海洋潛水模擬工程計算機自控系統的製作方法
2024-03-21 10:22:05
專利名稱:海洋潛水模擬工程計算機自控系統的製作方法
本發明是有關海洋潛水模擬工程領域的自控系統。
海洋潛水模擬工程是研究和開發海底資源的先驅性試驗工程。世界上許多發達國家和有海域的國家都耗資巨額投資從事該領域的技術競爭。目前國內外海洋潛水模擬工程試驗水平已超過300米水深。
眾所周知，海洋潛水模擬工程試驗應該把潛水試驗人員的安全保證置於首位。因此，國內外對於計算機自控裝置在這個領域中的使用均採用十分謹慎的態度。70年代後期，國外雖有計算機自控裝置與工程配合但起用率不高。80年代以來，隨著微電子技術與計算機技術的不斷進展，國外用於海洋潛水模擬工程試驗的計算機自控系統，採用了許多專門開發的專用器件和部件但仍存在系統龐大，結構複雜造價昂貴，國內一直採用手控或半自動手控相結合方式。
本發明的目的是在確保潛水試驗人員安全的前提下，用計算機自控裝置模擬海洋潛水工程，實現予定的海洋潛水模擬工程，顯示試驗過程的即時工況，記錄試驗過程的數據和資料。
本發明是通過下列裝置來實施的。整個裝置是由軟體和硬體二大部份組成。硬體包括計算機基本單元、多通道數據採集單元、多通道控制信號發生單元、信號轉換匹配單元、安全單元、時鐘單元、繪圖單元;軟體包括系統軟體、主體軟體、輔助工具軟體。
本發明的結構方框圖，示於附圖1。〔1〕是計算機基本單元。計算機的類型可以是單板式微計算機、微型計算機或小型計算機;計算機基本系統包括與中央處理單元緊密結合的內存、接口以及基本外部配置(鍵盤、顯示、外存、列印等);計算機基本單元的核心部分可以採用單機或雙機配置，雙機配置具有更高的可靠性。〔2〕是圖形繪製單元，直接繪製整個試驗過程的各條預定數據曲線和實際數據曲線。〔3〕是時鐘單元，向整個裝置提供時間依據。〔4〕是多通道數據採集單元。〔5〕是多通道控制信號發生單元。〔6〕是信號轉換匹配單元。〔7〕是安全單元，是由機械、電子組合模塊構成，它使整個裝置在意外的嚴重障礙或危及潛水試驗人員安全的緊急情況下使海洋潛水模擬系統迅速處於安全狀態，並發出聲光信號，以及時採取進一步的措施。〔8〕是與安全單元相連的若干應急安全按鈕，安裝在幾個不同的地方。任何有資格的值班人員認為有不安全因素危及試驗時均可使用該按鈕使系統處於安全狀態。故障排除後，計算機可以迅速恢復運行，繼續實施預定方案或實施經過修改的方案。圖中「INPUT」為來自海洋潛水模擬裝置各傳感器的輸入信號，「OUTPUT」為計算機自控裝置向海洋潛水模擬裝置各執行機構輸出的控制信號，「SOFTWARE」是保證裝置正常工作並實現預定實驗方案的軟體。它包括系統軟體(S.S)、主體軟體(M.S)和輔助工具軟體(T.S)。
本實用新型的要點在於1.本發明採用計算機作為海洋潛水模擬工程自控裝置的核心部件，在軟體支持下實現各種預定的潛水模擬試驗。計算機的類型包括單板式微計算機、微型計算機及小型計算機;計算機的配置包括單機和雙機;雙機配置可以使用上述類型中的同類型計算機或不同類型計算機。
2.本發明採用多通道數據採集技術和多通道控制信號發生技術，可對多個艙體的壓力、氧分壓、二氧化碳濃度、溫度、溼度等參數進行採集和控制。
3.本發明採用的信號轉換匹配單元適用於多種傳感器的信息輸出，滿足各種控制執行機構的控制信息要求，並且A/D、D/A等器件處於最佳適配狀態。通道數可以是1至40個。
