[其他]海洋潛水模擬工程計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87101057
• 申請日: 1987-06-02
• 公開（公告）號: CN87101057A
• 公開（公告）日: 1988-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范存昌;吳善瑜;黎平;謝樺
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: G06G7/48
• 分類號: G06G7/48
• 代理公司: 中國科學(xué)院上海專利事務(wù)所
• 代理人: 潘振甦,聶淑儀

本發(fā)明是有關(guān)海洋潛水模擬工程領(lǐng)域的自控系統(tǒng)。

海洋潛水模擬工程是研究和開發(fā)海底資源的先驅(qū)性試驗(yàn)工程。世界上許多發(fā)達(dá)國家和有海域的國家都耗資巨額投資從事該領(lǐng)域的技術(shù)競爭。目前國內(nèi)外海洋潛水模擬工程試驗(yàn)水平已超過300米水深。

眾所周知，海洋潛水模擬工程試驗(yàn)應(yīng)該把潛水試驗(yàn)人員的安全保證置于首位。因此，國內(nèi)外對于計(jì)算機(jī)自控裝置在這個(gè)領(lǐng)域中的使用均采用十分謹(jǐn)慎的態(tài)度。70年代后期，國外雖有計(jì)算機(jī)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(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)展，國外用于海洋潛水模擬工程試驗(yàn)的計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)，采用了許多專門開發(fā)的專用器件和部件但仍存在系統(tǒng)龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)昂貴，國內(nèi)一直采用手控或半自動手控相結(jié)合方式。

本發(fā)明的目的是在確保潛水試驗(yàn)人員安全的前提下，用計(jì)算機(jī)自控裝置模擬海洋潛水工程，實(shí)現(xiàn)予定的海洋潛水模擬工程，顯示試驗(yàn)過程的即時(shí)工況，記錄試驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)和資料。

本發(fā)明是通過下列裝置來實(shí)施的。整個(gè)裝置是由軟件和硬件二大部份組成。硬件包括計(jì)算機(jī)基本單元、多通道數(shù)據(jù)采集單元、多通道控制信號發(fā)生單元、信號轉(zhuǎn)換匹配單元、安全單元、時(shí)鐘單元、繪圖單元;軟件包括系統(tǒng)軟件、主體軟件、輔助工具軟件。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖，示于附圖1?！?〕是計(jì)算機(jī)基本單元。計(jì)算機(jī)的類型可以是單板式微計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)或小型計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)包括與中央處理單元緊密結(jié)合的內(nèi)存、接口以及基本外部配置（鍵盤、顯示、外存、打印等）;計(jì)算機(jī)基本單元的核心部分可以采用單機(jī)或雙機(jī)配置，雙機(jī)配置具有更高的可靠性?！?〕是圖形繪制單元，直接繪制整個(gè)試驗(yàn)過程的各條預(yù)定數(shù)據(jù)曲線和實(shí)際數(shù)據(jù)曲線。〔3〕是時(shí)鐘單元，向整個(gè)裝置提供時(shí)間依據(jù)?！?〕是多通道數(shù)據(jù)采集單元?！?〕是多通道控制信號發(fā)生單元?！?〕是信號轉(zhuǎn)換匹配單元?！?〕是安全單元，是由機(jī)械、電子組合模塊構(gòu)成，它使整個(gè)裝置在意外的嚴(yán)重障礙或危及潛水試驗(yàn)人員安全的緊急情況下使海洋潛水模擬系統(tǒng)迅速處于安全狀態(tài)，并發(fā)出聲光信號，以及時(shí)采取進(jìn)一步的措施?！?〕是與安全單元相連的若干應(yīng)急安全按鈕，安裝在幾個(gè)不同的地方。任何有資格的值班人員認(rèn)為有不安全因素危及試驗(yàn)時(shí)均可使用該按鈕使系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。故障排除后，計(jì)算機(jī)可以迅速恢復(fù)運(yùn)行，繼續(xù)實(shí)施預(yù)定方案或?qū)嵤┙?jīng)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(jì)算機(jī)自控裝置向海洋潛水模擬裝置各執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的控制信號，“SOFTWARE”是保證裝置正常工作并實(shí)現(xiàn)預(yù)定實(shí)驗(yàn)方案的軟件。它包括系統(tǒng)軟件（S.S）、主體軟件（M.S）和輔助工具軟件（T.S）。

