本實(shí)用新型涉及海底探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于側(cè)掃聲納拖魚(yú)的自動(dòng)收放裝置。

背景技術(shù)：

500kV福港線(xiàn)海底電纜是保障海南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)連接的唯一通道，海底電纜一旦出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)造成海南電網(wǎng)解列運(yùn)行，帶來(lái)嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)影響。因此需掌握海底電纜保護(hù)情況，排查海底電纜安全隱患，掌握海底電纜路由地貌情況，保障海底電纜安全運(yùn)行。

500kV福港線(xiàn)先后進(jìn)行了3次海底電纜檢測(cè)工作，利用ROV水下機(jī)器人、多波束檢測(cè)系統(tǒng)、側(cè)掃聲納檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)海纜路由海纜埋深、海纜裸露段和懸空段檢測(cè)、障礙物檢測(cè)等等。其中側(cè)掃聲納檢測(cè)系統(tǒng)的的換能器探頭(稱(chēng)側(cè)掃聲納拖魚(yú))在進(jìn)行檢測(cè)工作時(shí)需要懸在海中發(fā)射與接收聲波，側(cè)掃聲納拖魚(yú)的姿態(tài)有一定要求。

當(dāng)前，開(kāi)展側(cè)掃聲納檢測(cè)工作時(shí)，采取的是人工投放側(cè)掃聲納拖魚(yú)的方式，由于側(cè)掃聲納拖魚(yú)較沉重，投放時(shí)至少需要2個(gè)以上的人合力徒手投放側(cè)掃聲納拖魚(yú)，在正常工作時(shí)，需要人工拉著拖魚(yú)，根據(jù)海底深度實(shí)時(shí)改變拖魚(yú)的深度，由于海上作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大，存在人員失足跌落入海的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)一旦操作人員經(jīng)驗(yàn)不足，在海底較淺的地方回收拖魚(yú)不及時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致拖魚(yú)觸底損壞。同時(shí)在工作時(shí)，要保證拖魚(yú)在合適的深度，檢測(cè)的數(shù)據(jù)才準(zhǔn)確無(wú)誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種應(yīng)用于側(cè)掃聲納拖魚(yú)的自動(dòng)收放裝置，代替人工投放側(cè)掃聲納拖魚(yú)，并且具備自動(dòng)適應(yīng)水深改變拖魚(yú)深度的功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制過(guò)程。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：

一種應(yīng)用于側(cè)掃聲納拖魚(yú)的自動(dòng)收放裝置，包括依次相連的計(jì)算機(jī)、PLC、液壓船用起重吊臂、傳感器和變送器，變送器還連接PLC；

所述液壓船用起重吊臂包括絞車(chē)1、纜繩2、輪滑3、防搖架4、伸縮臂5、起重主臂6和回轉(zhuǎn)支架7；所述傳感器包括纜繩長(zhǎng)度傳感器、伸縮臂長(zhǎng)度傳感器、起重主臂角度傳感器和回轉(zhuǎn)支架角度傳感器；每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)一個(gè)變送器，變送器將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC能夠識(shí)別的輸入信號(hào)；

回轉(zhuǎn)支架7固定在甲板上，起重主臂6一端固定在回轉(zhuǎn)支架7上，一端懸空于海面上，伸縮臂5一端固定于回轉(zhuǎn)支架7上，一端固定在起重主臂6上，回轉(zhuǎn)支架7可以帶動(dòng)起重主臂6和伸縮臂5在水平方向上360度旋轉(zhuǎn)，伸縮臂5可以在垂直方向上伸縮，以調(diào)整起重主臂6與海面之間的角度；

絞車(chē)1位于甲板上，纜繩2一端連接側(cè)掃聲納拖魚(yú)，另一端越過(guò)輪滑3固定于絞車(chē)1上，輪滑3安裝在起重主臂6的懸空端，防搖架4也安裝在起重主臂6的懸空端并位于輪滑3的下方。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型由可編程控制器作為控制核心，液壓船用起重吊臂為執(zhí)行機(jī)構(gòu)代替人工投放，提高了作業(yè)效率，降低了人員落水和設(shè)備損傷的風(fēng)險(xiǎn)；該裝置具有空間三軸運(yùn)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)空間位置在一定范圍內(nèi)任意變化，提高了檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度，同時(shí)可以避免設(shè)備接觸海底造成的破壞。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型應(yīng)用于側(cè)掃聲納拖魚(yú)的自動(dòng)收放裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型應(yīng)用于側(cè)掃聲納拖魚(yú)的自動(dòng)收放裝置中液壓船用起重吊臂的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型針對(duì)當(dāng)前側(cè)掃聲納拖魚(yú)人工投放方式存在的風(fēng)險(xiǎn)和缺點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于側(cè)掃聲納拖魚(yú)的自動(dòng)收放裝置，代替人工投放側(cè)掃聲納拖魚(yú)，并且具備自動(dòng)適應(yīng)水深改變拖魚(yú)的深度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制過(guò)程。

