CN112071181A - 一种高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学*** - Google Patents

一种高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种一种高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，包括密封舱、注油***、温度控制***、数据输出接口、上位机数据接收***、数据分析及管理***六部分。本发明提供了一种能够模拟海洋高压、温度条件下控制***工作环境，着重进行海洋高压环境下电子电路试验环境模拟的试验教学***装置，同现在大型海洋高压试验装备相比，本发明具有小巧便携、成本低，能够进行小型电子电路、小型仪器高压试验测试工作，本发明具有试验分析功能，能够智能化分析上传的设备数据，确定那种器件面临高压环境下损坏风险，本发明遵循人机设计原则，使设备使用方便。

Description

一种高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***
技术领域
本发明涉及一种海洋仪器控制电路实验教学***，尤其涉及一种高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，属于海洋技术教学领域。
背景技术
随着海洋开发的需要，越来越需要更多的专业技术性人才从事海洋工程技术开发。对于海洋类技术专业的本科生培养，需要增加海洋技术相关的实验类设备。
高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***从实际教学需求出发，针对海洋类自动化及相关专业在理论教学与工程实践无法匹配，***设计难以满足实际工程需要，专业技能人才无法解决实际工程问题而研制的。
一方面本***针对海洋类自动化装备控制***发展需要，实现高压湿式条件下的电路设计环境要求，设计制作不同工作海深、温度及不同功能的控制电路实验平台，实现极大多数条件下的海洋仪器工作环境，使实验内容不仅能够完全涵盖课程教学大纲，也满足实际工作需要，弥补了原实验设备只能进行单一陆上环境使用条件，达到锻炼学生解决工程问题的能力。
另一方面，本***设计主要针对了实际***工作环境，能够高度海洋仪器在海洋中的高压湿式使用环境，解决知识与工程脱节问题，使课堂中的理论知识与工程应用相结合，锻炼了学生在海洋控制工程领域相关的复杂工程问题分析、设计能力，并使学生在实验过程中不断掌握、巩固、理解控制电路中的器件及布置的技巧。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种一种能够模拟海洋高压、温度条件下控制***工作环境，着重进行海洋高压环境下电子电路试验环境模拟的高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***。
本发明的目的是这样实现的：
一种高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，包括密封舱、注油***、温度控制***、数据输出接口、上位机数据接收***、数据分析及管理***六部分。
本发明还包括这样一些特征：
所述密封舱由舱体和密封盖组成，所述舱体与密封盖通过对称偶数挂耳与螺杆组成，密封舱整体外部成圆柱形；舱体圆柱体四周分别安装了相应的测试***供电接口、测试***数据输出接口、注油口、通信接口、测试***输出信号接口，每个接口根据不同用途分别采用水密连接器、液压接头、电缆填料函等形式密封。
所述注油***包括泵体部分、手柄部分、储油箱和后座部分；所述泵体部分上设置有高压工作腔、低压工作腔、两个单向阀、高压阀、低压阀、卸载阀、两个止回阀和进油口；所述手柄部分由压杆、压把组成，所述压杆和压把靠两个销子与泵体和柱塞连接，在后座部分或储油箱上面装有注油、放气孔。
所述温度控制***采用模糊控制器为控制核心，温度采样电路、反馈电路、半导体制冷器、驱动电路及保护电路组合而成。
所述数据输出接口为模拟信号输出接口、通信数据接口，接头采用水密连接器、填料函，所述通信数据接口为CAN通信、485通信、232通信、TCP/IP通信。
所述上位机数据接收***根据测试***的类型设置了6个操控界面，所述测试***的类型为水下机器人导航信息检测***、水下机器人推进器驱动控制***、水下机器人液压驱动控制***、水下机械臂控制***、水下灯控制***、高压电转换***；上位机数据接收***具有多种数据接收接口：模拟数据接收接口、CAN通信数据接收接口、485通信数据接收接口、232通信数据接收接口、TCP/IP通信数据接收接口。
所述数据分析及管理***利用大数据管理技术，通过网络将测试的控制***实时数据传输到实验管理***，学生通过本***进行远程实验操作、实验报告生成与实验自动评分，当学生需要进实验时，登录网站进行远程操作，在***数据传输过程中，现场监控计算机用来交互信息，将必要的历史数据，统计数据等存入数据库，同时接收用户的指令与参数，为保证控制网络的安全，***设计有防火墙或代理服务器，在操作界面内通过对进行测试项目进行选择，根据所选的实验类型，对测试的压力和温度进行设置，通过被测的控制***传上来的数据进行分析，进而对设计控制***存在问题和实验结果进行综合评价。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种能够模拟海洋高压、温度条件下控制***工作环境，着重进行海洋高压环境下电子电路试验环境模拟的试验教学***装置。
(2)同现在大型海洋高压试验装备相比，本发明具有小巧便携、成本低，能够进行小型电子电路、小型仪器高压试验测试工作。
(3)本发明具有试验分析功能，能够智能化分析上传的设备数据，确定那种器件面临高压环境下损坏风险。
(4)本发明遵循人机设计原则，使设备使用方便。
附图说明
图1是高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***原理图；
图2a-c是密封舱结构二维图；
图3是注油***的结构图；
图4是温度控制***原理图；
图5a-b是电气接口示意图，5a为水密连接器示意图，5b为电气接口示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明根据海洋类自动化及相关专业在理论教学与工程实践无法匹配需要，研制一款能够进行高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***。
