本发明涉及海底勘探装备技术领域，尤其是涉及一种深海智能钻机中央控制系统。
背景技术：
在海底蕴藏着种类繁多、储量巨大的各类矿产资源，其中金、银、钴等贵金属和战略资源储量多于陆地储量。目前中国金属矿产资源对外依赖程度较高，供需缺口矛盾已成为制约中国经济发展的因素之一，随着金属价格的走高，海洋矿产资源勘探成为必然选择。
深海钻机作为重要的勘探装备，能够在海底钻取地质岩心样品，现在的深海钻机大多是通过人工远程操作，在科考船的后甲板通过船体配备的深海装备用绞车通过a型架将深海钻机下放到海底，下放深海钻机的缆绳不仅仅具备沉重的能力，在缆绳内部还有光纤和电缆，科考船和下放到海底的深海钻机可以通过这根缆绳进行光纤通信和电力输送。但现有深海钻机的控制过程简单，控制方法单一，都是凭借操作员的经验选取参数进行深海钻进作业，效率低，操作员劳动强度大，而且科考船与深海钻机各个部分相对较分散，整体联动与可靠性底。目前还没有一套完整的针对深海钻机作业的智能控制体系。
现有深海钻机控制系统的各个部分相对分散，未能对控制系统的各个部分信息进行集中处理分析，系统整体性差，系统的稳定性可靠性差；其次，现有的深海钻机的钻进作业属于开环控制，控制精度低，安装于深海钻机的控制器信息处理能力有限，重要的钻进过程需要甲板机进行辅助控制，容易引起控制的滞后。
深海地形复杂，水压巨大、腐蚀性强，给海洋矿产资源开发带来巨大难度。从国际国内来看，现有的深海钻机智能化程度低，面对海底复杂的作业环境，非智能化的深海钻机越来越难以满足深海资源勘探与开发的需求。实现深海钻机的智能化是未来深海资源勘探装备的必然趋势。开发与研制适用于深海探矿的智能化设备具有广阔的市场前景。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种深海智能钻机中央控制系统，通过采用模块化设计，使整个系统既能满足各个模块相对独立利于扩展，又使整个系统形成一个有机的整体，以满足深海智能钻机作业的需求。
为实现上述目的，本发明提供一种深海智能钻机中央控制系统，包括水上部分和水下部分，所述水上部分和水下部分通过科考船配备的光电复合缆连接，所述光电复合缆用于水上部分和水下部分之间的通讯和能量传输；
所述水上部分包括操控台模块、甲板配电模块和甲板主控模块，其中：
所述操控台模块与所述甲板主控模块通信连接，用于进行信息显示及向甲板主控模块发送控制指令；
所述甲板配电模块用于为整个深海智能钻机中央控制系统提供电能；
所述甲板主控模块包括水上交换机，通过所述水上交换机将所述甲板主控模块和甲板配电模块组建成工业以太网进行通讯；
所述水下部分包含水下辅助控制仓模块、水下配电模块和水下主控仓模块，其中：
所述水下辅助控制仓模块包括密闭且充有油的辅助控制仓体、及设于所述辅助控制仓体内的照明灯控制器，所述照明灯控制器用于通过接收来自操控台模块的开关信号控制水下照明灯的开关；
所述水下配电模块通过所述光电复合缆与所述甲板配电模块连接，用于将来自甲板配电模块的高压控制电转换成低压控制电后为水下控制设备提供电能；
所述水下主控仓模块通过所述光电复合缆与所述甲板主控模块通信，所述水下主控仓模块包括密闭且耐高压的主控仓体、以及设于所述主控仓体内的水下交换机，通过所述水下交换机将所述水下主控仓模块、水下配电模块及水下辅助控制仓模块的照明灯控制器组建成工业以太网进行通讯。
优选地，所述水下主控仓模块还包括设于所述主控仓体内的传感器数据采集卡、控制主板、水下视频光端机、水下波分复用器和水下控制信息光端机；
所述水下控制信息光端机同时与水下交换机和水下波分复用器通信连接，用于将水下交换机传送过来的控制信号的电信号转换成包含控制信息的光信号后传送给水下波分复用器；
所述水下视频光端机与水下波分复用器通信连接，用于将水下摄像机传送过来的视频信号的电信号转换成包含视频信息的光信号后传送给水下波分复用器；
所述水下波分复用器用于将包含控制信息的光信号和包含视频信息的光信号进行复用合并后通过光电复合缆传送给甲板主控模块；
所述传感器数据采集卡与所述控制主板通信连接，用于采集安装于深海智能钻机上的传感器组的数据，并将数据传送至控制主板；
所述控制主板与所述水下交换机通信连接，用于按照控制要求对信息进行处理。
优选地，所述水下辅助控制仓模块还包括设于辅助控制仓体内的辅仓主板、高速开关阀控制器、比例阀控制器及开关液压阀控制器；
所述辅仓主板与所述控制主板通信连接，且所述辅仓主板还同时与高速开关阀控制器、比例阀控制器及开关液压阀控制器通讯连接，用于接收来自控制主板的控制信号，并将控制信息传递给高速开关阀控制器、比例阀控制器及开关液压阀控制器。
优选地，所述水下配电模块包括水下降压变压器、水下低压配电仓、水下配电控制器和伺服电机驱动器；
所述水下降压变压器通过光电复合缆与甲板配电模块连接，用于将光电复合缆传送过来的高压控制电转换成低压控制电之后输送给水下低压配电仓和伺服电机驱动器；
所述水下配电控制器同时与所述水下低压配电仓和伺服电机驱动器通信连接，用于对水下低压配电仓和伺服电机驱动器进行控制；所述水下配电控制器通过与水下交换机相连并入以太网；
所述水下低压配电仓为水下控制设备提供电能。
优选地，所述甲板主控模块还包括工控计算机、水上控制信号光端机、水上波分复用器，水上视频光端机及录像机，其中：
所述水上波分复用器通过光电复合缆与水下波分复用器连接，并同时与水上控制信号光端机和水上视频光端机通信连接，用于将集合在一根光纤上的包含控制信息的光信号和包含视频信息的光信号分成两路分别送往水上控制信号光端机和水上视频光端机；
所述水上控制信号光端机与所述水上交换机通信连接，用于将包含控制信息的光信号转换成控制信号的电信号的通过水上交换机传给工控计算机；
所述水上视频光端机与所述录像机通信连接，用于把包含视频信息的光信号转成多路视频信息传送至录像机并通过录像机进行存储；
所述工控计算机同时与所述水上交换机和录像机通信连接，用于通过水上交换机接收信息并对信息进行流通管理分配，并用于将录像机传送过来视频信息加上水深和gps信息后发送给操控台模块进行显示。
优选地，所述甲板配电模块包括科考船控供电中心、水上配电控制器、供电柜、第一升压变压器和第二升压变压器，其中：
所述科考船控供电中心与供电柜连接，用于提供总电源并通过供电柜供往各个部分；
所述供电柜内配置有驱动电机用的变频器在内的多种电路保护装置和电参数传感器；
所述水上配电控制器同时与供电柜和水上交换机通信连接，用于对供电柜进行控制以及通过水上交换机与甲板主控模块通信；
所述第一升压变压器与供电柜连接，用于将供电柜提供的船用电升压后通过光电复合缆传至水下降压变压器；
所述第二升压变压器与供电柜连接，用于将供电柜提供的船用电升压后通过光电复合缆接入水下配电模块后直接驱动深海智能钻机的电机。
优选地，所述操控台模块包括液晶显示平台、plc、手柄及操作按钮控制板、以及触摸屏，其中：
所述液晶显示平台与工控计算机连接，用于接收工控计算机传送过来的视频信息以显示在深海底拍摄到的图像数据；
所述手柄及操作按钮控制板与plc连接，用于输入操作指令并发送给plc；
所述触摸屏与plc连接，用于显示系统信息和输入操作指令；
所述plc与工控计算机连接，用于触摸屏与工控计算机之间的数据转化通讯、以及手柄及操作按钮控制板与工控计算机之间的数据转化通讯。
优选地，所述工控计算机上设有全局系统故障诊断模块。
优选地，所述水下控制主板采用vxworks实时操作系统，工控计算机采用windows分时操作系统。
