極地冰下基巖鉆探測控系統(tǒng)研制課件

1、Design of the Measurement and Control System for the Base Rock Under the Polar Ice極地冰下基巖鉆探測控系統(tǒng)研制CONTENTS142536研究背景軟件處理系統(tǒng)方案調(diào)試與應(yīng)用嵌入式處理總結(jié)展望Research BackgroundsOverall PlanEmbedded ProcessingSW ProcessingDebug And ApplicationConclusion Outlook1研究背景RESEARCH BACKGROUNDS課題來源：吉林大學(xué)極地研究中心橫向課題“極地冰下基巖鉆（IBED）電控系

2、統(tǒng)研制”。地質(zhì)環(huán)境由于南極Dome A冰蓋下的地貌環(huán)境被冰層保護著，其完整的冰磧巖等沉積物樣品可以為冰下基巖的演化和變形、原始地貌重現(xiàn)等問題提供重要信息。熱源探索近期有科學(xué)家找到證據(jù)表明熱能可能來源于熱地幔柱，通過對熱源的探索和對其熱能的計算，可以進一步了解冰層溫度和冰川融化的過程。資源開發(fā) 南極大陸富含200多種礦物質(zhì)，但目前，人們對南極的地質(zhì)資源掌握程度就像冰山一角，有太多的自然資源目前還未被發(fā)掘。1研究背景Research Backgrounds研究意義國外現(xiàn)狀-美國 20世紀中期，美國CRREL實驗室在南極Byrd站只鉆取到冰芯，未能觸及基巖。 之后采用改進的鉆進系統(tǒng)于Taylor冰穹

3、中取出1.5m冰下巖石，但因為系統(tǒng)復(fù)雜，鉆進效率較低，頻發(fā)事故，測控系統(tǒng)耐低溫性能較弱等原因，在后續(xù)鉆進實驗均以失敗告終，沒有得到再次使用。1研究背景Research Backgrounds國外現(xiàn)狀-俄羅斯 20世紀九十年代初，列寧格勒礦業(yè)學(xué)院采用KEMS鉆進系統(tǒng)進行鉆探，但由于鉆具的測控系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)不足使得該系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性大大降低，無法對鉆進過程進行準確的監(jiān)控，導(dǎo)致其在南極東方站鉆進時發(fā)生過兩次卡鉆事故。1研究背景Research Backgrounds國內(nèi)現(xiàn)狀 自二十世紀末，在南極鉆探方面僅局限于淺孔鉆進，不能鉆進冰下基巖； 2008-2012年，中國極地研究中心研制的新型深冰下

4、鉆進系統(tǒng)，原設(shè)計含有基巖鉆探部分，但絞車、反扭裝置等無法滿足要求，而且眾多傳感器信號不一，無法在狹小的測控系統(tǒng)空間內(nèi)完成采集傳輸功能，遂取消。1研究背景Research Backgrounds隨鉆測控1、保證在較強電磁干擾環(huán)境下正常采集電機轉(zhuǎn)速和循環(huán)液流量；2、采集艙內(nèi)外周圍環(huán)境和各傳感器的物理參數(shù)，并進行一系列處理；3、將所有數(shù)據(jù)打包并上傳冰面測控軟件；4、最低工作溫度：-40；5、工作壓力范圍：015Mpa；冰面測控1、對所有基于MODBUS-RTU協(xié)議的數(shù)據(jù)采集模塊進行485鏈式組網(wǎng)；2、將設(shè)備的數(shù)據(jù)實時呈現(xiàn)在冰面測控軟件。電能和數(shù)據(jù)傳輸1、將高壓交流電和直流電安全可靠地傳送到壓力測控艙

5、，為其供電；2、實現(xiàn)1500米的數(shù)據(jù)遠程通信功能。IPCD System Design Requirements1系統(tǒng)設(shè)計需求及指標2研究框架RESEARCH FRAMWORKS組成部分123冰面測控系統(tǒng)完成對冰面重要設(shè)備進行參數(shù)集中監(jiān)測。電能與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)完成對隨鉆測控系統(tǒng)的供電，以及冰下數(shù)據(jù)的上傳和指令下達。隨鉆測控系統(tǒng)負責(zé)對鉆進系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和相應(yīng)動作控制。 Overall Composition2總體組成 Ice Surface Measurement And Control System 2冰面測控系統(tǒng)Measurement And Control System Of Drille

6、d2隨鉆測控系統(tǒng) PowerTransfer System2電能傳輸系統(tǒng)DataTransfer System2數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)3嵌入式處理EMBEDDED PROCESSING數(shù)據(jù)幀 Embedded Processing3嵌入式處理姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)AD采集 Data Acquisition3數(shù)據(jù)采集4軟件處理SW PROCESSING Software Interface4軟件界面 Data Parsing4數(shù)據(jù)解析冰面設(shè)備數(shù)據(jù)解析流程隨鉆系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析流程5調(diào)試與應(yīng)用Debug And Application系統(tǒng)裸板調(diào)試轉(zhuǎn)速調(diào)試三相電壓調(diào)試 Functional Test4功能測試 Hypot

7、hermiaTest5低溫測試工作時間動作狀態(tài)8:00打開高低箱，設(shè)定內(nèi)部溫度-20正常8:15設(shè)定內(nèi)部溫度-30正常8:45設(shè)定內(nèi)部溫度-40正常14:36設(shè)備重新上電啟動正常18:01設(shè)定內(nèi)部溫度0正常18:30設(shè)定內(nèi)部溫度-40正常19:00設(shè)定內(nèi)部溫度0正常19:30設(shè)定內(nèi)部溫度15正常20:00斷電- High Pressure Test5高壓測試 25MPa（極地現(xiàn)場工作時壓力在15MPa左右），測試過程中艙內(nèi)可持續(xù)回傳數(shù)據(jù)，測試結(jié)束后艙內(nèi)干燥無水滴，已基本驗證隨鉆測控系統(tǒng)的耐高壓特性。 Power Transmission Test5電能傳輸測試 在實驗室里使用三個型號為LZG-

8、220-1000的大功率照明鹵鎢燈串聯(lián)在一起，測試結(jié)果正常，基本驗證該鉆進電機變壓器帶負載能力已達到設(shè)計目標要求（ 3Kw ）。 Data Transmission Test5數(shù)據(jù)傳輸測試 數(shù)據(jù)遠距離傳輸系統(tǒng)已經(jīng)在另外一根同一廠家生產(chǎn)的1800m的復(fù)合纜上進行過實際測試，參數(shù)幾乎相同。使用RS485數(shù)據(jù)通信，波特率在115200 bps下收發(fā)通信正常（工作時為9600 bps），完全滿足通信需求。 Simulation Debugging5車間模擬調(diào)試6總結(jié)展望CONCLUSION OUTLOOK結(jié)論Conclusions1、冰面測控軟件能夠?qū)崟r監(jiān)測冰面及冰下各個設(shè)備參數(shù)并顯示；2、經(jīng)過一系列測試，基本驗證電能傳輸及帶