一种水下固定平台充电系统及控制方法与流程

1.本发明涉及水下固定平台充电技术领域，尤其涉及一种水下固定平台充电系统及控制方法。


背景技术：

2.海洋中蕴藏着丰富的矿产与生物资源，对海洋领域的探索与开发与日俱增。水下固定平台作为探测海洋的重要装备，在海洋资源开发、水文调查、海洋生物研究等领域发挥重要作用。目前，水下固定平台上会带有多个用于监测海洋环境的设备，设备在运行时需要使用内部电池储能电源，由于电池储电量有限，进而导致设备的工作时间大大缩减；再者，为延长设备的工作时间，不便搭载大功率的高精度仪器设备，采集数据精度有限，不利于精确分析。再者，水下固定平台上电池耗尽后，将不能工作，必须打捞更换电池或者废弃，经济性不高。因此，需要提供额外的电源向水下固定平台供电。
3.申请号为cn202110496290.3，名称为一种用于水下无人平台的支持保障系统的中国发明专利公开了一种供电系统，该供电系统采用船载补给单元作为电源，通过线缆收放单元将水下充电对接模块布放于水下固定模块的附近，采取无线充电的方式为水下固定平台供电。然而，水下对接精度有限、外界干扰因素多、稳定性低、施工效率低。
4.有鉴于此，需要提出一种新的技术方案来解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种水下固定平台充电系统及控制方法，对接精度高、外界干扰因素少、稳定性高、施工效率高。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：
7.本发明的第一方面提供一种水下固定平台充电系统，包括：
8.船载补给模块，所述船载补给模块包括供电单元，所述供电单元用于提供电源；
9.线缆收放模块，所述线缆收放模块包括对接单元和打捞单元，所述对接单元与所述供电单元连接，所述打捞单元与所述对接单元连接，用于驱动所述对接单元运动；
10.充电电缆模块，所述充电电缆模块与水下固定平台连接，所述充电电缆模块包括浮体单元、线缆单元和第三控制单元，所述浮体单元与所述线缆单元连接，所述线缆单元用于与所述对接单元连接，所述第三控制单元用于控制所述浮体单元，带动所述线缆单元上浮至海平面或下潜至预定深度。
11.可选地，所述船载补给模块还包括第一通信单元，所述充电电缆模块还包括第二通信单元，所述第二通信单元通过所述线缆收放模块与所述第一通信单元对接。
12.可选地，所述对接单元包括机械手和水密插头，所述线缆单元包括水密插座，所述水密插头在所述机械手的带动下与所述水密插座互联。
13.可选地，所述第一控制单元包括处理器、北斗时钟服务器、光纤通信电路和存储器，所述处理器用于控制和计算接收的信息生成数据和指令；所述北斗时钟服务器用于北
斗守时和授时；所述光纤通信电路用于数据和指令传输；所述存储器用于数据和指令存储。
14.可选地，所述船载补给模块还包括第一控制单元，所述第一控制单元用于控制所述供电单元和所述第一通信单元，并存储通信数据。
15.可选地，所述线缆收放模块还包括第二控制单元，所述第二控制单元用于控制打捞单元开始或停止工作。
16.可选地，所述打捞单元包括船载吊车，所述第二控制单元用于控制所述船载吊车开始或停止工作。
17.可选地，所述第三控制单元包括释放器和锚重装置，所述线缆单元包括水密航插，所述释放器用于释放所述锚重装置，所述浮体单元带动所述水密航插上浮至水面。
18.本发明的第二方面提供一种水下固定平台充电系统的控制方法，包括：
19.s1：通过充电电缆模块内部的第三控制单元控制浮体单元带动充电电缆模块上浮至海面，其中，水下固定平台与充电电缆模块通过线缆相连接；
20.s2：充电电缆模块到达海面后，通过第三控制单元侦测坐标，通过第二通信单元向控制中心发送坐标及充电请求；
21.s3：控制中心派遣距离最近的船载补给模块至充电电缆模块所在的海域，船载补给模块通过线缆收放模块搜寻并打捞充电电缆模块；
22.s4：线缆收放模块的对接单元与充电电缆模块的线缆单元互联，使船载补给模块向水下固定平台进行充电补给，船载补给模块的第一通信单元与充电电缆模块的第二通信单元进行数据交换；
23.s5：水下固定平台完成充电补给和数据交换后，线缆收放模块的对接单元与充电电缆模块的线缆单元分开，线缆收放模块释放充电电缆模块至海面，充电电缆模块内部的第三控制单元控制浮体单下潜至与水下固定平台连接。
24.相比于现有技术，本发明带来以下技术效果：
25.通过浮体单元的设置，浮体单元能够在第三控制单元的带动下上浮至海面，并通过与线缆收放模块的对接单元连接，使供电单元内储存的电量通过线缆收放模块和充电电缆模块传输至水下固定平台，即驱动线缆收放模块与充电电缆模块实现了水上对接，水上对接的对接精度高、受外界的干扰小、稳定性高、施工效率高。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1示出了本发明水下固定平台充电系统的结构框图；
