Quantum系統(tǒng)ROV與HD系統(tǒng)ROV對(duì)比

王曉龍

(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

隨著海洋工程的開發(fā)和發(fā)展，深水工程中ROV成為不可缺失的一套工具。目前國(guó)際上比較通用的系統(tǒng)有SMD公司產(chǎn)出的Quantum系列ROV和SCHIILING公司的UHD及 HD系統(tǒng)。本文主要介紹Quantum系統(tǒng)和HD這兩種工作級(jí)ROV系統(tǒng)的通訊方式與操作界面對(duì)比。兩個(gè)操作系統(tǒng)都是基于光纖傳輸介質(zhì)，但是在操作界面、通信傳輸方式以及水下接口界面及維?？臻g都有一定的區(qū)別。

1 操作界面

Quantum系統(tǒng)的ROV型號(hào)從最初的13/14型號(hào)升級(jí)到18/19型號(hào)再到33/34/35型號(hào)，13/14型號(hào)的ROV主副操分布嚴(yán)格明確，左側(cè)只能是主操，完成飛行操作，副操無法飛行，其主操的操作手柄自帶云臺(tái)切換及云臺(tái)操作。18/19型號(hào)在13/14型號(hào)的基礎(chǔ)上增加了TMS，其飛行界面同樣劃分明確，主操只可以在左側(cè)完成飛行，而且云臺(tái)、TMS、ROV操作手柄分開布置，對(duì)于習(xí)慣用手收放TMS的操作員來說，整個(gè)飛行過程中很不便利。而升級(jí)后的33/34/35型號(hào)，對(duì)這種弊端都已更新，主副操位置上的操作界面完全一樣，主副操可以隨時(shí)完成切換，或者切換成共享飛行模式，但有一個(gè)前提，在切換過程中首先要經(jīng)過實(shí)時(shí)操作者的意愿才可完成切換。

SCHILLING系統(tǒng)的ROV有HD和UHD，無論是HD還是UHD在飛行界面都完成了統(tǒng)一配置。同樣的在主操和副操之間的切換中，唯一與Quantum不同的是，在HD系統(tǒng)中主副操之間的切換首先由實(shí)時(shí)飛行人發(fā)出，然后接收人接收后，才可完成切換。此外，在主副操之間的飛行切換上還有一項(xiàng)強(qiáng)制獲得操作權(quán)的設(shè)置，飛行員需要軟件權(quán)限密碼，這一設(shè)置同樣更加人性化[1]。

相較來說SCHILLING的飛行體驗(yàn)更加舒爽流暢。

2 通信傳輸方式

2.1 軟件通訊系統(tǒng)及數(shù)字傳輸單元

Quantum操作系統(tǒng)是以最初13/14型號(hào)為代表，模式是嵌入式QNX系統(tǒng)，后期更新以33/34/35型號(hào)為獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，在操作界面上，QNX系統(tǒng)需要四個(gè)主機(jī)：主操電腦、副操電腦、主觸摸屏電腦以及副觸摸屏電腦。而PLC作為一個(gè)獨(dú)立的邏輯控制系統(tǒng)，通過維護(hù)電腦將PLC展示出來，其邏輯結(jié)構(gòu)更加清晰、便捷、不受干擾。更加簡(jiǎn)單明了，故障率低，速度快，相對(duì)之前的嵌入式QNX，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了功能上的升級(jí)和改進(jìn)。診斷軟件也更加直觀具體。

其水上單元的節(jié)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 水上單元的節(jié)點(diǎn)布置圖

PLC控制系統(tǒng)相對(duì)于初代，其特點(diǎn)是框架清晰，結(jié)構(gòu)明朗，水下每一部分單元對(duì)應(yīng)水上每個(gè)anybus模塊，有對(duì)應(yīng)的診斷界面及指示燈，如圖2所示。

主要包括主操電腦、副操電腦、主觸摸屏和副觸摸屏，水上控制單元的所有操作通過四臺(tái)電腦協(xié)作完成。數(shù)據(jù)傳輸主要是通過水上與水下獨(dú)立的光端機(jī)對(duì)應(yīng)單元完成，TMS單獨(dú)應(yīng)用一根光纖，ROV單獨(dú)應(yīng)用一根光纖，完成數(shù)據(jù)傳輸控制等操作。

HD的系統(tǒng)主要是windows操作系統(tǒng)，相對(duì)來說其操作系統(tǒng)更加親切，易上手。其通訊界面如圖，水上控制單元四臺(tái)電腦：server電腦、主操電腦、副操電腦以及實(shí)時(shí)傳輸電腦。電腦光纖連接，水上至水下同樣兩根光纖(即NODE2和NODE3之間，NODE6和NODE1之間)，所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過RTC電腦完成通訊傳輸(如圖3所示)。