优选地，各个模块内部采用rs232或can总线通讯。
本发明的深海智能钻机中央控制系统，各个部分采用模块化设计，各模块组建工业以太网通讯，使各个模块之间相对独立易于扩展，又使整个系统构成一个有机的整体，以满足深海智能钻机作业的需求。
附图说明
图1为本发明深海智能钻机中央控制系统一实施例的结构框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示为本发明深海智能钻机中央控制系统的一实施例。在本实施例中，深海智能钻机中央控制系统，包括水上部分和水下部分，所述水上部分和水下部分通过科考船配备的光电复合缆30连接，所述光电复合缆30可达万米之长，用于水上部分和水下部分之间的通讯和能量传输。
所述水上部分包括操控台模块11、甲板配电模块12和甲板主控模块13，其中：
所述操控台模块11与所述甲板主控模块13通信连接，用于进行信息显示及向甲板主控模块13发送控制指令；
所述甲板配电模块12用于为整个深海智能钻机中央控制系统提供电能；
所述甲板主控模块13包括水上交换机131，通过所述水上交换机131将所述甲板主控模块13和甲板配电模块12组建成工业以太网进行通讯；
所述水下部分包含水下辅助控制仓模块21、水下配电模块22和水下主控仓模块23，其中：
所述水下辅助控制仓模块21包括密闭且充有油的辅助控制仓体211、及设于所述辅助控制仓体211内的照明灯控制器212，所述照明灯控制器212用于通过接收来自操控台模块11的开关信号控制水下照明灯201的开关；
所述水下配电模块22通过所述光电复合缆30与所述甲板配电模块12连接，用于将来自甲板配电模块12的高压控制电转换成低压控制电后为水下控制设备提供电能；
所述水下主控仓模块23通过所述光电复合缆30与所述甲板主控模块13通信，所述水下主控仓模块23包括密闭且耐高压的主控仓体231、以及设于所述主控仓体231内的水下交换机232，通过所述水下交换机232将所述水下主控仓模块23、水下配电模块22及水下辅助控制仓模块21的照明灯控制器212组建成工业以太网进行通讯。
耐高压的主控仓体231是一个能受水下压力60mpa的密闭空腔。
在本实施例中，所述水下主控仓模块23还包括设于所述主控仓体231内的传感器数据采集卡233、控制主板234、水下视频光端机235、水下波分复用器236和水下控制信息光端机237；
所述水下控制信息光端机237同时与水下交换机232和水下波分复用器236通信连接，用于将水下交换机232传送过来的控制信号的电信号转换成包含控制信息的光信号后传送给水下波分复用器236；
所述水下视频光端机235与水下波分复用器236通信连接，用于将水下摄像机202传送过来的视频信号的电信号转换成包含视频信息的光信号后传送给水下波分复用器236；
所述水下波分复用器236用于将包含控制信息的光信号和包含视频信息的光信号进行复用合并后通过光电复合缆30传送给甲板主控模块13；
所述传感器数据采集卡233与所述控制主板234通信连接，用于采集安装于深海智能钻机上的传感器组203的数据，并将数据传送至控制主板234；
所述控制主板234与所述水下交换机232通信连接，用于按照控制要求对信息进行处理。控制主板234是深海智能钻机的水下部分的控制中心，主要任务是根据控制规则对传感器组203采集的信息和来自甲板操控台模块11的信号进行处理判别，以控制水下伺服电机204和液压阀。控制主板234通过水下交换机232与系统其它部分进行通讯。
在本实施例中，所述水下辅助控制仓模块21还包括设于辅助控制仓体211内的辅仓主板213、高速开关阀控制器214、比例阀控制器215及开关液压阀控制器216；
