摘要：文章主要讲述了一款全球主流使用重工作级XLX ROV的ICE(integrated controls engine)控制系统信号的传输方式，介绍了该系统内各模块的运作方式、作用及内部联系。此外，文中详细介绍了指令如何从水上传递至水下进而控制ROV的动作，文中还结合实际应用中的案例分析了其在应用中的众多优缺点。

　　关键词：XLX ROV；ICE；控制系统；自动化

　　0引言

　　ROV即水下机器人。近年来随着我国不断向深水挺进，海工装备得到了迅速发展，ROV研发也在市场火爆起来。英国PERRY公司作为全球最大的ROV生产制造商，在20世纪60年代就开始了水下设备设施的研究，而XLX为PERRY旗下一款因性能稳定而远销国际市场的ROV。一方面，因其ICE控制系统的基础架构具有较高的参考意义，实际上该控制系统不仅只应用于ROV，国外在挖沟机、挖沟犁、潜水救援器上均有使用；另一方面，国内也有多家公司引入了PERRY旗下产品。本文也可以为一些基础教学，使刚接触这套系统的使用者提供参考，使其能更快速地了解这个系统[1]。

　　1 XLX ROV的ICE控制系统

　　1.1按功能简要划分，控制系统可以分为水上发射系统和水下接收系统

　　飞行控制摇杆给出指令后通过路由器传递至水上CPU，水上CPU将数据处理后经过水上光端机将信号变为光纤信号后通过数千米的铠甲缆传输至水下，水下光端机将信号逆变回网络信号传递至水下CPU解析后传递至推进器控制中心，进而使电磁阀动作控制推进器的运转，如图1所示。

　　1.1.1水上发射系统

　　水上发射系统由控制面板、HMI(人机交换界面)、SURFACE CONTROLLER(信息处理单元也称CPU)、路由器及光端机组成，如图2所示。

　　控制面板为物理操作面板，由飞行手柄及各阀箱控制按钮组成，主要用来控制ROV的飞行、云台调控、外接工具压力及流量调节等。

　　该系统配有2台带触屏显示的HMI，称为主操电脑和副操电脑，2台电脑独立运行，只要其中1台电脑正常运行均不会造成水下ROV的失控。ROV上所有传感器的数据参数都能在此显示器读取，能观察ROV的实时性能，所有的软件控制都能通过触摸屏进行控制，如水下各设备的通断电、阀箱压力及流量的调节等。

　　路由器即上图中的48 Channel Ethernet Switch,所有的控制信号都将在此转变为网络信号后在此汇集并被各单位截取接收。

　　SURFACE CONTROLLER亦可称为CPU，为水上信息处理单元，用于接收并处理路由器的数据并反馈回路由器传递至光端机。

　　水上光端机功能主要是各信号转换为光纤信号传输至水下，系统的信号转换关键设备。1台设备配有3台独立运行的光端机，分别为TMS(软缆中继器)光端机、CORE光端机、SURVEY光端机，分别控制水下系统的TMS、CORE箱体通讯和SURVEY箱体通讯。光端机中主要内置VOI电路板、EOI电路板、EDC诊断电路板及CWDM粗波分复用器，具体详情将在水下接收系统中介绍。

　　1.1.2水下接收系统

　　水下接收系统由Core J-Box、Control Can和Survey J-Box 3部分组成。其中Core J-Box和Control Can可组成单ROV飞行的控制系统，如图3所示。

　　Core J-Box主要用于ROV内部飞行数据的接收及执行命令的发出。其箱体内置有粗波分复用器，VOI电路板，LCI电路板。VOI电路板用于将光纤信号转换为串口信号并传输摄像头视频信号，LCI(local camera interface)电路板专用于水下相机的通断电和相关参数控制。

　　粗波分复用器接收到水上传输下来的光纤信号后，一部分将由水上CORE光端机内VOI电路板发出的串口信号(RS232和RS485)经过1471光纤波段传递给水下CORE箱内VOI板，VOI解析指令后传置LCI电路板和其他执行单元后，通过1491光纤波段向水上控制系统反馈完成指令；另一部分将由水上CORE光端机内EOI电路板发出的网络信号经过1551光纤波段传递至Control Can舱内，水上水下的粗波分复用器外观一样，实际作用不同，一个用于发射，一个用于接收。

　　Control Can用于处理系统内部监控及控制串口数据的处理，其舱内置有EOI电路板、SEC电路板、LSI电路板、路由器及水下CPU电路板。LSI为串口数据处理电路板，SEC为串口数据转换网络数据转换器电路板，EOI为以太网处理数据电路板。EOI电路板接收到由1571光纤波段传输的指令后，通过路由器传递给水下CPU处理后，传至SEC及LSI电路板向执行单元发送串口指令并最终由1571光纤波段反馈数据完成任务。

　　值得注意的是，SEC(serial ethernet converter)即上述中的SEC，具有1个以太网接口并对应8个串行232通道(默认)，也可配置为485通道。由于设备上多个地方有应用到SEC，而每个SEC板都需要一个固定且唯一的IP地址，每块SEC的配置是不同的，在模块损坏需要更换时，需要重新对板块进行编程设定，且以太网不是实时通信协议，其数据通道存在延迟现象。

　　Survey J-Box常用于外接设备的通讯连接，其内置有VOI电路板、LCI电路板、EOI电路板。ROV水下作业常接外接工具TSS440、Bathy、Torque Tool、BlueView等均可解析[2]。

