【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于采矿羽流生成演化，尤其涉及一种基于plc控制的深海采矿羽状流生成系统、方法及介质。
技术介绍
1、目前，随着现代工业的快速发展和人口的不断增长，世界各国对矿产资源的需求正在迅速增加，陆地资源已经日渐枯竭。海底蕴藏着丰富的矿产资源，如多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物，其中锰、镍、钴等金属的储量远高于陆地储量。深海采矿要实现商业化，获得社会层面的广泛认可，其环境问题是不可忽视的一环。
2、目前深海采矿中水-力提升系统被广泛使用。该系统工作原理为：采矿车在深海底质上行走并破碎收集矿物资源、矿物资源经水力提升管道被输送到水面采矿船进行预处理、产生矿料颗粒流及沉积物羽流，且随着海水流动漂移扩散至大片海域，造成海水的浑浊度增大而影响海洋生物的生存，由此带来的环境问题越来越引起国际社会的广泛关注。
3、目前我国针对采矿羽流生成演化机制的研究较少。演化机理通常需要原位实验检测，但现场实验存在代价昂贵，重复性差等一系列问题。且羽流中沉积物颗粒较小，直径40～100微米，要高效地模拟沉积物羽流，必须对羽流生成系统进行高精度的控制。因此，有必要开发一套能够模拟实际采矿羽流，利于观察模拟输入量，操作简单，可避免电磁干扰，精准控制羽流释放速度，准确模拟试验要求的羽流生成控制系统。
4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前针对采矿羽流生成演化机制通常需要原位实验检测，现场实验存在代价昂贵，重复性差。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利
2、本专利技术是这样实现的，一种基于plc控制的深海采矿羽状流生成系统，包括一羽流生成系统，一水域染色系统和一模型行进系统；
3、羽流生成系统，用于通过搅拌器、自吸泵和智能流量计设备，将水体中的颗粒物质搅动并形成羽状流，以模拟深海采矿过程中的水流环境；
4、水域染色系统，用于通过染色箱和蠕动泵等设备，向水体中添加染色剂，观察和记录羽流的传播轨迹和范围；
5、模型行进系统，用于通过采矿车模型和伺服电机驱动器设备，模拟深海采矿车辆在羽流环境中的行进情况，评估和优化深海采矿车辆的设计和性能。
6、进一步，所述羽流生成系统包括第一电控箱，一搅拌器，一自吸泵，一智能流量计和一羽流管道；第一电控箱包括一plc控制器，一模拟量输入输出模块和一变频器。
7、进一步，所述水域染色系统包括第二电控箱，一染色箱，一蠕动泵和一染色管道；第二电控箱包括一plc控制器和一模拟量输入输出模块。
8、进一步，所述模型行进系统包括第三电控箱和一采矿车模型；第三电控箱包括一plc控制器、一模拟量输入输出模块和一伺服电机驱动器；模拟量输入输出模块一端连接plc控制器，另一端连接变频器，蠕动泵和伺服电机驱动器；变频器连接自吸泵；搅拌器包括搅拌机和搅拌釜，搅拌机连接plc控制器。
9、进一步，搅拌器通过变频器控制自吸泵的功率和流量，搅拌器原液出口连接有三向水管，一侧出口连接智能流量计，通过羽流管道输出到采矿车模型对应喷射出口，另一侧通向搅拌器自身，通过切换三项管道实现原液自循环与原液流出。
10、进一步，智能流量计采用220v智能电磁流量计；三向水管由直径为150mm的透明pvc管组成；模拟量输入输出模块配置显示屏。
11、矿车模型为正方型有机玻璃块，内部中空，保证可更换内部释放管，羽流原液输送管道内嵌于模型，两侧固定流场染色通道。
12、本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述基于plc控制的深海采矿羽状流生成系统的基于plc控制的深海采矿羽状流生成方法，所述基于plc控制的深海采矿羽状流生成方法包括以下步骤：
13、plc控制器通过控制搅拌器制备羽流原液；
14、plc控制器通过模拟量输入输出模块通过变频器控制自吸泵的功率和流量；
15、plc控制器通过控制蠕动泵转速控制染色箱中染色液的流量；
16、plc控制器通过伺服电机驱动器控制采矿车模型的行进速度和行进距离；
17、通过智能流量计监测羽流管道中羽流原液的流量和释放速度，当羽流原液的流量和释放速度满足所需模拟量时，进行模拟羽流生成试验。
18、进一步，调节羽流原液的释放速度，通过电磁流量计按以下公式换算：
19、q＝u*a
20、其中，q为电磁流量计读数，u为羽流释放流速，a为管道截面积。
21、本专利技术的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于plc控制的深海采矿羽状流生成方法。
22、本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于plc控制的深海采矿羽状流生成方法。
23、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
24、第一、本专利技术基于plc控制，构建了一套完整的深海采矿羽状流生成系统，能够准确地模拟深海采矿作业中产生的羽状流，填补了国内实验室中对羽状流生成模拟相关研究手段的空白。基于plc控制，设计了模拟量输入输出模块，通过优化算法中的滤波设计，使得实时模拟量反馈的精度效果达到99％；通过plc控制与电磁流量计实时反馈相结合的控制方法，本系统可精准调节羽流原液的释放速度；将换算的羽流流速反馈给plc控制进行误差校正，重复上述过程，可使控制精度可达0.01m/s，保证准确模拟不同流速下生成的羽状流形态。基于plc控制，设计了行走部分伺服电机驱动器，通过改变系统的逻辑控制方式，采用无机械触点、逻辑运算微电子技术，从而实现了驱动系统的高精度控制，能够高精度控制模拟采矿车装置的行进速度，速度误差不超过0.7％。
