基于NIcRIO的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统和方法与流程

本发明涉及水下打捞与回收装置控制技术，具体是一种基于ni crio的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统和方法。

背景技术：

1、近几年，世界各国对海洋的探索越来越频繁，不可避免的发生各类产品沉没，同时，在水下产品研制阶段，也会频繁出现沉没，因此对沉没产品的打捞回收需求日益提升，而打捞回收装置的控制系统决定了整体打捞的效率、质量，是最为核心的部分。

2、目前对常规形状、常规重量的物体打捞控制系统和方法已经趋于成熟，但对重型物的打捞回收的准确控制，仍面临较多问题：(1)重型物打捞需要特种重型打捞回收装置，对控制系统的控制精度提出了更高要求；(2)重型物打捞装置的夹钳、吊装架、水下设备等的操作控制需要制定实时性、可靠性、确定性更高的控制策略；(3)现有打捞回收控制系统信息化程度低，重型打捞回收装置包含大量搭载设备和电子舱体，应实时监测状态数据，给水面作业人员提供更全面的水下信息，使作业更具智能化、信息化。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供了一种基于ni crio的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统及方法，其能够实现对操作控制的高精度操控，具备可靠的系统控制的稳定性和可靠性、及时性，使重型物打捞回收作业更具智能化和信息化。具体的，本发明是这样实现的：

2、一种基于ni crio的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统，其特征在于，系统组成包括水面操控台、上位机服务器、水下打捞回收控制器。其中，水面操控台包括第一操控台、第二操控台，用于实现控制输入和数据显示。其中，上位机服务器实现控制命令和状态数据的中转和同步。其中，水下打捞回收控制器包括控制电子舱、光学电子舱、推进器控制阀舱、通用控制阀舱、液压泵控制阀舱、水下电机、油箱、变压器舱、补偿器、搭载的水下观察、探测、导航设备(水下灯、云台、水下摄像机、高度计、深度计、声呐、组合导航系统)、执行机构(推进器、夹钳、吊装架、液压泵)、ni crio控制器，各部分连接至ni crio控制器，由控制器统一执行水下操作控制。

3、进一步，该控制系统功能组成包括ni crio水下控制器模块、水面操作控制输入模块、水下设备操作控制模块、液压系统控制模块、辅助操作控制模块、定向定位自动控制模块、水下状态数据监测模块、数据存储与状态预警模块；其中：ni crio水下控制器模块，作为打捞回收装置控制系统的核心，用于与水面的数据通信，水下打捞回收装置的控制执行，调度水下各模块协同工作；水面操作控制输入模块，用于作业人员在水面操控台给定相应的操作命令，并通过上位机服务器实时远程传输至水下控制器模块；水下设备操作控制模块，连接至水下光学电子舱和控制电子舱，用于完成打捞回收装置搭载的观察、探测、导航设备及液压系统阀舱等电源开关控制、水下灯功率调节控制、水下云台操作控制、水下组合导航系统操作控制；液压系统控制模块，包括运动控制器、夹钳控制器、吊装架控制器、液压泵控制器，用于完成装置整体运动控制、装置夹钳开合控制、装置吊装架伸缩控制、液压泵压力设定控制；辅助操作控制模块，用于完成系统的档位控制，结合高低档位实现不同程度的精准控制量微调，当处于低档位时给定50％的控制量，高档位则给定100％；为防止水面左右操控台操作时的混淆，该模块还具有权限控制功能，只有具备权限时，才能进行相关控制；定向定位自动控制模块，实现打捞回收装置作业过程中的自动定向，便于快速航行至固定区域，同时该模块还具有自动定位功能，可以将装置整体悬停于某个区域，进行定点搜查，提高打捞回收效率；水下状态数据监测模块，用于监测控制、光学电子舱的温度、绝缘、湿度等状态数据，装置整体的航向角、姿态、深度、高度、运动速度等导航数据,液压系统温度、压力、泄露等状态数据，水下各设备、传感器、舱体与控制器的通信状态数据，水下控制器将上述数据回馈至水面，便于作业人员观察。数据存储与状态预警模块，包括历史状态数据表、当前状态数据表、状态预警表，用于数据记录、存储和查询，并根据水下温度、湿度、绝缘、泄露、压力数据、通信状态等数据进行预警，为作业人员提供告警信息。

4、本发明的另一方面，一种基于ni crio的重型物打捞回收装置长距离操作控制方法，包括如下步骤：

5、s1、操作控制命令输入，根据水面操控台输入模块，将控制输入命令划分为间歇性命令和连续性命令，其中间歇性命令包括开关命令、功率调节命令、权限命令、压力泵压力设定命令；连续性命令包括运动控制、夹钳开合、吊装架伸缩命令、云台控制命令，连续性命令只有具有权限时才有效。

6、s2、间歇性控制命令解析，水下控制器根据命令内容完成相应的电源开关控制、水下灯调光控制、档位调节控制、定向定位开关控制、定向定位微调开关控制、定向定位微调控制命令、压力泵压力设定命令解析，并通过上位机服务器对左右操控台进行数据同步和命令下发。

7、s3、连续性控制命令解析，根据连续性命令及相应的操作权限，完成运动控制、夹钳控制、吊装架控制、云台控制的控制量解析与转换。

8、s4、控制器执行，控制器根据设备电源开关、功率调节命令，执行观察、探测、导航设备的控制，根据运动控制命令执行打捞回收装置的手动、定向定位自动控制，根据夹钳控制量执行打捞回收装置夹钳的开合、锁紧手动/自动控制，根据吊装架控制量执行打捞回收装置吊装架的伸缩、锁紧手动控制。

9、s5、水下状态数据处理，根据水下状态数据监测模块、数据存储与状态预警模块，实现数据采集、存储、显示、预警。

10、本发明的工作原理和有益效果介绍：本发明以ni crio控制器为中心，分层次的设计了水面操控台、上位机服务器、水下打捞回收控制器三层控制结构，水面操控台实现控制输入和数据显示，上位机服务器实现控制命令和状态数据的中转和同步，水下打捞回收控制器执行搭载设备控制器、运动控制器、夹钳控制器、吊装架控制器、液压泵控制器，具有手动/自动控制切换、实时状态监测、远距离数据传输等功能，使重型物打捞回收作业更具智能化和信息化。

技术特征：

1.基于ni crio的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统，其特征在于，系统组成包括：

2.根据权利要求1所述的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统，其特征在于，控制系统功能组还包括：

3.根据权利要求1所述的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统，其特征在于，所述ni crio水下控制器模块的ni crio控制器安装于水下控制电子舱，包括：rt 9036控制器和fpga机箱，fpga机箱中配置了通信接口和电压监测器；其中，rt 9036控制器用于完成数据传输、通信、运动控制算法等功能，通信接口为485/422数据通信接口，用于完成各类传感器、设备、舱体与控制器之间的数据交换，电压监测器用于实时采集水下电压监测数据。

5.根据权利要求1所述的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统，其特征在于，所述水面操作控制输入模块包括第一操控台、第二操控台、上位机服务器，所述第一、二操控台功能完全一致，互为备份，提高了控制系统的整体容错率；所述上位机服务器，用于与操控台通信，实现控制命令中转、同步、下发；为防止水面第一、二操控台操作时的混淆，该模块还具有权限控制功能，只有具备权限时，才能进行相关控制。

6.根据权利要求2所述的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统，其特征在于，液压系统控制模块中运动控制器输出量作用于推进器控制阀舱，对装置整体的前进、后退、左转、右转、左平移、右平移、停止运动控制，并与定向定位自动控制模块连接，实现航向保持、位置保持的自动控制；

7.根据权利要求2所述的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统，其特征在于，辅助操作控制模块的权限控制功能，按操作面板划分：装置运动操作控制、夹钳操作控制、吊装架操作控制、一号云台操作控制、二号云台操作控制5个权限，每个操控台拥有控制权限时才能进行该功能的操作控制，并具有申请权限和撤销权限的功能。

8.根据权利要求2所述的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统，其特征在于，定向定位自动控制模块，还包括定向和定位微调功能，并设置微调开关，根据微调数值进行自动控制，当微调开关关闭后，自动保持当前状态，有利于打捞回收过程的重型物定位。

9.基于ni crio的重型物打捞回收装置长距离操作控制方法，其特征在于包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的重型物打捞回收装置长距离操作控制方法，其特征在于，所述步骤s5中水下状态数据存储，包括历史状态数据表、当前状态数据表、状态预警表；

技术总结
本发明公开了基于NI cRIO的重型物打捞回收装置长距离操作控制系统和方法，具有水下控制器模块、水面操作控制输入模块、水下设备操作控制模块、液压系统控制模块、辅助操作控制模块、定向定位自动控制模块、水下状态数据监测模块、数据存储与状态预警模块；以NI cRIO控制器为中心，分层次设计了水面操控台、上位机服务器、水下打捞回收控制器三层控制结构，水面操控台实现控制输入和数据显示，上位机服务器实现控制命令和状态数据的中转和同步，水下打捞回收控制器执行搭载设备控制器、运动控制器、夹钳控制器、吊装架控制器、液压泵控制器，具有手动/自动控制切换、实时状态监测、远距离数据传输等功能，使重型物打捞回收作业更具智能化和信息化。

技术研发人员：杨明东,周红坤,阎超,郭磊,夏开权,李豪
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司七五0试验场
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11