介紹

    國家海洋技術(shù)學(xué)院開(kāi)發(fā)了一組可在水下600米深海床執行采集任務(wù)的行進(jìn)裝置，該裝置同時(shí)配備有剪切、采集以及運輸物體的設備。裝置從船只上投放，我們通過(guò)裝置上的水下計算機控制所有的操作，計算機獲取來(lái)自水下傳感器的數據、通過(guò)遠程數據連接接收來(lái)自船艙控制室電腦的指令并且自動(dòng)和手動(dòng)地控制行進(jìn)裝置上的設備輸出。我們通過(guò)使用一個(gè)多種模式下的光纖連接來(lái)建立控制船和海底計算機的通訊。為了能夠從行進(jìn)裝置上獲取各種各樣的信號，例如速度、方向和溫度，我們用的是置于船艙控制室的用戶(hù)界面屏幕?？刂剖覇卧獜挠脩?hù)終端采集正確的控制輸入數據，然后將這些數據傳遞解碼到水下裝置的系統上。為了操作更具靈活性，我們將水下裝置與船艙控制室之間的通訊聯(lián)絡(luò )設計成TCP/IP協(xié)議方式的通訊（默認的通訊協(xié)議），如果TCP/IP協(xié)議無(wú)法進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò )，系統自動(dòng)轉入串行通訊。當TCP/IP通訊聯(lián)絡(luò )恢復時(shí)，系統又會(huì )切回。系統的靈活性還在于如果船艙控制室和水下行進(jìn)裝置在一定時(shí)間內沒(méi)有任何通訊聯(lián)絡(luò )，這個(gè)模塊會(huì )將裝置維持在用戶(hù)特定的安全位置直至通訊恢復正常。

    系統描述

    我們運用下列技術(shù)開(kāi)發(fā)了水下行進(jìn)裝置的數據采集和控制系統：

    兩臺工業(yè)計算機運行基于LabVIEW的應用程序，為控制船上的用戶(hù)提供用戶(hù)界面 

    PXI Real-Time系統包括一臺PXI-1002機箱和一臺PXI-8176RT嵌入式控制器 

    用PXI-6031多功能DAQ硬件設備連接到控制臺信號 

    用PXI-6508數字輸入輸出硬件連接到控制手柄正常。

    在行進(jìn)裝置上的緊湊型嵌入式系統是基于Compact FieldPoint的實(shí)時(shí)系統，包括下列： 

    cFP-2020RT 嵌入式控制器 

    cFP-AI-110類(lèi)比輸入模塊 

    cFP-FTD-122 RTD 輸入模塊 

    cFP-AO-210 類(lèi)比輸入模塊 

    cFP-DO-403 數字輸出模塊

    水下行進(jìn)裝置包括下列：
 
    兩條水力驅動(dòng)履帶使得裝置可以運動(dòng) 

    用于松開(kāi)海床上物體的剪刀 

    機械手臂使得剪刀向三個(gè)不同轉向運動(dòng) 

    泥漿泵和管道使得挖到的沙子運送到控制船? 推進(jìn)器維持裝置的穩定運動(dòng)，不受海流影響 

    水力電源單元 

    兩臺攝像機和它們的燈光設備，用來(lái)觀(guān)察周邊情況和剪刀運動(dòng) 

    感應頭用來(lái)容納數據采集硬件從而來(lái)自行進(jìn)裝置及周邊的各種信號并控制裝置的運動(dòng) 

    230伏特交流電， 3KVA電纜線(xiàn)驅動(dòng)泥漿泵、推進(jìn)器控制和其他電路設備

    行進(jìn)裝置控制和數據采集

    我們在水下行進(jìn)裝置控制系統研發(fā)過(guò)程中選用NI Compact FieldPoint系統是因為它的堅固性和緊湊性。我們實(shí)施了一組Compact FieldPoint 系統，包括有運行LabVIEW實(shí)時(shí)程序高端512兆記憶體的嵌入式控制器cFP-2020，溫度輸入設備cFP-RTD-122， 模擬輸入設備cFP-AI-110， 控制驅動(dòng)以及通過(guò)提供PID輸出控制方向的設備cFP-AO-210， 數字輸入設備cFP-DO-403和速度輸入設備cFP-CTR-502。我們運用Compact FieldPoint實(shí)時(shí)控制器和Compact FieldPoint I/O模塊控制所有行進(jìn)裝置的構件。我們從船艙控制室將行進(jìn)裝置連同cFP模塊投放到深達600米的海床。

    PXI系統包括PXI-1002機箱和PXI-8176嵌入式控制器，運行的是LabVIEW實(shí)時(shí)應用程序,以及從用戶(hù)控制面板獲取數字輸入的PXI-6508, 用于控制面板模擬輸入的PXI- 6031E。

    行進(jìn)裝置控制模塊

    這部分是運行行進(jìn)裝置實(shí)時(shí)Compact FieldPoint控制器的主控制器程序。我們在LabVIEW實(shí)時(shí)(Real-Time)中編寫(xiě)這個(gè)模塊。這個(gè)模塊持續從各個(gè)傳感器的感應頭上采集數據并與船艙控制室內的PXI 實(shí)時(shí)控制器進(jìn)行雙向通訊。PXI 和Compact FieldPoint實(shí)時(shí)控制器之間的通訊是通過(guò)TCP/IP協(xié)議來(lái)進(jìn)行的。當TCP/IP無(wú)法運行的時(shí)候，通訊將切換到串行模式。

    我們特別設計這樣的模塊程序，當它從一個(gè)PXI實(shí)時(shí)控制器接收任何指令，模塊在激活相應的Compact FieldPoint模塊輸出前會(huì )檢查用戶(hù)設定的嚴格互鎖條件。當船只和水下行進(jìn)裝置沒(méi)有通訊聯(lián)絡(luò )的時(shí)候，我們在Compact FieldPoint存儲器中維護互相獨立的數據日志、事件日志和錯誤日志文檔。一旦PXI和Compact FieldPoint之間的通訊聯(lián)絡(luò )恢復，我們把所存儲的數據上載到PXI。如果船艙控制室和水下行進(jìn)裝置在一定時(shí)間內沒(méi)有任何通訊聯(lián)絡(luò )，這個(gè)模塊會(huì )將裝置引向安全位置。這個(gè)模塊的運行要求運用PID算法來(lái)控制水下行進(jìn)裝置的方向、速度和自動(dòng)操作模式下兩條履帶的滑動(dòng)。

    通訊模塊

    這個(gè)模塊是所有模塊之間通訊聯(lián)絡(luò )的核心