4.本發明對潛水試驗人員的人身安全和耗資巨大的設備安全採取了特別周密的技術措施，採用的安全保護技術具有極高的可靠性，應急操作十分方便。
5.本發明採用的多筆繪圖技術和數據顯示列印技術清晰地反應試驗過程的即時工況，完整地保存大量實驗數據。
6.本發明在控制技術方面除了採用傳統的開關方式、PID方式控制技術外，採用了先進的自適應控制技術。自適應控制技術與相應硬體技術和軟體技術密切配合使本實用新型在整個過程的各艙壓的控制精度達±0.2米水柱。
7.本發明的軟體中採用的數據獲取和預處理軟體技術的先進性在於它的抗幹擾性很強，去除虛假信號的本領很高，提高了裝置的控制精度。本實用新型的軟體中採用的非線性矯正軟體技術的先進性在於它大大地降低了對電子元器件和電子線路的線性要求，從而降低了昂貴的硬體成本。
8.本發明對於裝置各單元、部件和元器件的穩定性和可靠性採取了周密的技術措施，除了嚴格的選型和篩選外，採取了高溫加固技術，保證裝置長期穩定可靠地運行。本實用新型的總體設計十分注重系統的性能/價格比。
作為本發明的實施例之一採用微型計算機作為自控系統的核心部件，其基本配置為64K內存、標準鍵盤輸入、標準屏幕顯示、軟磁碟驅動器、80列印表機;採用16通道12位A/D轉換作為數據採集;採用16通道8位D/A轉換作為控制信號輸出;採用40通道信號轉換匹配單元作為信號適配;採用帶備用電源的可讀寫時鐘作為時間依據;採用六筆Xy繪圖儀繪製數據曲線;採用簡單可靠的機械、電子組合模塊作為安全單元。本實例可使多個試驗艙的艙壓在0～400米水柱相對壓力範圍內的控制精度達±0.2米水柱，可使多個試驗艙的氧分壓在0.21～0.60atm範圍內的控制精度達±0.02atm，實例的採樣和控制周期為10秒，清晰、完整地顯示和記錄各周期的採樣和控制數據。
權利要求
1.一種用於海洋潛水模擬工程的計算機自控系統，包括計算機基本單元、多通道數據採集單元、多通道控制信號發生單元、多通道信號轉換匹配單元、安全單元、時鐘單元、繪圖單元、自適應控制技術以及計算機自控裝置的全部軟體。其特徵是所用的計算機可以是單板式微計算機、微型計算機以及小型計算機；計算機的配置可以是單機或雙機；雙機配置可以使用同類型計算機或不同類型計算機。
2.按權利要求
1所述的自控系統，其特徵在於數據採集單元可以是1至16個通道，控制信號發生單元可以是1至16個通道。
3.按權利要求
1所述的自控系統，其特徵在於信號轉換匹配單元與A/D D/A等器件處於最佳適配狀態;通道數可以是1至40個。
4.按權利要求
1所述的自控系統，其特徵在於用機械、電子組合模塊作為安全單元，確保系統安全。
5.按權利要求
1所述的自控系統，其特徵在於描圖單元是採用多筆繪圖技術和數據顯示列印技術反映即時工況，保存實驗數據。
6.按權利要求
1所述的自控系統，其特徵在於採用傳統的開關方式、PID方式的控制技術和先進的自適應控制技術。
7.按權利要求
1所述的自控系統，其特徵在於對元器件和部件進行了嚴格的選型、篩選，並使用了熱加固技術以使裝置穩定可靠。
專利摘要
本發明是用於海洋潛水模擬工程的計算機自控裝置，屬於海洋水下工程科學領域。
文檔編號G06G7/48GK87101057SQ87101057
公開日1988年12月14日 申請日期1987年6月2日
發明者範存昌, 吳善瑜, 黎平, 謝樺 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan