预防水线下海生物附着船体的控制系统及控制方法

摘要

本发明涉及一种预防水线下海生物附着船体的控制系统及其控制方法，包括控制台、第一脉冲高压电极桩组、第二脉冲高压电极桩组和电缆组；控制台上设有电源单元、系统中央处理单元、控制单元、脉冲高压发生器单元和脉冲高压转换输出单元，在船艇停泊水域中，采用脉冲高压放电的方法，运用放电刺激驱除（或驱赶）海生物，构建起一个船艇水下部分的“防护场”（或“防护区域”），阻挡海生物靠近船体，避免船体海生物的附着，从而达到净化船体表面，确保船艇良好的技术性能，实现船艇装备主动防护的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种沿海停泊船艇预防水线下船体海生物附着智能控制系统及控制方法。该系统及方法能够实现船艇主动驱赶海生物，预防水线下船体海生物附着现象的发生。

背景技术

船艇水线以下船体由于长期浸泡在海水中，极易附着海生物，海生物在船体上的附着，会使船体表面变得粗糙，船艇航行阻力增大，航速明显降低，船艇主动力功耗增加；特别是当海底门和冷却管系中附着的海洋生物严重时，会引起管路堵塞，冷却率下降，造成动力机械故障，直接影响到船艇的技术性能。

目前，国内外在防止海洋生物附着船体表面这一领域的研究已形成多种方法，其现行最常见的方法有四种：一是高压水柱清洗船体表面法；二是使用含有三丁基锡的防污涂料法；三是使用铜极所产生的铜离子法；四是最新发展的改性环氧类型改性聚氨脂类高性能涂料法。这些方法，虽然可以防止海洋生物附著船体表面，但是它们均存在着明显的缺点，如采用高压水柱清洗船体表面法，船艇须进坞，作业时受天候等因素影响，且工作量大、周期长、费用高；若使用含有三丁基锡的防污涂料法，三丁基锡与氧结合后，成为三丁氧化锡（Tributyltin oxide）简称TBTO，TBTO是一种微黄色透明液体、毒杀性强，比五氯酚大20倍，且毒效期长；如使用自由结合型三丁基锡油漆（Free association TBT-based paints），由油漆中渗出以毒杀生物，使用初期毒性较强，但有效期不长，一般在18至24个月以后便无效果；若使用自抛光型三丁基锡油漆，油漆表层与水作用后与所含三丁基锡一起以一定的速率溶出，毒性强度较稳定，使用期可长达60个月，但是，使用含有三丁基锡的防污涂料会使海洋生物发生突变，对海生物会产生不良的影响，对人类的影响也很大，三丁基锡中毒现象如呕吐、头痛、视力模糊、皮肤刺激及呼吸困难。国际海事组织的海洋环境保护委员会意识到使用三丁基锡对环境的影响，于1990年11月就曾对船长小于25公尺的非铝质船舶，禁止使用三丁基锡原料油漆的建议。

通过对以上现行清除方法的分析可以看出，运用现行清除方法，虽然能在一定程度上达到清除船体上附着的海生物，但由于采用的是“被动维护”方式，因此这些做法均存在着明显的不足之处。

发明内容

本发明的目的是提供一种船艇预防水线下船体海生物附着的智能控制系统及使用方法，克服现有防止海洋生物附着船体表面方法和产品的不足。

本发明是基于船艇装备“主动防护”这一理念而提出来的，该系统及方法合理运用当今成熟技术，紧紧围绕船艇装备“主动防护”这一理念，研发船艇主动“驱赶”海生物智能控制系统及控制方法，在船艇停泊水域中，采用脉冲高压放电的方法，运用放电刺激驱除（或驱赶）海生物，构建起一个船艇水下部分的“防护场”（或“防护区域”），阻挡海生物靠近船体，避免船体海生物的附着，从而达到净化船体表面，确保船艇良好的技术性能，实现船艇装备主动防护的目的。

本发明采取的技术方案为：一种预防水线下海生物附着船体的控制系统，包括控制台、第一脉冲高压电极桩组、第二脉冲高压电极桩组和电缆组；所述控制台上设有电源单元、系统中央处理单元、控制单元、脉冲高压发生器单元和脉冲高压转换输出单元，所述电源单元分别与所述系统中央处理单元、所述控制单元和所述脉冲高压发生器单元相连，所述系统中央处理单元、所述控制单元、所述脉冲高压发生器单元和所述脉冲高压转换输出单元依次电连接在一起，所述系统中央处理单元通过所述控制单元来控制所述脉冲高压发生器单元的工作电压、工作电流、工作频率、放电间隔时间、触发脉冲和时钟循环控制值，所述脉冲高压发生器单元为所述脉冲高压转换输出单元提供高压脉冲信号和时钟控制信号，所述脉冲高压转换输出单元通过所述电缆组分别与所述第一脉冲高压电极桩组和所述第二脉冲高压电极桩组电连接，所述第一脉冲高压电极桩组和所述第二脉冲高压电极桩组位于船体的两侧。

进一步地，所述系统中央处理单元上还连接有显示器，所述系统中央处理单元输入给所述控制单元的控制信息通过所述显示器显示出来，所述控制单元上连接有仪表盘组，所述控制单元输入给所述所述脉冲高压发生器单元的控制信号通过所述仪表盘组显示出来。

上述方案中，所述电缆组共有十支分路，所述第一脉冲高压电极桩组上设有电极桩A、电极桩C、电极桩E、电极桩M和电极桩P五个电极桩，所述第二脉冲高压电极桩组上设有电极桩B、电极桩D、电极桩F、电极桩N和电极桩Q五个电极桩，所述电极桩A、电极桩C、电极桩E、电极桩M、电极桩P、电极桩B、电极桩D、电极桩F、电极桩N和电极桩Q分别连接在所述电缆组的十支分路上。

进一步地，所述第一脉冲高压电极桩组上五个电极桩每相邻两个电极桩的间隔为10～15m，所述第二脉冲高压电极桩组上五个电极桩每相邻两个电极桩的间隔也为10～15m。

进一步地，所述第一脉冲高压电极桩组和所述第二脉冲高压电极桩组对称分布，所述第一脉冲高压电极桩组和所述第二脉冲高压电极桩组之间间隔10～15m。

上述方案中，所述第一脉冲高压电极桩组、所述第二脉冲高压电极桩组和所述电缆组在不使用时放置在附件箱内。

一种预防水线下海生物附着船体的控制系统进行驱除水线下海生物附着船体的方法，包含如下步骤：

A 打开附件箱，将电缆组输入端连接在控制台上的脉冲高压转换输出单元上，输出端连接在第一脉冲高压电极桩组和第二脉冲高压电极桩组上；

B 将第一脉冲高压电极桩组和第二脉冲高压电极桩组对称布置在船体两侧并将每个电极桩垂放至水中，保持第一脉冲高压电极桩组和第二脉冲高压电极桩组之间间隔10～15m，最后将电缆组系扣于甲板层两舷外伸的挂扣钩上固定；

C启动系统中央处理单元，人工向系统中央处理单元输入船体型号及停泊水域信息，此时系统中央处理单元自动调用内部事先存储的船体型号-停泊水域标准数据库，完成人工输入信息与船体型号-停泊水域标准数据库智能比对分析，得出船体停泊时预防水线下船体海生物附着船体控制系统的工作数据，第一脉冲高压电极桩组和第二脉冲高压电极桩组开始放电驱赶水线下的海生物。

上述方法中，所述第一脉冲高压电极桩组和所述第二脉冲高压电极桩组依次按照电极桩B、电极桩C、电极桩F、电极桩M、电极桩Q、电极桩P、电极桩N、电极桩E、电极桩D、和电极桩A的顺序进行循环水中放电作业。