25、本专利技术的一种基于plc控制的深海采矿羽状流生成系统，能够便捷地模拟深海采矿作业中产生的羽状流现象，可用于实验室中对羽状流的研究。
26、第二，本专利技术的技术方案填补了国内外业内技术空白：
27、目前我国针对采矿羽流生成演化机制的研究较少，通过现场实验研究其演化机制存在代价昂贵，重复性差等一系列问题。为高效地模拟沉积物羽流，必须对羽流生成系统进行高精度的控制，本专利技术开发了一套能够模拟实际采矿羽流，利于观察模拟输入量，操作简单，可避免电磁干扰，精准控制羽流释放速度，准确模拟试验要求的羽流生成控制系统，填补了国内实验室中对羽状流生成模拟相关研究手段的空白。
28、第三，本专利技术提供的基于plc控制的深海采矿模拟系统，它包含三个主要部分：羽流生成系统、水域染色系统和模型行进系统。每个系统都通过特定的设备和控制方法实现其功能，共同模拟和分析深海采矿过程中的环境影响和设备性能。
29、1)羽流生成系统：这个系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于PLC控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，包括一羽流生成系统，一水域染色系统和一模型行进系统；
2.如权利要求1所述的基于PLC控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，所述羽流生成系统包括第一电控箱，一搅拌器，一自吸泵，一智能流量计和一羽流管道；第一电控箱包括一PLC控制器，一模拟量输入输出模块和一变频器。
3.如权利要求1所述的基于PLC控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，所述水域染色系统包括第二电控箱，一染色箱，一蠕动泵和一染色管道；第二电控箱包括一PLC控制器和一模拟量输入输出模块。
4.如权利要求1所述的基于PLC控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，所述模型行进系统包括第三电控箱和一采矿车模型；第三电控箱包括一PLC控制器、一模拟量输入输出模块和一伺服电机驱动器；模拟量输入输出模块一端连接PLC控制器，另一端连接变频器，蠕动泵和伺服电机驱动器；变频器连接自吸泵；搅拌器包括搅拌机和搅拌釜，搅拌机连接PLC控制器。
5.如权利要求1所述的基于PLC控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，搅拌器通
6.如权利要求5所述的基于PLC控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，智能流量计采用220v智能电磁流量计；三向水管由直径为150mm的透明PVC管组成；模拟量输入输出模块配置显示屏。
7.一种实施权利要求1～6任意一项所述基于PLC控制的深海采矿羽状流生成系统的基于PLC控制的深海采矿羽状流生成方法，其特征在于，所述基于PLC控制的深海采矿羽状流生成方法包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的基于PLC控制的深海采矿羽状流生成方法，其特征在于，调节羽流原液的释放速度，通过电磁流量计按以下公式换算：
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求7所述基于PLC控制的深海采矿羽状流生成方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求7所述基于PLC控制的深海采矿羽状流生成方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于plc控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，包括一羽流生成系统，一水域染色系统和一模型行进系统；
2.如权利要求1所述的基于plc控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，所述羽流生成系统包括第一电控箱，一搅拌器，一自吸泵，一智能流量计和一羽流管道；第一电控箱包括一plc控制器，一模拟量输入输出模块和一变频器。
3.如权利要求1所述的基于plc控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，所述水域染色系统包括第二电控箱，一染色箱，一蠕动泵和一染色管道；第二电控箱包括一plc控制器和一模拟量输入输出模块。
4.如权利要求1所述的基于plc控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，所述模型行进系统包括第三电控箱和一采矿车模型；第三电控箱包括一plc控制器、一模拟量输入输出模块和一伺服电机驱动器；模拟量输入输出模块一端连接plc控制器，另一端连接变频器，蠕动泵和伺服电机驱动器；变频器连接自吸泵；搅拌器包括搅拌机和搅拌釜，搅拌机连接plc控制器。
5.如权利要求1所述的基于plc控制的深海采矿羽状流生成系统，其特征在于，搅拌器通过变频器控制自吸泵的功率和流量，搅拌器原液出口连接有三向水管...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建民，刘诗航，吕海宁，毛竞航，谢腾飞，孙鹏飞，金城，张贝，
申请(专利权)人：上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。