專利名稱:海洋潛水模擬工程計算機(jī)自控系統(tǒng)的制作方法
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水平已超過300米水深。
眾所周知，海洋潛水模擬工程試驗應(yīng)該把潛水試驗人員的安全保證置于首位。因此，國內(nèi)外對于計算機(jī)自控裝置在這個領(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的計算機(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人員安全的前提下，用計算機(jī)自控裝置模擬海洋潛水工程，實現(xiàn)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(shù)據(jù)和資料。
本發(fā)明是通過下列裝置來實施的。整個裝置是由軟件和硬件二大部份組成。硬件包括計算機(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。〔1〕是計算機(jī)基本單元。計算機(jī)的類型可以是單板式微計算機(jī)、微型計算機(jī)或小型計算機(jī);計算機(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，直接繪制整個試驗過程的各條預(yù)定數(shù)據(jù)曲線和實際數(shù)據(jù)曲線?！?〕是時鐘單元，向整個裝置提供時間依據(jù)。〔4〕是多通道數(shù)據(jù)采集單元。〔5〕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，它使整個裝置在意外的嚴(yán)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(tǒng)迅速處于安全狀態(tài)，并發(fā)出聲光信號，以及時采取進(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時均可使用該按鈕使系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。故障排除后，計算機(jī)可以迅速恢復(fù)運(yùn)行，繼續(xù)實施預(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現(xiàn)預(yù)定實驗方案的軟件。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)。
本實用新型的要點在于1.本發(fā)明采用計算機(jī)作為海洋潛水模擬工程自控裝置的核心部件，在軟件支持下實現(xiàn)各種預(yù)定的潛水模擬試驗。計算機(jī)的類型包括單板式微計算機(jī)、微型計算機(jī)及小型計算機(jī);計算機(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算機(jī)或不同類型計算機(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。
4.本發(fā)明對潛水試驗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)試驗過程的即時工況，完整地保存大量實驗數(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)密切配合使本實用新型在整個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。本實用新型的總體設(shè)計十分注重系統(tǒng)的性能/價格比。
作為本發(fā)明的實施例之一采用微型計算機(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鐘作為時間依據(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。本實例可使多個試驗艙的艙壓在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，可使多個試驗艙的氧分壓在0.21～0.60atm范圍內(nèi)的控制精度達(dá)±0.02atm，實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)。
權(quán)利要求
1.一種用于海洋潛水模擬工程的計算機(jī)自控系統(tǒng)，包括計算機(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、多通道信號轉(zhuǎn)換匹配單元、安全單元、時鐘單元、繪圖單元、自適應(yīng)控制技術(shù)以及計算機(jī)自控裝置的全部軟件。其特征是所用的計算機(jī)可以是單板式微計算機(jī)、微型計算機(jī)以及小型計算機(jī)；計算機(jī)的配置可以是單機(jī)或雙機(jī)；雙機(jī)配置可以使用同類型計算機(jī)或不同類型計算機(jī)。
2.按權(quán)利要求
1所述的自控系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)采集單元可以是1至16個通道，控制信號發(fā)生單元可以是1至16個通道。
3.按權(quán)利要求
1所述的自控系統(tǒng)，其特征在于信號轉(zhuǎn)換匹配單元與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。
4.按權(quán)利要求
1所述的自控系統(tǒng)，其特征在于用機(jī)械、電子組合模塊作為安全單元，確保系統(tǒng)安全。
5.按權(quán)利要求
1所述的自控系統(tǒng)，其特征在于描圖單元是采用多筆繪圖技術(shù)和數(shù)據(jù)顯示打印技術(shù)反映即時工況，保存實驗數(shù)據(jù)。
6.按權(quán)利要求
1所述的自控系統(tǒng)，其特征在于采用傳統(tǒng)的開關(guān)方式、PID方式的控制技術(shù)和先進(jìn)的自適應(yīng)控制技術(shù)。
7.按權(quán)利要求
1所述的自控系統(tǒng)，其特征在于對元器件和部件進(jìn)行了嚴(yán)格的選型、篩選，并使用了熱加固技術(shù)以使裝置穩(wěn)定可靠。
專利摘要
本發(fā)明是用于海洋潛水模擬工程的計算機(jī)自控裝置，屬于海洋水下工程科學(xué)領(lǐng)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(fā)明者范存昌, 吳善瑜, 黎平, 謝樺 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan