CN108071477B - 一种海洋机器人用冷却水控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋机器人用冷却水控制系统，系统包括：冷却控制器和冷却管路系统。上层控制计算机通过CAN总线连接冷却控制器，对冷却控制器发出控制命令，接收冷却控制器反馈的实时信号，冷却控制器通过I/O接口连接各个支路增压冷却泵，与冷却管路系统实时通信，实现自动控制。方法为：上层控制计算机通过CAN总线向冷却控制器下达指令，开启冷却系统各个支路冷却增压泵，使得冷却增压泵工作，实时监测各个支路的流量状态、温度状态，并故障时预警。本发明系统工作在海洋机器人使用封闭的环境中，与陆上冷却循环系统相比，其系统集成化及自适应性等设计更加合理。

Description

一种海洋机器人用冷却水控制系统及方法

技术领域

本发明涉及海洋机器人技术领域，具体的说是一种海洋机器人用冷却水控制系统及方法。

背景技术

海洋机器人通常采用热机发电机组、大规模电池组作为动力能源，推进装置采用电推系统，发电机组热机表面热辐射，发电机组的发电机及其控制器，推进装置的永磁同步电动机及其控制器等大型电力设备的发热都会影响到整个海洋机器人系统的稳定运行，因此海洋机器人的冷却水控制系统就显得尤为重要。

相比于上述陆用冷却水控制系统，用于海洋机器人冷却水控制系统存在特殊要求：(1)自动控制问题。对于海洋机器人来说，在无人驾驶时需要自动控制冷却水流量；(2)控制系统集成。对于海洋机器人来说，需要控制系统小型化集成。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种新型海洋机器人用冷却水控制系统，该控制系统通过自身的控制单元完成海洋机器人在航行时动力各个主要设备的冷却流量控制。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种海洋机器人用冷却水控制系统，其特征在于，包括：

冷却控制器，通过CAN总线连接上层控制计算机接收控制指令，通过A/D接口接收冷却管路系统反馈的温度信号和流量信号，通过I/O接口输出控制电压信号给冷却管路系统的冷却增压泵、并接收反馈电压信号，实现对冷却管路系统的冷却控制；

冷却管路系统，通过各个支路的温度传感器和流量传感器输出温度信号和流量信号给冷却控制器的A/D接口，通过内部冷却增压泵接收冷却控制器的I/O接口输出控制电压信号、并输出反馈电压信号，实现对冷却管路系统各个支路冷却水的冷却。

所述温度信号和流量信号为4-20mA的模拟电流信号；所述I/O接口输出控制电压信号为24VDC；所述反馈电压信号为5VDC。

所述冷却控制器包括：电源板、模拟资源版、模拟隔离板、数字资源板、数字驱动板、A/D接口、I/O接口、CAN总线；

所述电源板连接模拟资源板，用于对模拟资源板提供5VDC、12VDC和24VDC的电源电压；

所述模拟资源板一端连接模拟隔离板，用于向模拟隔离板提供所需24VDC的电源电压，并且接收通过模拟隔离板隔离后的温度信号和流量信号，另一端连接数字资源板，用于向数字资源板提供所需的5VDC和12VDC的电源电压，并且与数字资源板进行SPI串口通信，将隔离后的温度信号和流量信号输出给数字资源版；

所述模拟隔离板通过A/D接口连接冷却管路系统的各个支路温度传感器、支路流量传感器，用于接收温度信号和流量信号，并将经过隔离后温度信号和流量信号输出给模拟资源板；

所述数字资源板连接数字驱动板，用于向数字驱动板输出5VDC控制电压信号，并且接收数字驱动板的5VDC反馈电压信号；还用于对输入的经过串口通信的隔离后的温度信号和流量信号进行逻辑运算，并将故障信息通过CAN总线输出给上层控制计算机；

所述数字驱动板通过I/O接口连接冷却管路系统的各个支路冷却增压泵，用于输出24VDC控制电压信号，驱动各个支路冷却增压泵工作，以及接收冷却增压泵反馈的5VDC反馈电压信号。

所述隔离后的温度信号和流量信号为1-5V电压信号。

所述冷却管路系统，包括：

在依次连接的两个进出口DN50手动球阀之间并联五个淡水冷却支路，两个进出口DN50手动球阀的另一端分别连接舱外冷却器，从而实现冷却管路系统通过舱外冷却器对外界海水进行冷却；

所述每个淡水冷却支路包括：依次连接的冷却增压泵、支路流量传感器、球阀、冷却设备、单向止回阀、支路温度传感器；

所述各个支路温度传感器，采集各个支路的温度信号，并输出给冷却控制器的A/D接口，实现对各个支路冷却水温度状态的监控；

所述各个支路流量传感器，采集各个支路的流量信号，并输出给冷却控制器的A/D接口，实现对各个支路冷却水流量状态的监控；

所述各个支路冷却增压泵的电机采用变频电机，具有低、中、高三级调速功能，连接冷却控制器I/O接口，用于接收冷却控制器输出的控制电压，实现冷却增压泵的启停以及泵电机的转速调节；

所述冷却设备包括多台：电动机散热器、电动机控制器散热器、发电机散热器、发电机控制器散热器、充电机散热器、电力管理单元散热器。

一种海洋机器人用冷却水控制方法，包括以下步骤：

海洋机器人航行前，上层控制计算机通过CAN总线向冷却控制器下达指令，开启冷却系统各个支路冷却增压泵，使得冷却增压泵工作在低速档，冷却系统开始工作；实时监测各个支路的流量状态：

若冷却控制器接收到当前支路流量传感器检测的流量满足设定值时，实时监测该当前支路的温度状态；若冷却控制器接收该当前支路温度传感器检测的温度满足设定值时，控制器输出控制电压控制冷却系统的冷却增压泵开始工作；否则，冷却控制器将该当前支路温度高故障上报给上层控制计算机；

若冷却控制器接收到当前支路流量传感器检测的流量不满足设定值时，冷却控制器控制该当前支路的冷却增压泵使其工作在中速档，同时监测该当前支路的流量传感器的实时流量；

若检测到该当前支路流量满足设定值时，控制器输出控制电压控制冷却系统开始工作；否则，通过冷却控制器控制该支路冷却增压泵使其工作在高速档，同时监测该当前支路流量传感器的实时流量；

若检测到该当前支路流量满足设定值时，控制器输出控制电压控制冷却系统开始工作；否则，冷却控制器将支路流量低故障上报给上层控制计算机。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.冷却控制系统各个支路冷却增压泵电机采用变频电机，具有低、中、高三级调速功能，冷却控制器通过I/O接口控制电机转速，从而达到支路流量的闭环控制。

2.冷却控制器采用控制与功率驱动一体化设计，降低了控制系统在海洋机器人所需的空间。

3.冷却控制系统可以根据实际应用情况调整控制参数，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的系统总体控制示意图；

图2为本发明的系统中的冷却控制器控制原理图；

图3为本发明的系统中管路系统连接关系图；

图4为本发明的冷却水系统控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如附图1所示，为本发明的系统总体控制示意图。本发明是用于海洋机器人舱内冷却系统自动控制，上层控制计算机通过CAN总线将控制命令发送给冷却控制器，冷却控制器根据控制命令，驱动冷却增压泵，同时冷却气控制器通过CAN总线将工作状态反馈给上层控制计算机，实现自动控制。

如附图2所示，为本发明的系统中的冷却控制器控制原理图。本发明是用于海洋机器人舱内冷却系统自动控制，其冷却控制器是由电源板、模拟资源板、模拟隔离板、数字资源板、数字驱动板五部分组成。工作原理为外部24VDC经过电源板输出24VDC、12VDC、5VDC给模拟资源板供电，模拟资源板向模拟隔离板提供所需24VDC，并且接收通过模拟隔离板隔离后的模拟信号；另一端连接数字资源板，用于向数字资源板提供所需的5VDC和12VDC，并且与数字资源板进行串口通信，数字资源板向数字驱动板输出5VDC电压信号，并且接收数字驱动板的反馈电压信号，数字驱动板用于输出24VDC电压信号，驱动冷却增压泵，以及接收5VDC反馈电压信号。

如附图3所示，为本发明的系统中管路系统连接关系图。本发明是用于海洋机器人舱内冷却系统自动控制，舱外中央冷却器是冷却管路系统与外界海水实现热量交换的重要部件，依次连接两个进出口DN50手动球阀及五个并联的淡水冷却支路形成总冷却管路系统。所述每个淡水冷却支路依次连接冷却增压泵、支路流量计、球阀、冷却设备、单向止回阀、支路温度计到总冷却管路系统。

如附图4所示，为本发明的冷却水系统控制方法流程图。本发明方法用于海洋机器人舱内冷却系统自动控制，控制流程为：上层控制计算机给冷却控制器下达指令控制命令，冷却控制器开启各个支路增压泵，并工作在低档转速，同时各个流量计检测支路管路的流量状态，当检测到流量没有达到预设值时(低于预设值)，通过冷却控制器调节冷却泵到中档转速，同时各个流量计检测支路管路的流量状态，当检测到流量还是没有达到预设值时(低于预设值)，通过冷却控制器调节冷却泵到高档转速，同时各个流量计检测支路管路的流量状态，当检测到流量还是没有达到预设值时(低于预设值)，上报流量低故障到上层计算机。

通过温度计实时监测各个支路温度，当温度高于预设值时，上报温度高故障到上层计算机。

Claims (6)

1.一种海洋机器人用冷却水控制系统，其特征在于，包括：

冷却控制器，通过CAN总线连接上层控制计算机接收控制指令，通过A/D接口接收冷却管路系统反馈的温度信号和流量信号，通过I/O接口输出控制电压信号给冷却管路系统的冷却增压泵、并接收反馈电压信号，实现对冷却管路系统的冷却控制；所述冷却控制器包括：电源板、模拟资源版、模拟隔离板、数字资源板、数字驱动板、A/D接口、I/O接口、CAN总线；所述电源板连接模拟资源板，用于对模拟资源板提供5VDC、12VDC和24VDC的电源电压；所述模拟资源板一端连接模拟隔离板，用于向模拟隔离板提供所需24VDC的电源电压，并且接收通过模拟隔离板隔离后的温度信号和流量信号，另一端连接数字资源板，用于向数字资源板提供所需的5VDC和12VDC的电源电压，并且与数字资源板进行SPI串口通信，将隔离后的温度信号和流量信号输出给数字资源版；所述模拟隔离板通过A/D接口连接冷却管路系统的各个支路温度传感器、支路流量传感器，用于接收温度信号和流量信号，并将经过隔离后温度信号和流量信号输出给模拟资源板；所述数字资源板连接数字驱动板，用于向数字驱动板输出5VDC控制电压信号，并且接收数字驱动板的5VDC反馈电压信号；还用于对输入的经过串口通信的隔离后的温度信号和流量信号进行逻辑运算，并将故障信息通过CAN总线输出给上层控制计算机；所述数字驱动板通过I/O接口连接冷却管路系统的各个支路冷却增压泵，用于输出24VDC控制电压信号，驱动各个支路冷却增压泵工作，以及接收冷却增压泵反馈的5VDC反馈电压信号；

冷却管路系统，通过各个支路的温度传感器和流量传感器输出温度信号和流量信号给冷却控制器的A/D接口，通过内部冷却增压泵接收冷却控制器的I/O 接口输出控制电压信号、并输出反馈电压信号，实现对冷却管路系统各个支路冷却水的冷却。

2.根据权利要求1所述的一种海洋机器人用冷却水控制系统，其特征在于，所述温度信号和流量信号为4-20mA的模拟电流信号；所述I/O接口输出控制电压信号为24VDC；所述反馈电压信号为5VDC。

3.根据权利要求1所述的一种海洋机器人用冷却水控制系统，其特征在于，所述隔离后的温度信号和流量信号为1-5V电压信号。

4.根据权利要求1所述的一种海洋机器人用冷却水控制系统，其特征在于，所述冷却管路系统，包括：

在依次连接的两个进出口DN50手动球阀之间并联五个淡水冷却支路，两个进出口DN50手动球阀的另一端分别连接舱外冷却器，从而实现冷却管路系统通过舱外冷却器对外界海水进行冷却；

所述每个淡水冷却支路包括：依次连接的冷却增压泵、支路流量传感器、球阀、冷却设备、单向止回阀、支路温度传感器。

5.根据权利要求4所述的一种海洋机器人用冷却水控制系统，其特征在于，

所述各个支路温度传感器，采集各个支路的温度信号，并输出给冷却控制器的A/D接口，实现对各个支路冷却水温度状态的监控；

所述各个支路流量传感器，采集各个支路的流量信号，并输出给冷却控制器的A/D接口，实现对各个支路冷却水流量状态的监控；

所述各个支路冷却增压泵的电机采用变频电机，具有低、中、高三级调速功能，连接冷却控制器I/O接口，用于接收冷却控制器输出的控制电压，实现冷却增压泵的启停以及泵电机的转速调节；

所述冷却设备包括多台：电动机散热器、电动机控制器散热器、发电机散热器、发电机控制器散热器、充电机散热器、电力管理单元散热器。

6.一种海洋机器人用冷却水控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

海洋机器人航行前，上层控制计算机通过CAN总线向冷却控制器下达指令，开启冷却系统各个支路冷却增压泵，使得冷却增压泵工作在低速档，冷却系统开始工作；实时监测各个支路的流量状态：

若冷却控制器接收到当前支路流量传感器检测的流量满足设定值时，实时监测该当前支路的温度状态；若冷却控制器接收该当前支路温度传感器检测的温度满足设定值时，控制器输出控制电压控制冷却系统的冷却增压泵开始工作；否则，冷却控制器将该当前支路温度高故障上报给上层控制计算机；

若冷却控制器接收到当前支路流量传感器检测的流量不满足设定值时，冷却控制器控制该当前支路的冷却增压泵使其工作在中速档，同时监测该当前支路的流量传感器的实时流量；

若检测到该当前支路流量满足设定值时，控制器输出控制电压控制冷却系统开始工作；否则，通过冷却控制器控制该支路冷却增压泵使其工作在高速档，同时监测该当前支路流量传感器的实时流量；

若检测到该当前支路流量满足设定值时，控制器输出控制电压控制冷却系统开始工作；否则，冷却控制器将支路流量低故障上报给上层控制计算机。