一种基于环境参数分析的海洋地质绞车控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型的一种基于环境参数分析的海洋地质绞车控制系统，该地质绞车控制系统采用层次结构模型设计方法，以及功能模块化手段，实现绞车控制过程的自动化：对绞车控制中收放缆模式选择、排缆速度、绞车制动三个主要流程实现自动化控制，能够满足长时间、无人值守的需要。该海洋地质绞车控制系统接收船载设备的船舶信息数据：GPS位置、船首向等、调查设备数据：流速、流向等，以及绞车运行数据：出揽长度、排揽速度、缆绳张力等；自动完成绞车控制命令的决策、发送、执行的操作。本实用新型解决了传统绞车控制过程中实时性强、应急性差等实际难题，降低了人力参与绞车控制的程度，节约了人力成本，提高了海洋科考的取样效率。
【专利说明】
一种基于环境参数分析的海洋地质绞车控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及海洋科考及海底探测【技术领域】，特别涉及一种基于环境参数分析的海洋地质绞车的控制系统。
【背景技术】
[0002]海洋地质绞车在海洋科考尤其是海洋地质取样方面有着广泛的运用。海洋地质绞车的控制包括收放缆模式选择、排揽速度控制、绞车制动控制三个主要方面。当前海洋地质科考过程中，海洋地质绞车控制完全由人工来完成。在实际的控制过程中存在以下问题:(I)通过对讲机或人工传话方式了解当前船舶信息:船首向、船速、GPS信息等，还有作业海域环境参数:水深、流速、流向等。信息的实时性难以保障，影响绞车操作员对于排缆速度和接近取样海底时绞车制动的控制。(2)海洋科考和海底取样过程中，海域深度经常在5000m以上，导致海洋地质绞车控制过程持续时间较长，加之海况、流向等突变性较强，导致绞车操作员工作状态难以持续保持。(3)突发情况发生时，绞车操作员通常是根据传统经验来确定排缆速度变化或者是否进行紧急制动，缺乏明确统一的判别规则和方法，容易造成操作失误，造成不必要的损失。
[0003]因此，非常需要提出一种能够根据海底环境状况进行自动控制的海洋地质绞车控制系统，代替人工控制，更适时准确安全有效地进行控制。以便更好地完成海洋科考和海洋地质取样工作。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提出一种基于环境参数分析的海洋地质绞车控制系统，实现自动化控制，能够满足长时间、无人值守的需要，并且可以自动完成绞车控制命令的决策、发送、执行的操作。具有可扩展性、可维护性、可移植性和可复用性。
[0005]本实用新型的基于环境参数分析的海洋地质绞车控制系统，该地质绞车控制系统采用层次结构模型设计方法，以及功能模块化手段，实现绞车控制过程的自动化:对绞车控制中收放缆模式选择、排缆速度、绞车制动三个主要流程实现自动化控制，能够满足长时间、无人值守的需要。该海洋地质绞车控制系统接收船载设备的船舶信息数据:GPS位置、船首向等、调查设备数据:流速、流向等，以及绞车运行数据:出揽长度、排揽速度、缆绳张力等；自动完成绞车控制命令的决策、发送、执行的操作。
[0006]根据本实用新型的一个方面，提供了一种基于环境参数分析的海洋地质绞车控制系统，该控制系统包括以下三个部分:
[0007](I)数据测控设备:其中设有:
[0008]海洋地质绞车数据获取组件，其包括缆绳张力传感器、出缆速度传感器、缆绳长度测量器；
[0009]海洋调查设备数据获取组件，其中各设备通过网络接口 RJ-45与绞车信息服务器进行信号连接；
[0010]船舶信息收集组件，其包括GPS定位仪、罗经、气象仪、航速仪、多普勒声学剖面仪以及测深仪；所述船舶信息收集组件中各设备通过串口接口 RS-232与船舶信息服务器进行信号连接；其中的多普勒声学剖面仪以及测深仪分别通过串口接口 RS-232与绞车信息服务器进行信号连接；
[0011](2)绞车控制设备:设有绞车控制工控机及绞车控制执行单元；工控机为市售工控机，绞车控制执行单元设有绞车启动控制执行单元、绞车制动控制执行单元、绞车前进控制执行单元、绞车后退控制执行单元、绞车放缆控制执行单元、绞车收缆控制执行单元；绞车控制设备的主要功能是接收数据处理设备提供的绞车控制指令，并将控制指令变成对绞车进行相应操作的动作。
[0012](3)数据处理设备:包括由计算机构成的数据中心工作站和数据收集转发服务器；所述数据中心工作站通过所述数据收集转发服务器与所述绞车信息服务器、船舶信息服务器进行接收信号连接，并与所述绞车控制设备进行信号输出连接；数据处理设备的功能是接收绞车数据、海洋数据与船舶数据，对上述数据进行处理，形成绞车控制指令并发送给绞车控制设备；
[0013]根据本实用新型的另一个方面，提供了船舶信息收集组件、海洋调查设备数据获取组件、海洋地质绞车数据获取组件完成相应数据收集。
[0014]本实用新型的优点在于:
[0015](I)本实用新型是以提出绞车控制系统设计方法为基础，进行了相应控制系统的设计，解决了实际科考中面临的实际困难，减少了海洋地质科考中因绞车操作不当造成的断缆伤人、珍贵样品丢失等事故问题，提高了海洋科考和海底取样的工作效率。
[0016](2)本实用新型提出的层次结构模型和功能模块化构建方法，具有可扩展性、可维护性和较好的复用性，具有便于推广应用的优点。
[0017](3)对于绞车控制系统中船舶信息系统构建、决策系统软件、绞车控制系统软件等功能软件需求，已有完整的参考代码和设计方案，无需大量重复编写代码，提高了整体绞车控制系统开发效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0018](4)图1绞车控制系统结构图
