基于PLC的海洋环境仿真控制系统毕业设计

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1、- 1 - 第一章 绪论 1.1 引言 随着世界经济的迅速发展，人类对矿产资源的需求日益增加，资源的开采亦日益加剧， 陆地资源正日趋贫化和枯竭，丰富的海底矿产资源将成为人类可持续发展的重要物质基础 1。 许多国家已经把开发利用海洋资源作为基本国策； 许多著名的政治家、 经济学家都预言， 二十一世纪将是“海洋经济时代”2 根据国内外科学家多年的勘探和研究表明，占地球表 面积约 71的海洋是一个巨大的资源宝库，其矿产资源存储量大大高于陆地的存储量，而 且一些新的矿床还不断被发现。在已发现的深海矿产资源中，对人类生产生活有重大应用 价值的主要有多金属结核矿、铁锰结壳矿和海底热液矿等。其中大洋多金属结

2、核是一种富 含锰、铜、钴、镍等多种金属的结核矿，主要分布在世界大洋底部水深 35006000rn 的海 底表层，在整个大洋底的储量约为 3 万亿吨，其中仅太平洋地区就达 17 万亿吨3，并且 其储量还将以每年 100 万吨的速度增长。大洋多金属结核所含的锰、铜、钴、镍等金属的 储量分别是陆地相应储量的 200，40，129 和 328 倍。可见，深海的矿产资源不仅储量丰富， 且矿产的品位极高，其所含的多种矿产都是人类工业生产和国防等工业的必备资源。因此， 深海底丰富的矿产资源已成为世界瞩目的具有商业开发前景的战略资源，对深海环境的研 究也成为世界各国的重要研究课题。 1.2 本课题研究的目的和

3、意义 1.2.1 海洋环境研究的重要性 随着社会的发展和进步以及世界人口的急剧增加，陆地资源正日趋贫化和枯竭。丰富 的海底矿产资源将成为人类可持续发展的重要物质基础，许多国家已经把开发利用海洋资 源作为基本国策。与此同时海洋的鱼类资源、海洋风暴以及海浪等许多的海洋气象都对我 们人类的发展有着重要的意义。 - 2 - 据我国国土资源部发布的全国矿产资源规划 (2008 至 2015 年)4说，中国经济社 会发展对矿产资源的需求持续快速增长，矿产资源保障程度总体不足，中国正成为一个能 源消费大国。据预测，如不加强勘查，到 2020 年，在中国 45 种主要矿产中，有 19 种矿产 将出现不同程度的

4、短缺，其中 11 种为国民经济支柱性矿产，我国矿产资源的对外依存度将 上升到 60，资源紧缺将严重制约中国经济的快速、可持续发展。所以，走向大洋，在深 海开辟新资源，是中国一项重大的海洋发展战略3。 海洋研究开发不只是关系到一个国家的资源战略问题，而且与国家的安全息息相关， 这个安全涵盖一个国家的政治、经济权益。位于国家管辖海域之外的国际海底区域，面积 约为 2517 亿平方公罩，约占地球表面积的 49，根据联合国海洋法公约的规定，这 一区域及其蕴藏的丰富资源是全人类共同继承的财产，由国际海底管理局代表全人类进行 管理和协调。但从 20 世纪 60 年代起，国际海底资源开发的实际“游戏规则 就

5、是捷足先 登，谁投资谁占有，谁开发谁受益。只要有能力有实力，开发就有优先权。一些发达国家 利用自己资金、技术上的优势，竞相开始争夺国际海底资源。 因此，我国也必须通过积极参与深海海洋环境的研究，为我国深海资源的探索和海洋 和环境的保护提供有力的支持。打破西方国家对“人类共同继承财产”的垄断，促进国际 海底资源开发制度建立的公正性和合理性，维护我国开发国际海底资源的应有权益。 1.2.2 研究的目的和意义 生命起源于海洋，人类繁衍于陆地。今天，面对陆地资源短缺的压力，人类又把目光 转向海洋，提出了“重返海洋”、“21 世纪是海洋世纪”的说法。因此海洋的探索是我们 图 1.1 矿藏丰富的海洋 -

6、3 - 人类亘古以今从没有间断过的研究4。 然而在短期内，人类乘坐潜水器潜入深海还不太现实。因为在海洋中，每下潜 100 米 就增加 10 个大气压，几毫米厚的钢板在 1 万米洋底就像大气中的鸡蛋壳一样易碎。为了克 服这些障碍，从事深海探测的大部分科学家都已从有人驾驶潜水器转向机器人潜水器的研 究。现在，称为“遥控潜水器”(ROV)的有绳潜水探测器和小型的计算机控制蓄电池驱动潜 水器(AUV)可以由任何合适的船只操纵。 另一种可能解决的方案是开发出能取代适于海洋最深处压力的船壳。而对于潜水器的 浮力材料，不仅要求它能承受住巨大的压力，而且要求它的渗水率极低，以保证其密度不 变，否则机器人就会沉入海底。在高压环境下，耐高水压的动态密封结构和技术也是水下 机器人的一项关键技术。机器人上任何一个密封的电气设备、连接缆线和插件都不能有丝 毫渗漏，否则会导致整个部件甚至整个电控系统的毁灭。 所以传统的海洋探索都必须要进行实际的勘测与研究。目前许多深海作业都需要人员 携带大量的仪器在海上进行，常规的海上作业经费高、周期长、风险大，这样不仅是人力、