介紹

    國家海洋技術學院開發了一組可在水下600米深海床執行采集任務的行進裝置，該裝置同時配備有剪切、采集以及運輸物體的設備。裝置從船只上投放，我們通過裝置上的水下計算機控制所有的操作，計算機獲取來自水下傳感器的數據、通過遠程數據連接接收來自船艙控制室電腦的指令并且自動和手動地控制行進裝置上的設備輸出。我們通過使用一個多種模式下的光纖連接來建立控制船和海底計算機的通訊。為了能夠從行進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界面屏幕。控制室單元從用戶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絡設計成TCP/IP協議方式的通訊（默認的通訊協議），如果TCP/IP協議無法進行通訊聯絡，系統自動轉入串行通訊。當TCP/IP通訊聯絡恢復時，系統又會切回。系統的靈活性還在于如果船艙控制室和水下行進裝置在一定時間內沒有任何通訊聯絡，這個模塊會將裝置維持在用戶特定的安全位置直至通訊恢復正常。

    系統描述

    我們運用下列技術開發了水下行進裝置的數據采集和控制系統：

    兩臺工業計算機運行基于LabVIEW的應用程序，為控制船上的用戶提供用戶界面 

    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。

    在行進裝置上的緊湊型嵌入式系統是基于Compact FieldPoint的實時系統，包括下列： 

    cFP-2020RT 嵌入式控制器 

    cFP-AI-110類比輸入模塊 

    cFP-FTD-122 RTD 輸入模塊 

    cFP-AO-210 類比輸入模塊 

    cFP-DO-403 數字輸出模塊

    水下行進裝置包括下列：
 
    兩條水力驅動履帶使得裝置可以運動 

    用于松開海床上物體的剪刀 

    機械手臂使得剪刀向三個不同轉向運動 

    泥漿泵和管道使得挖到的沙子運送到控制船? 推進器維持裝置的穩定運動，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，用來觀察周邊情況和剪刀運動 

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

    230伏特交流電， 3KVA電纜線驅動泥漿泵、推進器控制和其他電路設備

    行進裝置控制和數據采集

    我們在水下行進裝置控制系統研發過程中選用NI Compact FieldPoint系統是因為它的堅固性和緊湊性。我們實施了一組Compact FieldPoint 系統，包括有運行LabVIEW實時程序高端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， 控制驅動以及通過提供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實時控制器和Compact FieldPoint I/O模塊控制所有行進裝置的構件。我們從船艙控制室將行進裝置連同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實時應用程序,以及從用戶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。

    行進裝置控制模塊

    這部分是運行行進裝置實時Compact FieldPoint控制器的主控制器程序。我們在LabVIEW實時(Real-Time)中編寫這個模塊。這個模塊持續從各個傳感器的感應頭上采集數據并與船艙控制室內的PXI 實時控制器進行雙向通訊。PXI 和Compact FieldPoint實時控制器之間的通訊是通過TCP/IP協議來進行的。當TCP/IP無法運行的時候，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PXI實時控制器接收任何指令，模塊在激活相應的Compact FieldPoint模塊輸出前會檢查用戶設定的嚴格互鎖條件。當船只和水下行進裝置沒有通訊聯絡的時候，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之間的通訊聯絡恢復，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裝置在一定時間內沒有任何通訊聯絡，這個模塊會將裝置引向安全位置。這個模塊的運行要求運用PID算法來控制水下行進裝置的方向、速度和自動操作模式下兩條履帶的滑動。

    通訊模塊

    這個模塊是所有模塊之間通訊聯絡的核心