專利名稱：海底管道內(nèi)爬行器智能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種海底管道內(nèi)爬行器智能控制器。
背景技術(shù)：
我國(guó)海洋石油資源豐富，在水深200米以內(nèi)的大陸架，石油蘊(yùn)藏量約150～200億噸。我國(guó)已發(fā)現(xiàn)的海上大型油田的許多輸油管線都是在80年代鋪設(shè)的，近年來(lái)進(jìn)入了管線泄漏的高發(fā)期，迫切需要對(duì)其進(jìn)行檢修。國(guó)外已成熟應(yīng)用的海底管線檢修裝置不能完全適合維護(hù)我國(guó)淺海石油管道的需求，且價(jià)格昂貴。因此開發(fā)出一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的淺海石油管線的檢漏與維修自動(dòng)設(shè)備，不但可減少因管線老化造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失，減少石油泄漏所造成的污染，而且可掌握這一領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，便于今后開發(fā)用于檢修不同口徑管線的系列產(chǎn)品，保障我國(guó)淺海石油管線的安全運(yùn)行。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利公開號(hào)CN1828219A，
公開日為2006.09.06，專利名稱為海底管道智能檢測(cè)器，該專利申請(qǐng)自述為“一種海底管道智能檢測(cè)器，屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，包括驅(qū)動(dòng)裝置、漏磁檢測(cè)頭、漏磁信號(hào)處理裝置、電源裝置、里程儀、旋轉(zhuǎn)編碼器、超聲檢測(cè)頭及超聲信號(hào)處理裝置。驅(qū)動(dòng)裝置、漏磁檢測(cè)頭、漏磁信號(hào)處理裝置、電源裝置、超聲信號(hào)處理裝置、超聲檢測(cè)頭由頭至尾依次用萬(wàn)向節(jié)相連，里程儀設(shè)在超聲信號(hào)處理裝置的滾輪上，旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)在漏磁信號(hào)處理裝置箱體內(nèi)”。其不足之處是檢測(cè)裝置只能檢測(cè)到輸油管道中的缺陷，及缺陷在管道中的位置，卻無(wú)法對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行維修，因此存在缺陷的管道依舊不能正常運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海底管道內(nèi)爬行器智能控制器，使其解決了我國(guó)近海石油管道的維修問(wèn)題。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括PC104總線CPU模塊、PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、傾斜傳感器、CF卡存儲(chǔ)器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊。
所述的PC104總線CPU模塊，是本發(fā)明的核心部件，其它部件都與它相連接，PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、傾斜傳感器、CF卡存儲(chǔ)器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊相連。PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊以標(biāo)準(zhǔn)PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與PC104總線CAN通訊模塊以標(biāo)準(zhǔn)PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以并行接口互連；PC104總線CPU模塊與傾斜傳感器以串行接口RS-232標(biāo)準(zhǔn)互連；PC104總線CPU模塊與CF卡存貯器以IDE接口互連；PC104總線CPU模塊與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊以USB接口互聯(lián)。
所述的PC104總線DC/DC電源模塊與管道內(nèi)爬行器的電源單元相連，它把電原單元提供的+24V直流電轉(zhuǎn)換為+5V的直流電供PC104總線CPU模塊使用，此外PC104總線DC/DC電源模塊還有保持供電電壓平穩(wěn)、減少電源單元供電電壓的變化對(duì)PC104總線CPU模塊的影響。
所述的PC104總線CAN通訊模塊通過(guò)公共的CAN總線與爬行器的電源單元、爬行單元、檢測(cè)單元和定位單元互連，PC104總線CPU模塊借助PC104總線CAN通訊模塊向電源單元、爬行單元、檢測(cè)單元和定位單元發(fā)送控制命令和接收他們的消息反饋，實(shí)現(xiàn)了智能控制器與電源單元、爬行單元、檢測(cè)單元和定位單元通訊的功能。
所述的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供爬行器在運(yùn)動(dòng)時(shí)位置變化的信息，該信息以爬行器的位置相對(duì)于基準(zhǔn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變化表示，具體表現(xiàn)為其在X軸，Y軸和Z軸上坐標(biāo)變化的增量(如ΔX、ΔY和ΔZ，這三個(gè)測(cè)量值隨時(shí)間漂移)，PC104總線CPU模塊采用統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法對(duì)位置變化的信息加以處理，計(jì)算出爬行器的位置變化量ΔX、ΔY和ΔZ與爬行器在水平面上的傾斜角度的關(guān)系，該傾斜角度可由傾斜傳感器準(zhǔn)確的測(cè)得，然后用傾斜角度值反推得到ΔX、ΔY和ΔZ的準(zhǔn)確值，這一數(shù)學(xué)處理方法可以消除捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)量值隨時(shí)間漂移。
所述的傾斜傳感器能夠向PC104總線CPU模塊提供爬行器在水平面上的傾斜角度值，該角度值被用于修正慣性導(dǎo)航系統(tǒng)向PC104總線CPU模塊提供的爬行器在運(yùn)動(dòng)時(shí)其位置變化的信息。
所述的CF卡存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)智能控制器的操作系統(tǒng)程序、數(shù)值處理程序和控制程序。
所述的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試電腦的無(wú)線網(wǎng)卡構(gòu)成AD-HOC模式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，方便對(duì)智能控制器的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作。
本發(fā)明的工作過(guò)程和工作原理1、對(duì)海底管道中的缺陷進(jìn)行檢修需要兩個(gè)步驟①在線檢測(cè)在管道不停產(chǎn)的情況下，在線檢測(cè)設(shè)備采用皮碗作為驅(qū)動(dòng)裝置，采用超聲探頭等無(wú)損探傷設(shè)備對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)、采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量管道的地理信息，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，檢測(cè)過(guò)程完成后進(jìn)行有行業(yè)專家參與的離岸分析過(guò)程，最終得出包含有管道地理信息、管道缺陷信息和焊縫信息的管道信息文件。②定位檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試電腦與智能控制器的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把管道信息文件下載到智能控制器，智能控制器自身攜帶的傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，與管道信息文件中記載的數(shù)據(jù)相比對(duì)，據(jù)此自動(dòng)生成控制爬行器進(jìn)行缺陷定位的方案。
2、PC104總線CPU模塊是智能控制器的數(shù)據(jù)處理中心，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)得的爬行器所處空間位置的變化隨著時(shí)間漂移，PC104總線CPU模塊計(jì)算出這一空間位置的變化量與爬行器在水平面方向傾斜角度的關(guān)系，傾斜傳感器可以準(zhǔn)確測(cè)量這一傾斜角度的數(shù)值，因此可以用準(zhǔn)確的傾斜角度值反演爬行器所處空間位置的變化值，對(duì)這一空間位置的變化值按微小時(shí)間段進(jìn)行累加就可以得出爬行器在輸油管道中的空間位置。
3、PC104總線CAN通訊模塊通過(guò)公共的CAN總線與爬行器的電源單元、爬行單元、檢測(cè)單元和定位單元互連，智能控制器借助PC104總線CAN通訊模塊發(fā)送控制命令、接收電源單元提供的里程輪信息和檢測(cè)單元提供的焊縫信息，及電源單元、爬行單元、檢測(cè)單元和定位單元的消息反饋，這些信息與PC104總線CPU模塊計(jì)算得出的爬行器在管道中的空間位置信息相融合能夠?yàn)榕佬衅骶_定位于管道的缺陷處提供依據(jù)。
本發(fā)明智能控制器自主控制爬行器精確定位到管道中的缺陷位置，然后命令爬行器發(fā)射超低頻信號(hào)來(lái)引導(dǎo)搶修船對(duì)管道缺陷進(jìn)行維修，解決了我國(guó)近海石油管道的維修問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明智能控制器系統(tǒng)構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括PC104總線CPU模塊、PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、傾斜傳感器、CF卡存儲(chǔ)器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊。所述的PC104總線CPU模塊，其它部件都與它相連接，PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、傾斜傳感器、CF卡存儲(chǔ)器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊相連。PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊以標(biāo)準(zhǔn)PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與PC104總線CAN通訊模塊以標(biāo)準(zhǔn)PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以并行接口互連；PC104總線CPU模塊與傾斜傳感器以串行接口RS-232標(biāo)準(zhǔn)互連；PC104總線CPU模塊與CF卡存貯器以IDE接口互連；PC104總線CPU模塊與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊以USB接口互聯(lián)。
本實(shí)施例海底管道內(nèi)爬行器智能控制器是海底管道內(nèi)爬行器的一個(gè)組成部分，海底管道內(nèi)爬行器包括智能控制器、電源單元、爬行單元、檢測(cè)單元和定位單元，他們之間通過(guò)電源線和CAN通訊總線相互連接。
所述的PC104總線CPU模塊是智能控制器的數(shù)據(jù)處理中心，它用傾斜傳感器的測(cè)量值校準(zhǔn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)量值，可得到爬行器所處空間位置的變化值，對(duì)這一空間位置的變化值按微小時(shí)間段進(jìn)行累加得出爬行器在輸油管道中的空間位置，采用信息融合技術(shù)對(duì)爬行器所處管道中的空間位置信息、里程計(jì)信息和焊縫信息進(jìn)行處理，得到爬行器在管道中的精確位置信息，把此結(jié)果與管道信息文件中記載的數(shù)據(jù)相比對(duì)，據(jù)此自動(dòng)生成控制爬行器進(jìn)行缺陷定位的方案，完成爬行器對(duì)管道中存在缺陷位置的精確定位。
所述的PC104總線DC/DC電源模塊把電源單元提供的+24V直流電轉(zhuǎn)換為+5V的直流電供智能控制器的所有組成部件使用，該電源模塊能夠消除電源單元提供的電壓不穩(wěn)時(shí)對(duì)智能控制器工作的影響，它與PC104總線CPU模塊采用相同的總線結(jié)構(gòu)，因而具有安裝方便的特點(diǎn)。
所述的PC104總線CAN通訊模塊通過(guò)公共的CAN總線與爬行器的電源單元、爬行單元、檢測(cè)單元和定位單元互連，智能控制器借助PC104總線CAN通訊模塊發(fā)送控制命令、接收安裝于其它單元上傳感器所測(cè)得的數(shù)據(jù)和接收其它單元的消息反饋，其它單元所測(cè)得的數(shù)據(jù)包括檢測(cè)單元測(cè)得的焊縫信息和電源單元測(cè)得的里程計(jì)信息，這些信息為PC104總線CPU模塊分析計(jì)算爬行器在管道中的準(zhǔn)確位置提供依據(jù)。
所述的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供爬行器在運(yùn)動(dòng)時(shí)位置變化的信息，該信息以爬行器的位置相對(duì)于基準(zhǔn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變化表示，具體表現(xiàn)為其在X軸，Y軸和Z軸上坐標(biāo)變化的增量ΔX、ΔY和ΔZ，但ΔX、ΔY和ΔZ三個(gè)測(cè)量值因隨時(shí)間漂移而不能被直接使用，因此采用統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法對(duì)爬行器的位置變化的信息加以處理，計(jì)算出位置變化值ΔX、ΔY和ΔZ與爬行器在水平面上的傾斜角度的關(guān)系，該傾斜角度可由傾斜傳感器準(zhǔn)確的測(cè)得，然后用傾斜角度值反推得到ΔX、ΔY和ΔZ的準(zhǔn)確值，按微小時(shí)間段對(duì)其進(jìn)行累積得到爬行器在輸油管道中的空間位置，智能控制器參考這一信息完成輸油管道缺陷定位的任務(wù)。
5、CF卡存儲(chǔ)器所述的CF卡存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)智能控制器的操作系統(tǒng)程序、數(shù)值處理程序和控制程序，它體積小、重量輕、功耗低，與PC104總線CPU模塊接口容易。
6、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊所述的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試電腦的無(wú)線網(wǎng)卡構(gòu)成AD-HOC模式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，采用調(diào)試電腦對(duì)智能控制器實(shí)施遠(yuǎn)程登陸來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把管道信息文件下載到智能控制器。
權(quán)利要求