本发明的优点在于：船艇预防水线下船体海生物附着智能控制系统及驱除方法，实现了具有智能控制、功能全、价格低且便于在现有各类沿海型船艇（或船舶）上加装的军用（或民用）产品，解决现有防止海洋生物附着船体表面产品及方法不足的问题。具体优点如下：①运用计算机技术，系统采用智能分析比对的方法，实现了船艇停泊时预防水线下船体海生物附着系统工作控制方案（参数）的自动生成。 ②运用电子技术与电路设计原理，各单元电路采用优化集成设计，形成独立模块，各模块采用标准接口相互衔接，实现了系统控制电路的一体化。③系统的智能控制与船体两侧高压电极桩组的合理分布设置，实现了船艇停泊水域预防水线下船体海生物附着“防护场”的建立。④控制台与附件箱采用标准台、箱结构设计，体积小、重量轻，安装便利；控制台台面简洁清晰，操作简单；由于采用了智能控制，系统工作时可实现无人值守，为船艇人员使用带来了极大的便利。

附图说明

图1 为本发明系统的外形结构示意图；

图2为本发明系统的内部构造示意图；

图3为系统中央处理单元数据输入输出流程图；

图4为系统中央处理单元数据处理过程流程图；

图5为控制单元数据处理流程图；

图6 脉冲高压发生器单元控制流程框图；

图7脉冲高压转换输出单元控制流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方案进行详细说明。

如图1所示，一种预防水线下海生物附着船体的控制系统，包括控制台1、第一脉冲高压电极桩组2、第二脉冲高压电极桩组3和电缆组4；所述第一脉冲高压电极桩组2、所述第二脉冲高压电极桩组3和所述电缆组4在不使用时放置在附件箱5内。使用时，将所述第一脉冲高压电极桩组2和所述第二脉冲高压电极桩组3对称分布在船体的两侧，所述第一脉冲高压电极桩组2和所述第二脉冲高压电极桩组3之间间隔约10～15m。所述电缆组4共有十支分路，所述第一脉冲高压电极桩组2上设有电极桩A、电极桩C、电极桩E、电极桩M和电极桩P五个电极桩，所述第一脉冲高压电极桩组2上五个电极桩每相邻两个电极桩的间隔为10～15m，所述第二脉冲高压电极桩组3上设有电极桩B、电极桩D、电极桩F、电极桩N和电极桩Q五个电极桩，所述第二脉冲高压电极桩组（3）上五个电极桩每相邻两个电极桩的间隔也为10～15m。所述电极桩A、电极桩C、电极桩E、电极桩M、电极桩P、电极桩B、电极桩D、电极桩F、电极桩N和电极桩Q分别连接在所述电缆组4的十支分路上。

所述控制台1上设有电源控制单元11、系统中央处理单元12、控制单元13、脉冲高压发生器单元14和脉冲高压转换输出单元15，所述电源控制单元11分别与所述系统中央处理单元12、所述控制单元13和所述脉冲高压发生器单元14相连，所述系统中央处理单元12、所述控制单元13、所述脉冲高压发生器单元14和所述脉冲高压转换输出单元15依次电连接在一起，所述系统中央处理单元12中有一个船体型号-停泊水域标准数据库，该数据库中存有经过多年观察积累确定的包括船艇停泊水域的节气、水温、潮汐等水文地理信息和船艇外形尺寸、吃水等信息，以及通过对各种水文地理信息和船艇外形信息下的水线下船体海生物进行脉冲高压放电驱除实验而得到的船艇在停泊时预防水线下船体海生物附着系统中所述脉冲高压发生器单元14的最佳输入控制数据（工作电压V、工作电流I、工作频率f、放电间隔时间s、触发脉冲UF、时钟循环控制值s）等信息，所述系统中央处理单元12通过所述控制单元13来控制所述脉冲高压发生器单元14的工作电压、工作电流、工作频率、放电间隔时间、触发脉冲和时钟循环控制值，所述系统中央处理单元12上还连接有显示器16，所述系统中央处理单元12输入给所述控制单元13的控制信息通过所述显示器16显示出来，所述控制单元13上连接有仪表盘组17，所述控制单元13输入给所述脉冲高压发生器单元14的控制信号通过所述仪表盘组17显示出来。所述脉冲高压发生器单元14为所述脉冲高压转换输出单元15提供高压脉冲信号和时钟控制信号，所述脉冲高压转换输出单元15通过所述电缆组4分别与所述第一脉冲高压电极桩组（2）和所述第二脉冲高压电极桩组3电连接。