[0019](5)图2绞车控制系统分层设计图
[0020](6)图3绞车控制系统功能模块图
[0021](7)
【具体实施方式】
[0022]为了解决现有技术中绞车控制过程持续时间较长、极易受海况突变等因素影响导致绞车操作员工作状态难以持续保持的问题发生，也为了避免绞车操作员根据传统经验来确定排缆速度变化或者是否进行紧急制动，本实用新型提出的基于环境参数分析的海洋地质绞车控制系统，可以避免在海洋地质绞车在工作时缺乏明确统一的判别规则和方法，造成操作失误，造成不必要的损失。具体如何实施将在以下实施例中详细描述。
[0023]请参看图1-3，本实用新型采用的技术方案如下:
[0024]基于环境参数分析的海洋地质绞车控制系统:其特征是:设有以下三个部分:
[0025]I)数据测控设备:其中设有:
[0026]海洋地质绞车数据获取组件，其包括缆绳张力传感器、出缆速度传感器、缆绳长度测量器；
[0027]海洋调查设备数据获取组件，其中各设备通过网络接口 RJ-45与设置的绞车信息服务器进行信号连接；
[0028]船舶信息收集组件，其包括GPS定位仪、罗经、气象仪、航速仪、多普勒声学剖面仪以及测深仪；所述船舶信息收集组件中各设备通过串口接口 RS-232与船舶信息服务器进行信号连接；其中的多普勒声学剖面仪以及测深仪分别通过串口接口 RS-232与绞车信息服务器进行信号连接；
[0029]2)数据处理设备:包括由计算机构成的数据中心工作站和数据收集转发服务器；所述数据中心工作站通过所述数据收集转发服务器与所述绞车信息服务器、船舶信息服务器进行接收信号连接，并与所述数绞车控制设备进行信号输出连接；数据处理设备的功能是接收绞车数据、海洋数据与船舶数据，对上述数据进行处理，形成绞车控制指令并发送给绞车控制设备；
[0030]3)绞车控制设备:设有绞车控制工控机及绞车控制执行单元；工控机为市售工控机，绞车控制执行单元设有绞车启动控制执行单元、绞车制动控制执行控制单元、绞车前进控制执行控制单元、绞车后退控制执行控制单元、绞车放缆控制执行控制单元、绞车收缆控制执行控制单元。绞车控制设备的主要功能是接收数据处理设备提供的绞车控制指令，并将控制指令变成对绞车进行相应操作的动作。
[0031]本实用新型的优点在于:
[0032]1、本实用新型是以提出绞车控制系统设计方法为基础，进行了相应控制系统的设计，解决了实际科考中面临的实际困难，减少了海洋地质科考中因绞车操作不当造成的断缆伤人、珍贵样品丢失等事故问题，提闻了海洋科考和海底取样的工作效率。
[0033]2、本实用新型提出的层次结构模型和功能模块化构建方法，具有可扩展性、可维护性和较好的复用性，具有便于推广应用的优点。
[0034]3、对于绞车控制系统中船舶信息系统构建、决策系统软件、绞车控制系统软件等功能软件需求，已有完整的参考代码和设计方案，无需大量重复编写代码，提高了整体绞车控制系统开发效率。具体对比情况如下表所示:
[0035]上面详细描述本实用新型的实施例，所述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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0036]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
[0037]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种基于环境参数分析的海洋地质绞车控制系统，其特征在于:该控制系统包括以下三个部分: (1)数据测控设备:其中设有: 海洋地质绞车数据获取组件，其包括缆绳张力传感器、出缆速度传感器、缆绳长度测量器； 海洋调查设备数据获取组件，其中各设备通过网络接口 RJ-45与绞车信息服务器进行信号连接； 船舶信息收集组件，其包括GPS定位仪、罗经、气象仪、航速仪、多普勒声学剖面仪以及测深仪；所述船舶信息收集组件中各设备通过串口接口 Rs-232与船舶信息服务器进行信号连接；其中的多普勒声学剖面仪以及测深仪分别通过串口接口 RS-232与绞车信息服务器进行信号连接； (2)绞车控制设备:设有绞车控制工控机及绞车控制执行单元；工控机为市售工控机，绞车控制执行单元设有绞车启动控制执行单元、绞车制动控制执行单元、绞车前进控制执行单元、绞车后退控制执行单元、绞车放缆控制执行单元、绞车收缆控制执行单元；绞车控制设备的主要功能是接收数据处理设备提供的绞车控制指令，并将控制指令变成对绞车进行相应操作的动作； (3)数据处理设备:包括由计算机构成的数据中心工作站和数据收集转发服务器；所述数据中心工作站通过所述数据收集转发服务器与所述绞车信息服务器、船舶信息服务器进行接收信号连接，并与所述绞车控制设备进行信号输出连接；数据处理设备的功能是接收绞车数据、海洋数据与船舶数据，对上述数据进行处理，形成绞车控制指令并发送给绞车控制设备。
2.根据权利要求1所述的海洋地质绞车控制系统，其特征在于:船舶信息收集组件、海洋调查设备数据获取组件、海洋地质绞车数据获取组件完成相应数据收集。
【文档编号】G05B19/418GK204101960SQ201420412689
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】王培刚, 张洪欣, 段康弘, 张丽婷, 杨敏, 宋士林, 马龙, 于灏, 刘婷婷, 张震 申请人:国家海洋局北海海洋技术保障中心