裝置控制所述絞車釋放所述主動拖體與從動拖體對接，綜合顯控裝置下發指令至絞車控制裝置，控制所述絞車回收，斷開所述主動拖體和從動拖體；
[0031]當不具備時，重新調整所述主動拖體的姿態直至具備對接條件。
[0032]所述主動拖體和從拖體的對接條件為:所述主動拖體與從動拖體水平相對距離(0.2m ;所述主動拖體與從動拖體垂直相對深度< 0.1m ;所述主動拖體與從動拖體相對仰角<5° ;所述主動拖體橫滾角< 20°。
[0033]主動拖體和從動拖體是通過水聲定位的方式解算相對距離和相對深度差的。主動拖體的信號包括兩路，一路是聲信號處理裝置與綜合顯控裝置相連，一路是水下控制裝置與綜合顯控裝置相連。
[0034]自動迫近、自動對接，採用主動拖體上裝有聲基陣，聲基陣作為主動拖體的眼睛，尋找被動拖體的聲信標信號，實時解算相對位置，自動迫近、自動對接；對接時，採用突然釋放主動拖體撞擊被動拖體，實施對接。在具備對接條件前提下，自動閃爍提醒，對接態勢顯示，對接界面採用大環套小環的方式顯示對接狀態。
[0035]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種用於海上水下拖曳載體的自動對接控制裝置，該控制裝置包括主動信號發送裝置、綜合顯控裝置、絞車控制裝置、水下控制裝置、姿態傳感器、聲信號處理裝置、聲基陣、從動信號接收裝置和聲信標； 其特徵在於:所述從動信號接收裝置與所述主動信號發送裝置相連；所述綜合顯控裝置與所述絞車控制裝置、主動信號發送裝置相連，所述絞車控制裝置與絞車相連，所述絞車通過線纜與主動拖體相連，所述絞車控制裝置與水下控制裝置通過RS485第一串口相連，水下控制裝置與垂直翼板、垂直舵板、水平翼板、水平舵板的驅動機構相連；所述絞車控制裝置還與聲信號處理裝置通過RS485第二串口相連，所述聲信號處理裝置接收聲基陣的信號；所述姿態傳感器與所述聲信號處理裝置通過RS232串口相連。
2.根據權利要求1所述的一種用於海上水下拖曳載體的自動對接控制裝置，其特徵在於:還包括顯示裝置，所述顯示裝置用於顯示綜合顯控裝置的對接信息。
3.一種根據權利要求1或2所述的自動對接控制裝置的對接方法在於: 步驟一、在所述綜合顯控裝置設置所述主動拖體和從動拖體對接條件，並將該對接條件通過所述主動信號發送裝置通過無線電臺發送至所述從動信號接收裝置；所述主動船和從動船按照計劃進入對接陣位，所述主動船的絞車通過線纜將所述主動拖體布放入水，所述從動船通過鋼索將所述從動拖體布放入水； 步驟二、開啟所述絞車控制裝置，所述主動拖體的所述聲基陣接收所述從動拖體的聲信標信號，所述聲信號處理裝置得到所述主動拖體和從動拖體的相對位置並將該相對位置信號通過RS485第二串口傳遞至所述絞車控制裝置，所述絞車控制裝置將該相對位置信號轉發至所述綜合顯控裝置； 步驟三、所述綜合顯控裝置根據接收的所述主動拖體和從動拖體相對位置信號，下發絞車放纜指令給所述絞車控制裝置，同時綜合顯控裝置由絞車控制裝置通過RS485第一串口將翼板舵板調整指令給水下控制裝置； 步驟四、所述絞車控制裝置根據綜合顯控裝置的指令控制所述絞車釋放所述主動拖體，並將所述主動拖體和從動拖體間隔調整到2?3分鐘時，停止所述絞車工作； 步驟五、所述水下控制裝置控制所述水平舵板、水平翼板、垂直舵板、垂直翼板的角度進而調整所述主動拖體的姿態，所述姿態傳感器通過RS232串口將所述主動拖體的姿態信息傳送至所述聲信號處理裝置，所述聲信號處理裝置通過絞車控制裝置將所述主動拖體的姿態信息反饋至所述綜合顯控裝置； 步驟六、所述綜合顯控裝置接收到所述主動拖體的姿態信息，所述綜合顯控裝置判斷主動拖體和從動拖體是否具備對接條件； 當具備時，綜合顯控裝置下達指令給所述絞車控制裝置控制所述絞車釋放所述主動拖體與從動拖體對接，綜合顯控裝置下發指令至絞車控制裝置，控制所述絞車回收，斷開所述主動拖體和從動拖體； 當不具備時，重新調整所述主動拖體的姿態直至具備對接條件。
4.根據權利要求3所述的自動對接控制裝置的對接方法，其特徵在於:所述主動拖體和從拖體的對接條件為:所述主動拖體與從動拖體水平相對距離< 0.2m ;所述主動拖體與從動拖體垂直相對深度< 0.1m ;所述主動拖體與從動拖體相對仰角< 5° ;所述主動拖體橫滾角<20°。
【文檔編號】G05B19/02GK103496437SQ201310424815
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】諶啟偉, 張晉斌, 唐宗勇, 張輝, 趙治平, 官紅, 任宏偉 申請人:中國船舶重工集團公司第七一〇研究所