一種海洋機(jī)器人用進(jìn)排氣裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說是一種海洋機(jī)器人用進(jìn)排氣裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相比于上述陸用柴油機(jī)進(jìn)排氣裝置，用于海洋機(jī)器人在柴油機(jī)作動(dòng)力時(shí)空氣的進(jìn)入與尾氣排放而設(shè)計(jì)的進(jìn)排氣單元存在特殊要求:
[0003](I)排氣背壓問題。柴油機(jī)允許的排氣背壓都較小，如果排氣背壓超過了主機(jī)的允許值，將會(huì)影響其功率發(fā)揮。
[0004](2)尾氣降溫問題。柴油機(jī)使用時(shí)尾氣排放會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，由于海洋機(jī)器人內(nèi)部空間有限，須尾氣降溫且不增加體積。
[0005](3)防海水涌入，導(dǎo)致柴油機(jī)進(jìn)水熄火。在海洋中航行時(shí)，須防止海水通過進(jìn)排氣管路流進(jìn)柴油機(jī)。
[0006](4)自動(dòng)控制問題。對(duì)于海洋機(jī)器人來說，在無人駕駛時(shí)需要自動(dòng)控制柴油機(jī)進(jìn)排氣裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種新型高效的用于海洋機(jī)器人在柴油機(jī)作動(dòng)力時(shí)空氣的進(jìn)入與尾氣排放的進(jìn)排氣裝置和方法，該裝置和方法通過自身的控制單元完成海洋機(jī)器人在航行時(shí)對(duì)柴油機(jī)進(jìn)排氣的自動(dòng)控制。
[0008]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種海洋機(jī)器人用進(jìn)排氣裝置，上層控制計(jì)算機(jī)通過CAN總線連接進(jìn)排氣控制器，用于接收進(jìn)排氣控制器反饋的實(shí)時(shí)信號(hào)，對(duì)進(jìn)排氣控制器發(fā)出控制命令；
[0010]進(jìn)排氣控制器通過I/O接口連接進(jìn)排氣管路系統(tǒng)，與進(jìn)排氣管路系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
[0011]所述排氣控制器包括電源板、模擬資源版、模擬隔離板、數(shù)字資源板和數(shù)字驅(qū)動(dòng)板；
[0012]所述電源板連接模擬資源板，用于對(duì)模擬資源板提供5VDCU2VDC和24VDC ；
[0013]所述模擬資源板一端連接模擬隔離板，用于向模擬隔離板提供所需24VDC，并且接收通過模擬隔離板隔離后的模擬信號(hào)；另一端連接數(shù)字資源板，用于向數(shù)字資源板提供所需的5VDC和12VDC，并且與數(shù)字資源板進(jìn)行串口通信；
[0014]所述模擬隔離板連接液位傳感器，用于接收液位傳感器的電流信號(hào)，并電流信號(hào)隔離后傳入模擬資源板；
[0015]所述數(shù)字資源板連接數(shù)字驅(qū)動(dòng)板，用于向數(shù)字驅(qū)動(dòng)板輸出5VDC電壓信號(hào)，并且接收數(shù)字驅(qū)動(dòng)板的反饋電壓信號(hào)；
[0016]所述數(shù)字驅(qū)動(dòng)板連接電動(dòng)球閥和排水泵，用于輸出24VDC電壓信號(hào),驅(qū)動(dòng)電動(dòng)球閥和排水泵，以及接收電動(dòng)球閥反饋5VDC電壓信號(hào)。
[0017]所述管路系統(tǒng)按照如下方式進(jìn)行連接:
[0018]海水入口通過海水入口電動(dòng)球閥鏈接柴油機(jī)的輸入端，柴油機(jī)的輸出端依次通過排氣主回路電動(dòng)球閥和水面排氣口液壓閥連接水面排氣口，形成水套管路的排氣管路；柴油機(jī)的輸出端還通過排水總輸出電動(dòng)球閥連接柴油機(jī)排水口，形成水套管路的排水管路；柴油機(jī)的輸出端還連接排氣集水箱，排氣集水箱的輸出端通過排氣集水箱電動(dòng)球閥和第一流量開關(guān)連接第一排水泵，第一排水泵的輸出端連接排水口 ；所述第一流量開關(guān)的輸入端還通過排氣口旁路電動(dòng)球閥連接到水套管路的排氣管路；水面進(jìn)氣口依次通過水面進(jìn)氣口液壓閥、進(jìn)氣口旁路電動(dòng)球閥和第二流量開關(guān)連接排水泵；水面進(jìn)氣口還依次通過水面進(jìn)氣口液壓閥和進(jìn)氣主回路電動(dòng)球閥連接柴油機(jī)艙；水面進(jìn)氣口還依次通過水面進(jìn)氣口液壓閥和進(jìn)氣主回路電動(dòng)球閥連接進(jìn)氣集水箱，進(jìn)氣集水箱的輸出端通過進(jìn)氣集水箱電動(dòng)球閥和第二流量開關(guān)連接第二排水泵，第二排水泵的輸出端連接排水口。
[0019]所述集水箱還設(shè)置有液位傳感器，所述液位傳感器通過I/O接口連接到進(jìn)排氣控制器，采集集水箱的液位位置信息，監(jiān)控液位狀態(tài)。
[0020]所述電動(dòng)球閥還通過I/O接口連接到進(jìn)排氣控制器，用于控制主進(jìn)排氣管路、旁路進(jìn)排氣管路、排水管路的通斷；
[0021]所述流量開關(guān)還通過I/O接口連接到進(jìn)排氣控制器，用于檢測進(jìn)、排氣口旁路管路的海水流量；
[0022]所述排水泵還通過I/O接口連接到進(jìn)排氣控制器，用于控制排水泵的啟停；
[0023]所述液壓閥還通過I/O接口連接到進(jìn)排氣控制器，用于控制水面進(jìn)、排氣口管路的通斷。
[0024]一種海洋機(jī)器人用進(jìn)排氣方法，柴油機(jī)啟動(dòng)前，上層控制計(jì)算機(jī)給進(jìn)排氣控制器下達(dá)指令，開啟進(jìn)氣主回路電動(dòng)球閥和排氣主回路電動(dòng)球閥，然后開啟進(jìn)氣管旁路電動(dòng)球閥和排氣管旁路電動(dòng)球閥，進(jìn)排氣控制器輸出控制信號(hào)使兩臺(tái)排水泵開始工作；
[0025]流量開關(guān)檢測進(jìn)氣管路和排氣管路的流量狀態(tài)，當(dāng)檢測到兩個(gè)管路都沒有流量時(shí)，關(guān)閉排水泵、進(jìn)氣管電動(dòng)球閥和排氣管電動(dòng)球閥；
[0026]開啟柴油機(jī)海水入口電動(dòng)球閥，上層控制器輸出控制信號(hào)啟動(dòng)柴油機(jī)，液位傳感器檢測進(jìn)氣集水箱和排氣集水箱的液位狀態(tài)，實(shí)時(shí)檢測液面位置；
[0027]當(dāng)需要關(guān)閉柴油機(jī)時(shí)，上層控制計(jì)算機(jī)給進(jìn)排氣控制器下達(dá)控制命令，關(guān)閉柴油機(jī)，排氣控制器接受控制命令，并關(guān)閉海水入口電動(dòng)球閥，同時(shí)向上層控制計(jì)算機(jī)上報(bào)完成信息，柴油機(jī)進(jìn)排氣過程結(jié)束。
[0028]所述液位傳感器檢測進(jìn)氣集水箱和排氣集水箱的液位狀態(tài)包括以下過程:
[0029]當(dāng)進(jìn)氣集水箱和排氣集水箱的進(jìn)水水位達(dá)到高位液位傳感器的位置時(shí)，高位液位傳感器向上層控制計(jì)算機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，上層控制計(jì)算機(jī)通過排氣控制器發(fā)送控制命令，開啟排氣集水箱電動(dòng)球閥和進(jìn)氣集水箱電動(dòng)球閥，控制排水泵排水，同時(shí)檢測低位液位傳感器位置；
[0030]當(dāng)進(jìn)氣集水箱和排氣集水箱的液位降到低位液位傳感器位置以下時(shí)，關(guān)閉排氣集水箱電動(dòng)球閥和進(jìn)氣集水箱電動(dòng)球閥，同時(shí)關(guān)閉排水泵。
[0031]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0032]1.本發(fā)明裝置具有防止航行時(shí)，海水通過進(jìn)排氣管路流入柴油機(jī)的設(shè)計(jì)；
[0033]2.干式排氣，背壓較小，可自動(dòng)控制；
[0034]3.應(yīng)用范圍廣，不但可以應(yīng)用于海洋機(jī)器人，還可以應(yīng)用于其他水下相關(guān)設(shè)備的進(jìn)排氣系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明的排氣控制器控制流程圖；
[0037]圖3是本發(fā)明的管路系統(tǒng)連接關(guān)系圖；
[0038]圖4是開啟柴油機(jī)進(jìn)排氣控制流程圖；
[0039]圖5是關(guān)閉柴油機(jī)進(jìn)排氣控制流程圖；
[0040]其中，A為海水入口電動(dòng)球閥；B為水面排氣口液壓閥；C為水面進(jìn)氣口液壓閥；D為排氣口旁路電動(dòng)球閥；E為進(jìn)氣口旁路電動(dòng)球閥；F為排氣集水箱電動(dòng)球閥；G為進(jìn)氣集水箱電動(dòng)球閥出為排氣主回路電動(dòng)球閥；1為進(jìn)氣主回路電動(dòng)球閥；J為排水總輸出電動(dòng)球閥；LT1和LT3為高位液位傳感器；LT2和LT4為低位液位傳感器；FT1為第一流量開關(guān)；FT2為第二流量開關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0042]1、如附圖1所示，本發(fā)明是用于海洋機(jī)器人在柴油機(jī)作動(dòng)力時(shí)空氣的進(jìn)入與尾氣排放而設(shè)計(jì)的、由進(jìn)氣部分和排氣部分組成的裝置，上層控制計(jì)算機(jī)通過CAN總線將控制命令發(fā)送給進(jìn)排氣控制器，進(jìn)排氣控制器根據(jù)控制命令，驅(qū)動(dòng)液壓閥、電動(dòng)球閥以及排水泵等，同時(shí)進(jìn)排氣控制器通過CAN總線將工作狀態(tài)反饋給上層控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。圖1中管路系統(tǒng)連接進(jìn)排氣控制器，圖中“斷路”不表示不連通，而表示管路系統(tǒng)與進(jìn)排氣控制器連接不影響管路系統(tǒng)內(nèi)部連接關(guān)系。
[0043]2、如附圖2所示，本發(fā)明是用于海洋機(jī)器人在柴油機(jī)作動(dòng)力時(shí)空氣的進(jìn)入與尾氣排放而設(shè)計(jì)的、由進(jìn)氣部分和排氣部分組成的裝置，其進(jìn)排氣控制器是由電源板、模擬資源板、模擬隔離板、數(shù)字資源板、數(shù)字驅(qū)動(dòng)板五部分組成。工作原理為外部24VDC經(jīng)過電源板輸出24VDC、12VDC、5VDC給模擬資源板供電，模擬資源板向模擬隔離板提供所需24VDC，并且接收通過模擬隔離板隔離后的模擬信號(hào)；另一端連接數(shù)字資源板，用于向數(shù)字資源板提供所需的5VDC和12VDC，并且與數(shù)字資源板進(jìn)行串口通信，數(shù)字資源板向數(shù)字驅(qū)動(dòng)板輸出5VDC電壓信號(hào)，并且接收數(shù)字驅(qū)動(dòng)板的反饋電壓信號(hào)，數(shù)字驅(qū)動(dòng)板用于輸出24VDC電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)球閥和排水泵，以及接收電動(dòng)球閥反饋5VDC電壓信號(hào)。
[0044]3、如附圖3所示，本發(fā)明是用于海洋機(jī)器人在柴油機(jī)作動(dòng)力時(shí)空氣的進(jìn)入與尾氣排放而設(shè)計(jì)的、由進(jìn)氣部分和排氣部分組成的裝置，進(jìn)氣是空氣通過水面進(jìn)氣口經(jīng)過水面進(jìn)氣口液壓閥、進(jìn)氣主回路電動(dòng)球閥至柴油機(jī)艙為柴油機(jī)提供空氣，然而由于海洋機(jī)器人在海水中顛簸會(huì)把部分海水通過進(jìn)氣回路流入，進(jìn)氣集水箱會(huì)把這部分海水收集，當(dāng)進(jìn)氣集水箱液位達(dá)到LT4位置時(shí)，打開進(jìn)氣旁路電動(dòng)球閥，打開排水泵2將進(jìn)氣集水箱中海水排出。排氣是柴油機(jī)通過水套管路連接排氣主回路電動(dòng)球閥、水面排氣口電動(dòng)球閥至水面排氣口將柴油機(jī)工作時(shí)產(chǎn)出的尾氣排出，然而由于海洋機(jī)器人在海水中顛簸會(huì)把部分海水通過排氣回路流入，排氣集水箱會(huì)把這部分海水收集，當(dāng)進(jìn)氣集水箱液位達(dá)到LT2位置時(shí)，打開排氣旁路電動(dòng)球閥，打開排水泵I將排氣集