28.图2示出了本发明的水下固定平台充电系统的第一场景示意图(水下平台待充电)；
29.图3示出了本发明的水下固定平台充电系统的第二场景示意图(充电线缆模块上浮至海面)；
30.图4示出了本发明的水下固定平台充电系统的第三场景示意图(船载补给模块与
充电线缆模块连接)；
31.图5示出了本发明的水下固定平台充电系统的第四场景示意图(船载补给模块与充电线缆模块分离)；
32.图6示出了本发明的水下固定平台充电系统的第五场景示意图(船载补给模块离开，充电线缆模块下潜至海中)；
33.图7为本发明水下固定平台充电系统的第一控制单元的结构框图。
34.主要元件符号说明：
35.100-船载补给模块；110-供电单元；120-第一通信单元；130-第一控制单元；131-处理器；132-北斗时钟服务器；133-光纤通信电路；134-存储器；200-线缆收放模块；210-对接单元；220-打捞单元；230-第二控制单元；300-充电电缆模块；310-线缆单元；320-浮体单元；330-第二通信单元；340-第三控制单元；400-水下固定平台；500-锚系。
具体实施方式
36.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.水下固定平台400通过锚系500固定于海底，并带有多个用于监测海洋环境的设备。
42.请参阅图1，本发明的一实施例中提供一种水下固定平台充电系统，用于向水下固定平台400供电，水下固定平台充电系统包括：
43.船载补给模块100，船载补给模块100包括供电单元110，供电单元110用于提供电源；
44.线缆收放模块200，线缆收放模块200包括对接单元210和打捞单元220，对接单元210与供电单元110连接，打捞单元220与对接单元210连接，用于驱动对接单元210运动；
45.充电电缆模块300，充电电缆模块300与水下固定平台400连接，充电电缆模块300包括浮体单元320、线缆单元310和第三控制单元340，浮体单元320与线缆单元310连接，线缆单元310用于与对接单元210连接，第三控制单元340用于控制浮体单元320，带动线缆单元310上浮至海平面或下潜至预定深度。其中，预定深度为水下固定平台400附近。
46.通过浮体单元320的设置，浮体单元320能够在第三控制单元340的带动下上浮至海面，并通过与线缆收放模块200的对接单元210连接，使供电单元110内储存的电量通过线缆收放模块200和充电电缆模块300传输至水下固定平台400，即驱动线缆收放模块200与充电电缆模块300实现了水上对接，水上对接的对接精度高、外界干扰因素少、稳定性高、施工效率高。
47.具体的，水下固定平台充电系统的工作过程如下：
48.请参阅图2所示，当检测到水下固定平台400的储电量低于预设值时，控制单元控制浮体单元320带动线缆单元310上浮。请参阅图3，线缆单元310上浮至海面，船载补给模块100朝向线缆单元310运动。请参阅图4，通过驱动线缆收放模块200与充电电缆模块300对接。请参阅图5和图6，当供电结束后，船载补给模块100离开，浮体单元320带动线缆单元310下潜至海水中。
49.具体的，预设值为水下固定平台400的总电量的20％，水下固定平台400开启最小功率的待机模式，以提高水下固定平台400的续航功能。
50.请再次参阅图1，在一个具体的实施例中，船载补给模块100包括第一通信单元120，充电电缆模块300还包括第二通信单元330，第二通信单元330通过线缆收放模块200与第一通信单元120对接。
51.当线缆收放模块200与充电电缆模块300对接时，能够实现第一通信单元120与第二通信单元330的通信连接，即实现船载补给模块100与水下固定平台400的交互。
52.具体的，通过第一通信单元120和第二通信单元330的交互将水下固定平台400采集的数据传输至船载补给模块100；通过第一通信单元120与第二通信单元330的交互，将北斗精准时间通过ntp(network time protocol网络时间协议)或ptp(picture transfer protocol图片传输协议)发送至水下固定平台400，实现水下固定平台400基准时间的同步；通过第一通信模块与第二通信模块的交互，网口指令发起对水下固定平台400进行状态监测和故障诊断的请求，监测并获取其工作状态信息，实现对水下固定平台400工作状态信息的收集和评估，从而为修复性维修提供有效信息和依据；通过第一通信单元120与第二通信单元330的交互，船载补给模块100将任务指令发送至水下固定平台400，实现水下固定平台400任务更新。
53.在一个具体的实施例中，船载补给模块100还包括第一控制单元130，第一控制单元130用于控制供电单元110和第一通信单元120，并存储通信数据。