圖2 PLC控制系統(tǒng)及傳輸圖

圖3 HD的控制系統(tǒng)及傳輸圖

對(duì)比Quantum和HD兩個(gè)傳輸系統(tǒng)，Quantum相當(dāng)于高集成樹形分散結(jié)構(gòu)，而HD系統(tǒng)為閉環(huán)循環(huán)結(jié)構(gòu)，這種通訊的優(yōu)勢(shì)是在通訊傳輸中保證了每一個(gè)關(guān)節(jié)有兩路傳輸，相對(duì)于樹形集成結(jié)構(gòu)，其每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有兩路可通信號(hào)傳輸更有保障性(如圖4所示)。

圖4 HD的閉環(huán)傳輸系統(tǒng)

Quantum的通訊模式集成度相對(duì)較高，其數(shù)據(jù)傳輸模式將所有數(shù)據(jù)集成在水上和水下光端機(jī)上，光纖一備一用，測(cè)試時(shí)候需要把光端機(jī)打在A路或者B路，或者打在中位，光端機(jī)自行選擇通訊好的一路光纖。在水上排查通斷過程中需要將兩路手動(dòng)切換，才能確定實(shí)時(shí)有路或者兩路通訊正常。其水下結(jié)構(gòu)中以樹形模式自電子倉(cāng)中的光端機(jī)擴(kuò)散在ROV每一個(gè)終端模塊上，而在水下端只要有一路斷開，則從該關(guān)節(jié)向外擴(kuò)散的數(shù)據(jù)都會(huì)斷開無法工作。而HD型式ROV就相對(duì)更加可靠些，其所有關(guān)節(jié)以NODE型式連接為閉環(huán)模式，同樣水上水下光纖也是兩根，水上至水下通訊一體，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有兩路通訊，在甲板測(cè)試過程總可以很直觀看到各路通訊狀態(tài)，這樣下水過程中，就可以很好的保證設(shè)備的通訊性[2]。

3 水下接口界面及維?？臻g

3.1 水下接口界面

Quantum系統(tǒng)的接頭大多數(shù)采用impulse和burton接頭，目前配置的burton接頭較多，在連接時(shí)，在接頭表面噴上一層稀薄的硅油，可以清潔水分。其光纖接頭采用傳統(tǒng)的Straight Tip (ST) Connectors接頭。

HD系統(tǒng)的接頭有三種型式，SIM(Serial interface modules)、VIM(Video interface modules)、NIM(Network interface modules)，另外還有burton,雙SIM/VIM以及 Dual-penetrator module。

SIM for (RS-232 or RS-485) communications; VIM for (PAL/NTSC digital or analog); NIM for Ethernet communications。

使用的電纜是seanet電纜，seanet電纜可以把所有的傳感器、聲吶、攝像頭、燈、控制件等終端設(shè)備連接在NODE上，然后完成電源、數(shù)據(jù)傳輸以及液壓油的相通補(bǔ)償。

其光纖傳輸接頭型式分了四種：Straight Tip (ST) Connectors,這種接頭比較常規(guī)，主要應(yīng)用在水上單元比如滑環(huán)電腦等部位(如圖5所示)。Little Connectors (LC)，這種接頭主要配置在NODE上的小型光纖插拔模塊(如圖5所示)。Modif ied ST Connectors，這種接頭配置的比較少，主要安裝在IPDS(Instrument Power Distribution System小型供電單元)，到NODE單元處(如圖5所示)。Penetration Fiber Connectors，這種光纖主要定制于NODE內(nèi)部，屬于獨(dú)立空間結(jié)構(gòu)，應(yīng)用較少(如圖5所示)。

圖5 光纖傳輸接頭型式

小型化光纖插拔模塊是配置在每個(gè)NODE上的輸入輸出模塊，其內(nèi)部有A和B兩個(gè)光纖接口。A接口(藍(lán)色)上行傳輸波長(zhǎng)1310nm，接收波長(zhǎng)1550 nm。

3.2 維?？臻g

無論從接口型式還是連接布置，HD型式的ROV都更加人性化并且可靠性會(huì)更高一些，采用seanet纜線連接，極大的簡(jiǎn)化了每個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)布置并提高了通訊可靠性，在日常維保中，每個(gè)NODE模塊拆解都極為方便。

4 結(jié)語

綜上，無論是從水上控制界面還是遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及后期維保物理結(jié)構(gòu)的布置，HD型式的ROV都更加簡(jiǎn)潔人性化一些，可靠性也相對(duì)更高一些。隨著科技的發(fā)展，通訊結(jié)構(gòu)的精簡(jiǎn)化是的電路模塊節(jié)省更大的空間，這樣就會(huì)給水下液壓回路結(jié)構(gòu)節(jié)省出更大的處理空間，也在ROV系統(tǒng)上有了更強(qiáng)大的方便和保障。