1.一種海底管道內(nèi)爬行器智能控制器，包括PC104總線CPU模塊、PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、傾斜傳感器、CF卡存儲(chǔ)器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊，其特征在于所述的PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、傾斜傳感器、CF卡存儲(chǔ)器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊相連，PC104總線CPU模塊是智能控制器的數(shù)據(jù)處理中心，它通過(guò)檢測(cè)和計(jì)算得到爬行器在管道中的精確位置信息，把該信息與管道信息文件中記載的數(shù)據(jù)相比對(duì)，據(jù)此自動(dòng)生成控制爬行器進(jìn)行缺陷定位的方案，全自主控制爬行器完成對(duì)管道中缺陷處的精確定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底管道內(nèi)爬行器智能控制器，其特征是，所述的PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊以標(biāo)準(zhǔn)PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與PC104總線CAN通訊模塊以標(biāo)準(zhǔn)PC104總線接口互連；PC104總線CPU模塊與捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以并行接口互連；PC104總線CPU模塊與傾斜傳感器以串行接口RS-232標(biāo)準(zhǔn)互連；PC104總線CPU模塊與CF卡存貯器以IDE接口互連；PC104總線CPU模塊與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊以USB接口互聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的海底管道內(nèi)爬行器智能控制器，其特征是，所述的PC104總線DC/DC電源模塊，與管道內(nèi)爬行器的電源單元相連，它把電原單元提供的+24V直流電轉(zhuǎn)換為+5V的直流電供PC104總線CPU模塊使用，此外PC104總線DC/DC電源模塊還保持供電電壓平穩(wěn)、減少電源單元供電電壓的變化對(duì)PC104總線CPU模塊的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的海底管道內(nèi)爬行器智能控制器，其特征是，所述的PC104總線CAN通訊模塊，通過(guò)公共的CAN總線與爬行器的電源單元、爬行單元、檢測(cè)單元和定位單元互連，PC104總線CPU模塊借助PC104總線CAN通訊模塊向電源單元、爬行單元、檢測(cè)單元和定位單元發(fā)送控制命令和接收他們的消息反饋，實(shí)現(xiàn)智能控制器與電源單元、爬行單元、檢測(cè)單元和定位單元通訊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的海底管道內(nèi)爬行器智能控制器，其特征是，所述的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，檢測(cè)爬行器在管道中的位置，所述的傾斜傳感器測(cè)得爬行器在水平面上的傾斜角度值，用傾斜角度值修正捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)得的爬行器所處空間位置的變化，對(duì)這一空間位置的變化按微小時(shí)間段進(jìn)行累加得出爬行器所處輸油管道中的空間位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的海底管道內(nèi)爬行器智能控制器，其特征是，所述的CF卡存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)智能控制器的操作系統(tǒng)程序、數(shù)值處理程序和控制程序。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的海底管道內(nèi)爬行器智能控制器，其特征是，所述的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊，與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試電腦的無(wú)線網(wǎng)卡構(gòu)成AD-HOC模式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把管道信息文件下載到智能控制器。
全文摘要
一種海底管道內(nèi)爬行器智能控制器，屬于智能控制領(lǐng)域。本發(fā)明包括PC104總線CPU模塊、PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、傾斜傳感器、CF卡存儲(chǔ)器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊。所述的PC104總線CPU模塊與PC104總線DC/DC電源模塊、PC104總線CAN通訊模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、傾斜傳感器、CF卡存儲(chǔ)器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊相連，PC104總線CPU模塊是智能控制器的數(shù)據(jù)處理中心，它通過(guò)檢測(cè)和計(jì)算得到爬行器在管道中的精確位置信息，把該信息與管道信息文件中記載的數(shù)據(jù)相比對(duì)，據(jù)此自動(dòng)生成控制爬行器進(jìn)行缺陷定位的方案，全自主控制爬行器完成對(duì)管道中缺陷處的精確定位。本發(fā)明解決了我國(guó)近海石油管道的維修問(wèn)題。
文檔編號(hào)F17D5/00GK1952825SQ20061011788
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者曹其新, 王忠巍, 欒楠, 趙言正, 付莊 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)