如图3和图4所示，系统中央处理单元12的工作过程为：控制台1接上电源，按下启动按钮，启动系统中央处理单元12，此时，人工输入船艇及停泊水域信息（信息包括船艇停泊水域的节气、水温、潮汐等水文地理信息和船艇外形尺寸、吃水等基本信息），完毕后，调用系统中央处理单元12内数据库存储的船艇停泊水域标准比对信息数据，进行智能比对分析，得出船艇停泊时预防水线下船体海生物附着系统中脉冲高压发生器单元14的最佳工作控制数据，并将得出最佳工作控制数据分别送入显示器16显示和控制单元13。

如图5所示，控制单元接收到系统中央处理单元12控制数据后，将进行控制数据的D/A转换、信号放大，执行控制电路工作，输出控制信号一路送入仪表盘组17（直观显示出来），另一路送入脉冲高压发生器单元14。

如图6所示，脉冲高压发生器单元14接收到控制单元13传送来的控制信号后，分两路分别进入脉冲触发电路和时钟控制电路，经两电路运行后，再进入高频脉冲调制电路，调制后的高频脉冲进入脉冲高频变压器，输出脉冲高压，送至脉冲高压转换输出单元中15中，与此同时，时钟控制电路也将输出另一路时钟控制信号进入脉冲高压转换输出单元15。

如图7所示，脉冲高压转换输出单元15的高压开关控制电路接收到时钟控制电路传来的时钟控制信号后经高压开关控制电路运行，分别发出10路高压开关“通”、“断”指令，10路高压开关将按指令动作，接通或断开高压开关；当10路高压开关中某一路开关接通，脉冲高压经传输电缆组4，将脉冲高压送至第一脉冲高压电极桩组或第二脉冲高压电极桩组中某一路脉冲高压电极桩，此时，脉冲高压电极桩进行水中放电作业。

一种预防水线下海生物附着船体的控制系统进行驱除水线下海生物附着船体的方法，包含如下步骤：

A 打开附件箱，将电缆组输入端连接在控制台上的脉冲高压转换输出单元上，输出端连接在第一脉冲高压电极桩组和第二脉冲高压电极桩组上；

B 将第一脉冲高压电极桩组和第二脉冲高压电极桩组对称布置在船体两侧并将每个电极桩垂放至水中，保持第一脉冲高压电极桩组和第二脉冲高压电极桩组之间间隔10～15m，最后将电缆组系扣于甲板层两舷外伸的挂扣钩上固定；

C启动系统中央处理单元，人工向系统中央处理单元输入船体型号及停泊水域信息，此时系统中央处理单元自动调用内部事先存储的船体型号-停泊水域标准数据库，完成人工输入信息与船体型号-停泊水域标准数据库智能比对分析，得出船体停泊时预防水线下船体海生物附着船体控制系统的工作数据，第一脉冲高压电极桩组和第二脉冲高压电极桩组开始放电驱赶水线下的海生物；所述第一脉冲高压电极桩组和所述第二脉冲高压电极桩组依次按照电极桩B、电极桩C、电极桩F、电极桩M、电极桩Q、电极桩P、电极桩N、电极桩E、电极桩D、和电极桩A的顺序进行循环并分别接收脉冲高压进行水中放电作业，最终构建起船艇停泊水域预防水线下船体海生物附着的“防护场”。运用脉冲高压放电刺激驱除（或驱赶）海生物，阻挡海生物靠近船体，避免船体海生物的附着，从而达到净化船体表面，确保船艇良好的技术性能，实现船艇装备主动防护的目的。