高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***由密封舱、注油***、温度控制***、数据输出接口、上位机数据接收***、数据分析及管理***六部分。密封舱是模拟海洋仪器和装备的控制***环境，是一个密闭的充油空间；注油***是通过手动或者自动加油***向密封舱注油，提高密封舱内的油压，实现水下控制***的压力要求；温度控制***通过制冷和加热装置调节密封舱内的温度，满足控制***实验的温度要求；数据输出接口用于接收控制***输出测试和检测数据；上位机数据接收***用于将测试的控制***数据进行接收和存储，具有模拟数据接收接口、CAN通信数据接收接口、485通信数据接收接口、232通信数据接收接口、TCP/IP通信数据接收接口等形式；数据分析及管理***是对测试的控制***数据进行分析，通过分析判断***在相应压力和温度条件下是否正常工作及发生问题原因，据此对控制***进行相应的修改和调整，满足***要求，同时记录实验数据和结果，生成相应的实验报告，便于教师科学化管理。
密封舱结构主体由舱体和密封盖组成，舱体与密封盖通过对称偶数挂耳与螺杆组成，安装拆卸方便、安全、可靠。密封舱整体外部成圆柱形，采用高强度钛合金材料铸造而成。舱体圆柱体四周分别安装了相应的测试***供电接口、测试***数据输出接口、注油口、通信接口、测试***输出信号接口。每个接口根据不同用途分别采用水密连接器、液压接头、电缆填料函等形式密封。
注油***由下面四个部分组成：泵体部分、手柄部分、储油箱、后座部分。泵体部分是油泵的主要部分，高压工作腔、低压工作腔、两个单向阀、高压阀(安全阀)、低压阀、卸载阀、两个止回阀、进油口等都在上面。各处孔有机联系在一起。两个单向阀是防止压力油回流。两个单向阀其规格、作用是一样的。低压阀和高压阀的作用是压力控制。分别将压力控制在最低位和最高位。进油口处的两个钢球是止回阀。工作完毕后松动卸载阀、压力油流回储油管，完成卸载工作。手柄部分：主要由压杆、压把组成。靠两个销子与泵体和柱塞连接。手动力作用在压杆上，带动柱塞作往复运动，产生油液的压力。在后座或油箱上面装有注油、放气孔。松开螺丝就可进行放气和进气。使用时请打开放气阀。
注油***工作原理可分四个过程：
1)充油：注油***在开始工作时，油液被高低压柱塞同时压入高低压单向阀，通过高低压单向阀进入油缸。当压力升至lMpa时，则低压油从低压溢流阀溢回储油管。
2)升压：在上述过程的基础上。高压柱塞继续工作，压力逐渐升高。当压力超过额定压力时，则高压阀打开，高压油从高压阀溢回储油管，压力始终保持在高压。高压阀就是安全阀。
3)工作；在工作过程中，由于工作缸做功.压力会减小，所以要随时摇动手柄，保持所需的工作压力，直至工作结束。
4)卸载：油泵工作完毕，需要将压力减至零。打开卸载阀，油液流回储油管，完成卸载工作。
海洋温度一般在-2℃—30℃，其中，75％的水温为0℃到6℃，50％的水温为1.3℃到3.8℃，因此绝大多数水温都低于室温，本温度控制***以制冷为主。温度控制***采用模糊控制器为控制核心，温度采样电路、反馈电路、半导体制冷器、驱动电路及保护电路等组合而成。
高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***的数据接口提供了多种形式，以满足测试控制***的输出的多种要求，主要为模拟信号输出接口、通信数据接口(CAN通信、485通信、232通信、TCP/IP通信)，接头采用水密连接器、填料函。
上位机数据接收***根据测试***的类型(水下机器人导航信息检测***、水下机器人推进器驱动控制***、水下机器人液压驱动控制***、水下机械臂控制***、水下灯控制***、高压电转换***)设置了6个操控界面。数据接收***具有多种数据接收接口：模拟数据接收接口、CAN通信数据接收接口、485通信数据接收接口、232通信数据接收接口、TCP/IP通信数据接收接口等形式，能够接收和存储密封舱内被测控制***输出的数据，同时通过该上位机软件能够控制密封舱中被测控制***，通过反馈的控制数据进行相应比对。
数据分析管理***利用大数据管理技术，通过网络将测试的控制***实时数据传输到实验管理***。学生可通过本***进行远程实验操作、实验报告生成与实验自动评分，当学生需要进实验时，只需登录到此网站相应的页面便可进行远程操作。在***数据传输过程中，现场监控计算机用来交互信息，将必要的历史数据，统计数据等存入数据库，同时接收用户的指令与参数。为保证控制网络的安全，***设计有防火墙或代理服务器。
在操作界面内通过对进行测试项目进行选择，根据所选的实验类型，对测试的压力和温度进行设置，通过被测的控制***传上来的数据进行分析，进而对设计控制***存在问题和实验结果进行综合评价。
本发明是一种能够进行高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，该***能够模拟海洋高压、温度条件下控制***工作环境，着重进行海洋高压环境下电子电路试验环境模拟的试验教学***装置，为培养海洋类自动化专业技术性人才创造条件。
综上所述：本发明根据海洋类自动化及相关专业在理论教学与工程实践无法匹配需要，研制一款能够进行高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***。高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***由密封舱、注油***、温度控制***、数据输出接口、上位机数据接收***、数据分析及管理***六部分。密封舱是模拟海洋仪器和装备的控制***环境，是一个密闭的充油空间；注油***是通过手动或者自动加油***向密封舱注油，提高密封舱内的油压，实现水下控制***的压力要求；温度控制***通过制冷和加热装置调节密封舱内的温度，满足控制***实验的温度要求；数据输出接口用于接收控制***输出测试和检测数据；上位机数据接收***用于将测试的控制***数据进行接收和存储，具有模拟数据接收接口、CAN通信数据接收接口、485通信数据接收接口、232通信数据接收接口、TCP/IP通信数据接收接口等形式；数据分析及管理***是对测试的控制***数据进行分析，通过分析判断***在相应压力和温度条件下是否正常工作及发生问题原因，据此对控制***进行相应的修改和调整，满足***要求，同时记录实验数据和结果，生成相应的实验报告，便于教师科学化管理。本发明能够在实验室环境下最大程度的模拟实际海洋环境中的海洋仪器和装备控制***的压力、油侵、温度环境及每个参数相应变化的情况，解决了理论教学与应用出现脱节问题，使学生在学习实践过程中锻炼解决海洋仪器和装备控制工程领域中的复杂工程问题，具有重要教学价值和实际意义。

Claims (7)

1.一种高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，其特征是，包括密封舱、注油***、温度控制***、数据输出接口、上位机数据接收***、数据分析及管理***六部分。
2.根据权利要求1所述的高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，其特征是，所述密封舱由舱体和密封盖组成，所述舱体与密封盖通过对称偶数挂耳与螺杆组成，密封舱整体外部成圆柱形；舱体圆柱体四周分别安装了相应的测试***供电接口、测试***数据输出接口、注油口、通信接口、测试***输出信号接口，每个接口根据不同用途分别采用水密连接器、液压接头、电缆填料函等形式密封。
3.根据权利要求1所述的高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，其特征是，所述注油***包括泵体部分、手柄部分、储油箱和后座部分；所述泵体部分上设置有高压工作腔、低压工作腔、两个单向阀、高压阀、低压阀、卸载阀、两个止回阀和进油口；所述手柄部分由压杆、压把组成，所述压杆和压把靠两个销子与泵体和柱塞连接，在后座部分或储油箱上面装有注油、放气孔。
4.根据权利要求1所述的高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，其特征是，所述温度控制***采用模糊控制器为控制核心，温度采样电路、反馈电路、半导体制冷器、驱动电路及保护电路组合而成。
5.根据权利要求1所述的高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，其特征是，所述数据输出接口为模拟信号输出接口、通信数据接口，接头采用水密连接器、填料函，所述通信数据接口为CAN通信、485通信、232通信、TCP/IP通信。
6.根据权利要求1所述的高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，其特征是，所述上位机数据接收***根据测试***的类型设置了6个操控界面，所述测试***的类型为水下机器人导航信息检测***、水下机器人推进器驱动控制***、水下机器人液压驱动控制***、水下机械臂控制***、水下灯控制***、高压电转换***；上位机数据接收***具有多种数据接收接口：模拟数据接收接口、CAN通信数据接收接口、485通信数据接收接口、232通信数据接收接口、TCP/IP通信数据接收接口。
7.根据权利要求1所述的高压湿式条件下的海洋仪器控制电路实验教学***，其特征是，所述数据分析及管理***利用大数据管理技术，通过网络将测试的控制***实时数据传输到实验管理***，学生通过本***进行远程实验操作、实验报告生成与实验自动评分，当学生需要进实验时，登录网站进行远程操作，在***数据传输过程中，现场监控计算机用来交互信息，将必要的历史数据，统计数据等存入数据库，同时接收用户的指令与参数，为保证控制网络的安全，***设计有防火墙或代理服务器，在操作界面内通过对进行测试项目进行选择，根据所选的实验类型，对测试的压力和温度进行设置，通过被测的控制***传上来的数据进行分析，进而对设计控制***存在问题和实验结果进行综合评价。
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