[其他]海洋潜水模拟工程计算机自控系统

说明书

本发明是有关海洋潜水模拟工程领域的自控系统。

海洋潜水模拟工程是研究和开发海底资源的先驱性试验工程。世界上许多发达国家和有海域的国家都耗资巨额投资从事该领域的技术竞争。目前国内外海洋潜水模拟工程试验水平已超过300米水深。

众所周知，海洋潜水模拟工程试验应该把潜水试验人员的安全保证置于首位。因此，国内外对于计算机自控装置在这个领域中的使用均采用十分谨慎的态度。70年代后期，国外虽有计算机自控装置与工程配合但起用率不高。80年代以来，随着微电子技术与计算机技术的不断进展，国外用于海洋潜水模拟工程试验的计算机自控系统，采用了许多专门开发的专用器件和部件但仍存在系统庞大，结构复杂造价昂贵，国内一直采用手控或半自动手控相结合方式。

本发明的目的是在确保潜水试验人员安全的前提下，用计算机自控装置模拟海洋潜水工程，实现予定的海洋潜水模拟工程，显示试验过程的即时工况，记录试验过程的数据和资料。

本发明是通过下列装置来实施的。整个装置是由软件和硬件二大部份组成。硬件包括计算机基本单元、多通道数据采集单元、多通道控制信号发生单元、信号转换匹配单元、安全单元、时钟单元、绘图单元;软件包括系统软件、主体软件、辅助工具软件。

本发明的结构方框图，示于附图1。〔1〕是计算机基本单元。计算机的类型可以是单板式微计算机、微型计算机或小型计算机;计算机基本系统包括与中央处理单元紧密结合的内存、接口以及基本外部配置（键盘、显示、外存、打印等）;计算机基本单元的核心部分可以采用单机或双机配置，双机配置具有更高的可靠性。〔2〕是图形绘制单元，直接绘制整个试验过程的各条预定数据曲线和实际数据曲线。〔3〕是时钟单元，向整个装置提供时间依据。〔4〕是多通道数据采集单元。〔5〕是多通道控制信号发生单元。〔6〕是信号转换匹配单元。〔7〕是安全单元，是由机械、电子组合模块构成，它使整个装置在意外的严重障碍或危及潜水试验人员安全的紧急情况下使海洋潜水模拟系统迅速处于安全状态，并发出声光信号，以及时采取进一步的措施。〔8〕是与安全单元相连的若干应急安全按钮，安装在几个不同的地方。任何有资格的值班人员认为有不安全因素危及试验时均可使用该按钮使系统处于安全状态。故障排除后，计算机可以迅速恢复运行，继续实施预定方案或实施经过修改的方案。图中“INPUT”为来自海洋潜水模拟装置各传感器的输入信号，“OUTPUT”为计算机自控装置向海洋潜水模拟装置各执行机构输出的控制信号，“SOFTWARE”是保证装置正常工作并实现预定实验方案的软件。它包括系统软件（S.S）、主体软件（M.S）和辅助工具软件（T.S）。

本实用新型的要点在于：

1.本发明采用计算机作为海洋潜水模拟工程自控装置的核心部件，在软件支持下实现各种预定的潜水模拟试验。计算机的类型包括单板式微计算机、微型计算机及小型计算机;计算机的配置包括单机和双机;双机配置可以使用上述类型中的同类型计算机或不同类型计算机。

2.本发明采用多通道数据采集技术和多通道控制信号发生技术，可对多个舱体的压力、氧分压、二氧化碳浓度、温度、湿度等参数进行采集和控制。

3.本发明采用的信号转换匹配单元适用于多种传感器的信息输出，满足各种控制执行机构的控制信息要求，并且A/D、D/A等器件处于最佳适配状态。通道数可以是1至40个。

4.本发明对潜水试验人员的人身安全和耗资巨大的设备安全采取了特别周密的技术措施，采用的安全保护技术具有极高的可靠性，应急操作十分方便。

5.本发明采用的多笔绘图技术和数据显示打印技术清晰地反应试验过程的即时工况，完整地保存大量实验数据。

6.本发明在控制技术方面除了采用传统的开关方式、PID方式控制技术外，采用了先进的自适应控制技术。自适应控制技术与相应硬件技术和软件技术密切配合使本实用新型在整个过程的各舱压的控制精度达±0.2米水柱。

7.本发明的软件中采用的数据获取和预处理软件技术的先进性在于它的抗干扰性很强，去除虚假信号的本领很高，提高了装置的控制精度。本实用新型的软件中采用的非线性矫正软件技术的先进性在于它大大地降低了对电子元器件和电子线路的线性要求，从而降低了昂贵的硬件成本。

8.本发明对于装置各单元、部件和元器件的稳定性和可靠性采取了周密的技术措施，除了严格的选型和筛选外，采取了高温加固技术，保证装置长期稳定可靠地运行。本实用新型的总体设计十分注重系统的性能/价格比。

作为本发明的实施例之一：采用微型计算机作为自控系统的核心部件，其基本配置为：64K内存、标准键盘输入、标准屏幕显示、软磁盘驱动器、80列打印机;采用16通道12位A/D转换作为数据采集;采用16通道8位D/A转换作为控制信号输出;采用40通道信号转换匹配单元作为信号适配;采用带备用电源的可读写时钟作为时间依据;采用六笔Xy绘图仪绘制数据曲线;采用简单可靠的机械、电子组合模块作为安全单元。本实例可使多个试验舱的舱压在0～400米水柱相对压力范围内的控制精度达±0.2米水柱，可使多个试验舱的氧分压在0.21～0.60atm范围内的控制精度达±0.02atm，实例的采样和控制周期为10秒，清晰、完整地显示和记录各周期的采样和控制数据。