本實(shí)用新型的要點(diǎn)在于：

1.本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)作為海洋潛水模擬工程自控裝置的核心部件，在軟件支持下實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的潛水模擬試驗(yàn)。計(jì)算機(jī)的類型包括單板式微計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)及小型計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)的配置包括單機(jī)和雙機(jī);雙機(jī)配置可以使用上述類型中的同類型計(jì)算機(jī)或不同類型計(jì)算機(jī)。

2.本發(fā)明采用多通道數(shù)據(jù)采集技術(shù)和多通道控制信號發(fā)生技術(shù)，可對多個(gè)艙體的壓力、氧分壓、二氧化碳濃度、溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行采集和控制。

3.本發(fā)明采用的信號轉(zhuǎn)換匹配單元適用于多種傳感器的信息輸出，滿足各種控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信息要求，并且A/D、D/A等器件處于最佳適配狀態(tài)。通道數(shù)可以是1至40個(gè)。

4.本發(fā)明對潛水試驗(yàn)人員的人身安全和耗資巨大的設(shè)備安全采取了特別周密的技術(shù)措施，采用的安全保護(hù)技術(shù)具有極高的可靠性，應(yīng)急操作十分方便。

5.本發(fā)明采用的多筆繪圖技術(shù)和數(shù)據(jù)顯示打印技術(shù)清晰地反應(yīng)試驗(yàn)過程的即時(shí)工況，完整地保存大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

6.本發(fā)明在控制技術(shù)方面除了采用傳統(tǒng)的開關(guān)方式、PID方式控制技術(shù)外，采用了先進(jìn)的自適應(yīng)控制技術(shù)。自適應(yīng)控制技術(shù)與相應(yīng)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)密切配合使本實(shí)用新型在整個(gè)過程的各艙壓的控制精度達(dá)±0.2米水柱。

7.本發(fā)明的軟件中采用的數(shù)據(jù)獲取和預(yù)處理軟件技術(shù)的先進(jìn)性在于它的抗干擾性很強(qiáng)，去除虛假信號的本領(lǐng)很高，提高了裝置的控制精度。本實(shí)用新型的軟件中采用的非線性矯正軟件技術(shù)的先進(jìn)性在于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件成本。

8.本發(fā)明對于裝置各單元、部件和元器件的穩(wěn)定性和可靠性采取了周密的技術(shù)措施，除了嚴(yán)格的選型和篩選外，采取了高溫加固技術(shù)，保證裝置長期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。本實(shí)用新型的總體設(shè)計(jì)十分注重系統(tǒng)的性能/價(jià)格比。

作為本發(fā)明的實(shí)施例之一：采用微型計(jì)算機(jī)作為自控系統(tǒng)的核心部件，其基本配置為：64K內(nèi)存、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤輸入、標(biāo)準(zhǔn)屏幕顯示、軟磁盤驅(qū)動器、80列打印機(jī);采用16通道12位A/D轉(zhuǎn)換作為數(shù)據(jù)采集;采用16通道8位D/A轉(zhuǎn)換作為控制信號輸出;采用40通道信號轉(zhuǎn)換匹配單元作為信號適配;采用帶備用電源的可讀寫時(shí)鐘作為時(shí)間依據(jù);采用六筆Xy繪圖儀繪制數(shù)據(jù)曲線;采用簡單可靠的機(jī)械、電子組合模塊作為安全單元。本實(shí)例可使多個(gè)試驗(yàn)艙的艙壓在0～400米水柱相對壓力范圍內(nèi)的控制精度達(dá)±0.2米水柱，可使多個(gè)試驗(yàn)艙的氧分壓在0.21～0.60atm范圍內(nèi)的控制精度達(dá)±0.02atm，實(shí)例的采樣和控制周期為10秒，清晰、完整地顯示和記錄各周期的采樣和控制數(shù)據(jù)。