本裝置分為3大部分：控制部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器及變送器部分。其中控制部分的核心是可編程控制器(PLC)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為適合現(xiàn)場(chǎng)條件的液壓船用起重吊臂，以及檢測(cè)過(guò)程物理量的相應(yīng)傳感器，變送器將傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)處理轉(zhuǎn)化成可編程控制器能夠識(shí)別的輸入信號(hào)。如圖1所示，本裝置具體包括依次相連的計(jì)算機(jī)、PLC、液壓船用起重吊臂、傳感器和變送器，其中，變送器還連接PLC。

對(duì)側(cè)掃聲納拖魚(yú)的控制功能包括了：(1)釋放與回收；(2)姿態(tài)控制(3)纏繞報(bào)警；(4)位置坐標(biāo)修正；(5)緊急停止功能。

針對(duì)以上功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓船用起重吊臂需要實(shí)現(xiàn)空間中的三軸運(yùn)動(dòng)功能，因此可設(shè)計(jì)船用起重吊臂由底部回轉(zhuǎn)支架(利用回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng))、起重主臂(利用變幅液壓缸實(shí)現(xiàn)吊臂變幅)、伸縮臂(利用伸縮液壓缸控制伸縮臂的伸展)、帶有纜繩的起升絞車(chē)(由起升液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng))、滑輪和防搖架組成。

底部回轉(zhuǎn)支架完成水平面360度旋轉(zhuǎn)，加上起重吊臂的變幅以及伸縮臂可完成防搖架在空間的三軸運(yùn)動(dòng)，起升絞車(chē)、纜繩和滑輪可實(shí)現(xiàn)側(cè)掃聲納拖魚(yú)垂直上升和下降的控制，防搖架裝在吊臂上，拖魚(yú)回收時(shí)進(jìn)入防搖架固定位置，防止在吊臂的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中拉拽著的拖魚(yú)慣性運(yùn)動(dòng)撞到船體。

如圖2所示，液壓船用起重吊臂包括絞車(chē)1、纜繩2、輪滑3、防搖架4、伸縮臂5、起重主臂6和回轉(zhuǎn)支架7；所述傳感器包括纜繩長(zhǎng)度傳感器、伸縮臂長(zhǎng)度傳感器、起重主臂角度傳感器和回轉(zhuǎn)支架角度傳感器；每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)一個(gè)變送器，變送器將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制中心能夠識(shí)別的輸入信號(hào)。

回轉(zhuǎn)支架7固定在甲板上，起重主臂6一端固定在回轉(zhuǎn)支架7上，一端懸空于海面上，伸縮臂5一端固定于回轉(zhuǎn)支架7上，一端固定在起重主臂6上，回轉(zhuǎn)支架7可以帶動(dòng)起重主臂6和伸縮臂5在水平方向上360度旋轉(zhuǎn)，伸縮臂5可以在垂直方向上伸縮，以調(diào)整起重主臂6與海面之間的角度。

絞車(chē)1位于甲板上，纜繩2一端連接側(cè)掃聲納拖魚(yú)，另一端越過(guò)輪滑3固定于絞車(chē)1上，輪滑3安裝在起重主臂6的懸空端，防搖架4也安裝在起重主臂6的懸空端并位于輪滑3的下方。

裝置包括了相應(yīng)的傳感器和變送器，回轉(zhuǎn)支架角度傳感器用于測(cè)量支架回轉(zhuǎn)的角度，主臂變幅角度傳感器用于測(cè)量主臂的角度，纜繩長(zhǎng)度傳感器用于測(cè)量纜繩釋放的長(zhǎng)度，伸縮長(zhǎng)度傳感器，纜繩拉力傳感器，纜繩與水面夾角角度傳感器，每個(gè)傳感器都有相對(duì)應(yīng)的變送器，將傳感器輸出量統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為PLC能夠識(shí)別的輸入量。

本裝置對(duì)側(cè)掃聲納拖魚(yú)的控制過(guò)程介紹如下。需要特別指出的是，PLC承擔(dān)了信號(hào)處理的功能，其內(nèi)置的程序?qū)儆诂F(xiàn)有技術(shù)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員的慣用手段，不是本實(shí)用新型所要求保護(hù)的對(duì)象。