54.第一控制单元130用于控制供电单元110和第一通信单元120，并存储通信数据。
55.请参阅图7，在一个具体的实施例中，所述第一控制单元130包括处理器131、北斗
时钟服务器132、光纤通信电路133和存储器134，所述处理器131用于控制和计算接收的信息生成数据和指令；所述北斗时钟服务器132用于北斗守时和授时；所述光纤通信电路133用于数据和指令传输；所述存储器134用于数据和指令存储。
56.处理器131用于分析和处理由水下固定平台400获取的信息，并与存储于存储器134内的数据和指令比对后，生成并输出指令，再通过光纤通信电路133将数据和指令传递至水下固定平台400。北斗时钟服务器132通过ntp或ptp协议发送至水下固定平台400，实现水下固定平台400基准时间的同步。
57.请参阅图1，在一个具体的实施例中，线缆收放模块200还包括第二控制单元230，第二控制单元230用于控制打捞单元220开始或停止工作。
58.具体的，当船载补给模块100发现线缆单元310时，第二控制单元230控制打捞单元220朝向线缆单元310运动，以搜寻打捞线缆单元310。当对接单元210与线缆单元310对接时，第二控制单元230控制打捞单元220停止工作。当对接结束后，第二控制单元230控制打捞单元220朝向船载补给模块100线缆单元310运动。
59.在一个具体的实施例中，打捞单元220包括船载吊车，第二控制单元230用于控制船载吊车开始或停止工作。
60.通过船载吊车能够实现线缆单元310的收放，结构简单可靠。
61.在一个具体的实施例中，对接单元210包括机械手(图中未示出)和水密插头(图中未示出)，线缆单元310包括水密插座(图中未示出)，水密插头在机械手的带动下与水密插座互联。
62.通过水密插头插接于水密插座连接稳定可靠，能够实现船载补给模块100向水下固定平台400供电。
63.在一个优选的实施例中，第三控制单元340包括释放器(图中未示出)和锚重装置(图中未示出)，线缆单元310包括水密航插，释放器用于释放锚重装置，浮体单元320带动水密航插上浮至水面。
64.锚重装置能够作为配重以克服水密航插的浮力，将水密航插固定于水下固定平台400附近。释放器设于锚重装置与水密航插之间，能够从锚重装置上释放水密航插，使水密航插上浮至海面。
65.通过释放器和锚重装置的配合，当水密航插需要上浮时，释放器释放锚重装置，水密航插在浮力作用下上浮至海面，结构简单可靠。
66.在一个具体的实施例中，第三控制单元340包括绞车，绞车用于带动线缆单元310运转。
67.通过绞车的设置，在水密航插上升时，绞车上的线缆单元310被动地由水密航插带动而展开。当需要回收水密航插时，驱动绞车主动回收线缆单元310，使浮体单元320重新回到水下固定平台400附近，结构简单可靠。
68.请参阅图2至图6，本发明的另一实施例中，提供一种水下固定平台充电系统的控制方法，包括：
69.s1：通过充电电缆模块300内部的第三控制单元340控制浮体单元320带动充电电缆模块300上浮至海面，其中，水下固定平台400与充电电缆模块300通过线缆相连接；
70.s2：充电电缆模块300到达海面后，通过第三控制单元340侦测坐标，通过第二通信
单元330向控制中心发送坐标及充电请求；
71.s3：控制中心派遣距离最近的船载补给模块100至充电电缆模块300所在的海域，船载补给模块100通过线缆收放模块200搜寻并打捞充电电缆模块300；其中，船载补给模块100为母船，母船能够在水上行驶，并能够与控制中心通信。
72.s4：线缆收放模块200的对接单元210与充电电缆模块300的线缆单元310互联，使船载补给模块100向水下固定平台400进行充电补给，船载补给模块100的第一通信单元120与充电电缆模块300的第二通信单元330进行数据交换；
73.s5：水下固定平台400完成充电补给和数据交换后，线缆收放模块200的对接单元210与充电电缆模块300的线缆单元310分开，线缆收放模块200释放充电电缆模块300至海面，充电电缆模块300内部的第三控制单元340控制浮体单下潜至与水下固定平台连接。
74.通过浮体单元320的设置，浮体单元320能够在第三控制单元340的带动下上浮至海面，并通过与线缆收放模块200的对接单元210连接，使供电单元110内储存的电量通过线缆收放模块200和充电电缆模块300传输至水下固定平台400，即驱动线缆收放模块200与充电电缆模块300实现了水上对接，水上对接的对接精度高、外界干扰因素少、稳定性高、施工效率高。
75.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
76.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。