　　针对ROV在水下作业的服务对象划分，Core J-Box和Survey J-Box两个箱体的设计完美解决了由于外部因素原因造成的ROV水下死机风险。由于ROV常需携带各种类型的外接工具进行水下作业，且在同一个项目中工具更换可能相当频繁，这就不免造成工具在安装拆卸过程造成各种损伤，继而安装在ROV上时影响ROV水下作业的安全性，尤其是水下电子设备在使用过程中也易发生电路短路现象，这往往也会造成ROV的通讯丢失。而ROV作为水下作业的特殊设备，一旦在水下失去通讯，ROV便会以TMS为中心随流涌动，轻则造成ROV本体受损或者回收困难，严重时对水下设施造成损坏而造成巨大经济损失。

　　1.2 XLX ROV光纤传输系统

　　XLX ROV在使用中布置有4条主通道光纤，其中3用1备，TMS、Core J-Box、Survey J-Box各使用1条作为通讯线路，节点为：光端机—配电间—绞车静箱—绞车动箱—TMS中继器静箱—TMS中继器动箱—ROV终端箱—Core J-Box—Survey J-Box，如图4所示。

　　XLX ROV适用于3 000 m水深作业，这就要求其铠甲缆长度往往大于3 000 m，再加上TMS中继器的软缆一般长度为400～1 000 m，这表明水上控制界面到水下执行单元的信号传输距离是要超过3 000 m。查阅相关资料得知，标准100 Mbit/s的以太网传输距离建议为150 m左右，RS-232串口传输距离也在20 m以内，光纤传输却能达几十千米，且实验数据显示1 310 nm波长在单模光纤的传输损耗率仅为0.4 Dbit/km，故光纤在ROV中的信号传输不仅能解决传输信号损耗大的问题，也能避免信号受到电缆中的高电压干扰问题。所以串口/以太网—光纤—串口/以太网为深水作业ROV的常用传输方式。

　　2 ICE系统在ROV中的应用

　　海上作业过程中，ROV的作业效率往往决定着项目的时间长短，这在高昂用工成本的海上施工中，如何保障ROV的作业效率除了作业流程及人为因素外，ROV自身性能也占着相当大的一部分比例。

　　ROV在一次南海锚系的安装作业中，作业水深300 m左右，突发LVC10高压持续警报，主操人员立即通过软件查看LVC10电路板状态，发现电路板检测电压32 V高于其所需求的29 V正常电压，且该高电压造成中继器通讯闪断，LVC10为中继器收放软缆阀箱，其一旦丢失通讯便会造成ROV无法回收，ROV人员即刻通知项目组ROV回中继器后回收甲板。待回收甲板后，由于软件系统直接监测到电压异常，人员对相关线路进行测量后判定LVC10电路板接入电压处故障。为确保作业的延续性，人员直接更换LVC10电路板后对设备进行测试，设备性能恢复正常。整个过程从警报出现至ROV重新下水，整个过程仅用时2 h。

　　(1)XLX ROV拥有110 kW的功率，安装有4个水平的SA-PH 380及4个竖直的SA-PH 300推进器，使其在各个方向的顶流能力超过3节，这完全满足了船舶在中国南海的全年施工要求。

　　(2)XLX ROV具有定艏向、定高、定深、Heading Park功能，其中前3个功能为一般ROV常备功能，Heading Park功能使此系列ROV在安装结构物尤其是水下大型结构物时，能巧妙使用推进器的配合，很大程度解决了靠双机械手蛮力去调整结构物艏向问题，大大降低了ROV水下作业风险系数[3]。ROV配合DVL使用还具有自动定位功能，DVL需保证4个Beams中至少有3个可处于被锁定状态，再依托其独特的PID算法，自动定位功能可以非常稳定高效且长时间地观察某一静止目标，或者在能见度较低丢失ROV视野时使用该功能也能在一定程度上避免ROV遭受碰撞风险。

　　(3)LAM及EDC电路板的设计使用，使整个ROV系统完全处于监管状态，甚至精确到电路板上再用通道的电压电流，节点通讯是否正常，一旦出现异常，系统便会报警，这对于水下作业设备尤为关键，可以在出现故障的第一时间尽量使ROV处于安全位置。此功能还能在ROV出现故障时大范围的缩小故障排查点，在短时间内排查出故障进行维修，如图5和图6所示。

　　3结语

　　ICE智能化控制系统作为一款全球使用广泛的水下设备软件，在使用上已经深受用户认可，尤其是在故障发生时其简单明了的节点故障参数显示及报错系统提醒，能让用户在更短时间内明确故障发生原因并做好相应应对措施，且其独特的水下定位算法能让设备持久稳定悬浮或者保持一种自定状态在水下工作，极大程度解放了用户的双手，简化了设备水下作业的复杂程度。

　　参考文献：

　　[1]陈育喜，张竺英.深海ROV脐带缆绞车设计研究[J].机械设计与制造，2010(4)：39-41.

　　[2]陈晓明.XLX ROV通讯箱体增设外接光纤通道的研究[J].中国石油和化工标准与质量，2024，44(1)：79-80，83.

　　[3]白华梅.RS-232串口通讯距离的测试与分析[J].数据采集与处理，2012(增刊1)：140-142.