1、三軸運(yùn)動(dòng)：

(1)復(fù)歸：設(shè)定初始狀態(tài)系統(tǒng)為防搖架在側(cè)掃聲納拖魚(yú)正上方，PLC獲取來(lái)自計(jì)算機(jī)投放的命令后，纜繩長(zhǎng)度傳感器、船用吊臂主臂角度傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器和伸縮臂長(zhǎng)度傳感器將當(dāng)前纜繩長(zhǎng)度、主臂角度、回轉(zhuǎn)支架當(dāng)前角度和伸縮臂伸展長(zhǎng)度反饋至PLC，通過(guò)程序算法，船用吊臂主臂角度、伸縮臂和回轉(zhuǎn)角度復(fù)歸至初始狀態(tài)。

(2)將側(cè)掃聲納拖魚(yú)提起進(jìn)入防搖架：當(dāng)PLC獲取到各個(gè)傳感器所反饋的位置信息為初始狀態(tài)時(shí)，PLC輸出模擬信號(hào)，控制起升機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的閥門(mén)，進(jìn)而控制起升液壓馬達(dá)工作，在液壓馬達(dá)的帶動(dòng)下，起升絞車(chē)回收纜繩，直到纜繩長(zhǎng)度傳感器檢測(cè)到纜繩長(zhǎng)度為0時(shí)(即側(cè)掃聲納拖魚(yú)進(jìn)入防搖架)，PLC輸出相應(yīng)模擬信號(hào)，使起升液壓馬達(dá)停止工作，絞車(chē)停止回收纜繩；

(3)將側(cè)掃聲納拖魚(yú)位置移動(dòng)到船舷外水面上方：PLC輸出相應(yīng)信號(hào)，控制回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相應(yīng)的電磁閥，進(jìn)而控制回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)至相應(yīng)的角度，同時(shí)控制主臂變幅機(jī)構(gòu)的電磁閥，進(jìn)而控制變幅液壓缸按照所需的速度和方向運(yùn)動(dòng)，主臂在變幅液壓缸的作用下，將側(cè)掃聲納拖魚(yú)伸展到船舷外水面上方，伸縮臂在伸縮液壓缸的推動(dòng)下，伸展臂按需要伸展至一定的長(zhǎng)度。

(4)釋放側(cè)掃聲納拖魚(yú)：由PLC輸出信號(hào)，控制起升機(jī)構(gòu)電磁閥，帶動(dòng)液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)，起升絞車(chē)釋放纜繩，直到纜繩長(zhǎng)度傳感器反饋的纜繩長(zhǎng)度信號(hào)等于預(yù)設(shè)值(即側(cè)掃聲納拖魚(yú)下放位置滿(mǎn)足工作要求)時(shí)，起升液壓馬達(dá)停止工作，此時(shí)，側(cè)掃聲納拖魚(yú)保持懸浮在水中，處于可開(kāi)展側(cè)掃聲納檢測(cè)作業(yè)的狀態(tài)。

(5)側(cè)掃聲納拖魚(yú)回收：由計(jì)算機(jī)向PLC發(fā)出回收命令，PLC輸出相應(yīng)信號(hào)，控制起升機(jī)構(gòu)相應(yīng)閥門(mén)，使起升液壓馬達(dá)按照一定的方向和速度旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絞車(chē)回收纜繩，當(dāng)纜繩長(zhǎng)度傳感器檢測(cè)到側(cè)掃聲納拖魚(yú)進(jìn)入防搖架時(shí)，起升液壓馬達(dá)停止工作，變幅液壓缸、伸縮液壓缸和回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)工作，將側(cè)掃聲納拖魚(yú)復(fù)歸至初始位置，檢測(cè)到動(dòng)作完成后，起升液壓馬達(dá)再次工作，絞車(chē)緩慢釋放纜繩，纜繩長(zhǎng)度傳感器檢測(cè)到拖魚(yú)落到甲板，起升液壓馬達(dá)停止工作。

2、姿態(tài)控制

設(shè)當(dāng)前水深為H(在側(cè)掃聲納拖魚(yú)上加壓力傳感器可算得)，選定側(cè)掃聲納的單側(cè)量程r，通過(guò)纜繩與水面夾角角度傳感器檢測(cè)得到的纜繩水面夾角為θ，船用吊臂頂部纜繩滑輪到船底垂直距離可實(shí)現(xiàn)測(cè)量，設(shè)為a，船舶吃水c，則滑輪頂?shù)胶Ｃ娲怪本嚯x為a-c，根據(jù)三角形的幾何關(guān)系，可計(jì)算出所需要釋放纜繩的長(zhǎng)度L：

L＝(H-0.1*r)/sinθ+(a-c)/sinθ

在PLC輸出的控制下，起升機(jī)構(gòu)閥門(mén)的控制直接使起升液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)起動(dòng)絞車(chē)，釋放纜繩或回收纜繩，當(dāng)纜繩長(zhǎng)度傳感器反饋纜繩長(zhǎng)度l大于L時(shí)，PLC輸出控制回收纜繩，直到滿(mǎn)足纜繩長(zhǎng)度傳感器反饋纜繩長(zhǎng)度l＝L的條件語(yǔ)句時(shí)，起升機(jī)構(gòu)停止工作，保持當(dāng)前姿態(tài)；當(dāng)纜繩長(zhǎng)度傳感器反饋纜繩長(zhǎng)度l小于L時(shí)，PLC輸出釋放纜繩，直到滿(mǎn)足纜繩長(zhǎng)度傳感器反饋纜繩長(zhǎng)度l＝L的條件語(yǔ)句時(shí)，起升機(jī)構(gòu)停止工作，保持當(dāng)前姿態(tài)。

3、纏繞報(bào)警

裝置在正常工作時(shí)，纜繩拉力傳感器不斷將當(dāng)前纜繩承受的拉力大小反饋至PLC，一旦側(cè)掃聲納拖魚(yú)被漁網(wǎng)等異物纏繞住時(shí)，拉力驟然增加，此時(shí)可以設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)警回路，包含報(bào)警燈、報(bào)警喇叭，串聯(lián)一個(gè)常開(kāi)開(kāi)關(guān)，該常開(kāi)開(kāi)關(guān)通過(guò)PLC數(shù)字量輸出控制，當(dāng)拉力傳感器檢測(cè)到拉力大于設(shè)定拉力時(shí)，PLC輸出為真，常開(kāi)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，接通報(bào)警回路，報(bào)警燈由滅轉(zhuǎn)亮，報(bào)警喇叭聲響。

4、坐標(biāo)修正

開(kāi)展側(cè)掃聲納檢測(cè)工作時(shí)，側(cè)掃聲納拖魚(yú)在水下的位置無(wú)法直接獲取，可通過(guò)相應(yīng)的程序算法獲取側(cè)掃聲納拖魚(yú)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，側(cè)掃聲納自適應(yīng)收放系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可將信標(biāo)機(jī)DGPS安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)船用吊臂的頂端，通過(guò)防搖架頂端安裝的角度傳感器獲知纜繩與海面的夾角，結(jié)合纜繩長(zhǎng)度傳感器獲取到纜繩的釋放長(zhǎng)度，通過(guò)計(jì)算可間接獲取到側(cè)掃聲納拖魚(yú)在水中的坐標(biāo)。

5、緊急停止

在側(cè)掃聲納自適應(yīng)收放系統(tǒng)工作的過(guò)程中，考慮到突發(fā)情況，設(shè)計(jì)了緊急停止功能，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)船用吊臂設(shè)定了系統(tǒng)油路的總閥門(mén)，當(dāng)按下緊急停止的按鍵，PLC接到緊急停止的指令，通過(guò)程序算法，PLC輸出直接控制總閥門(mén)，切斷系統(tǒng)油路，達(dá)到緊急停止執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目的。

綜上，本實(shí)用新型的自動(dòng)收放裝置可以代替人工投放側(cè)掃聲納拖魚(yú)，降低了人員落水和設(shè)備損傷的風(fēng)險(xiǎn)；纏繞報(bào)警功能幫助及時(shí)發(fā)現(xiàn)漁網(wǎng)等異物纏繞拖魚(yú)，為應(yīng)急處置爭(zhēng)取時(shí)間；自適應(yīng)姿態(tài)調(diào)整功能，提高了檢測(cè)數(shù)據(jù)精度，同時(shí)防止設(shè)備接觸海底損傷；作業(yè)過(guò)程由PLC自動(dòng)控制，提高了作業(yè)效率。

上列詳細(xì)說(shuō)明是針對(duì)本實(shí)用新型可行實(shí)施例的具體說(shuō)明，該實(shí)施例并非用以限制本實(shí)用新型的專(zhuān)利范圍，凡未脫離本實(shí)用新型所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專(zhuān)利范圍中。