所述辅仓主板213与所述控制主板234通信连接，且所述辅仓主板213还同时与高速开关阀控制器214、比例阀控制器215及开关液压阀控制器216通讯连接，用于接收来自控制主板234的控制信号，并将控制信息传递给高速开关阀控制器214、比例阀控制器215及开关液压阀控制器216，以用于分别控制高速开关阀206、比例液压阀207和开关液压阀208。
辅助控制仓体211采用冲油式，为非耐高压密闭空腔，仓内冲油，通过皮囊进行压力补偿，仓内的所有pcb板都具有耐压能力。
在本实施例中，所述水下配电模块22包括水下降压变压器221、水下低压配电仓222、水下配电控制器223和伺服电机驱动器224；
所述水下降压变压器221通过光电复合缆30与甲板配电模块12连接，用于将光电复合缆30传送过来的高压控制电转换成低压控制电之后输送给水下低压配电仓222和伺服电机驱动器224；
所述水下配电控制器223同时与所述水下低压配电仓222和伺服电机驱动器224通信连接，用于对水下低压配电仓222和伺服电机驱动器224进行控制；所述水下配电控制器223通过与水下交换机232相连并入以太网；
所述水下低压配电仓222为水下控制设备提供电能。
在本实施例中，所述甲板主控模块13还包括工控计算机132、水上控制信号光端机133、水上波分复用器134，水上视频光端机135及录像机136，其中：
所述水上波分复用器134通过光电复合缆30与水下波分复用器236连接，并同时与水上控制信号光端机133和水上视频光端机135通信连接，用于将集合在一根光纤上的包含控制信息的光信号和包含视频信息的光信号分成两路分别送往水上控制信号光端机133和水上视频光端机135；
所述水上控制信号光端机133与所述水上交换机131通信连接，用于将包含控制信息的光信号转换成控制信号的电信号的通过水上交换机131传给工控计算机132；
所述水上视频光端机135与所述录像机136通信连接，用于把包含视频信息的光信号转成多路视频信息传送至录像机136并通过录像机136进行存储；
所述工控计算机132是整个甲板主控模块13的核心，其同时与所述水上交换机131和录像机136通信连接，用于通过水上交换机131接收信息并对信息进行流通管理分配，并用于将录像机136传送过来视频信息加上水深和gps信息后发送给操控台模块11进行显示。
在本实施例中，所述甲板配电模块12用于对整个深海智能钻机提供电能，包含动力电和控制用的控制电，动力电用于驱动深海智能钻机的电机205，控制电用于给整个深海智能钻机中央控制系统提供电源。所述甲板配电模块12包括科考船控供电中心121、水上配电控制器122、供电柜123、第一升压变压器124和第二升压变压器125，其中：
所述科考船控供电中心121与供电柜123连接，用于提供总电源并通过供电柜123供往各个部分；
所述供电柜123内配置有驱动电机用的变频器在内的多种电路保护装置和电参数传感器；
所述水上配电控制器122同时与供电柜123和水上交换机131通信连接，用于对供电柜123进行控制以及通过水上交换机131与甲板主控模块13通信；
所述第一升压变压器124与供电柜123连接，用于将供电柜123提供的船用电升压后通过光电复合缆30传至水下降压变压器221；例如，将将供电柜123提供的船用电升压至3000v左右之后通过光电复合缆30传至水下降压变压器221，并通过水下降压变压器221将电压降至220v，作为控制用电、水下伺服电机204用电和水下照明灯201用电。
所述第二升压变压器125与供电柜123连接，用于将供电柜123提供的船用电升压后通过光电复合缆30接入水下配电模块22后直接驱动深海智能钻机的电机205，例如将供电柜123提供的船用电升压至3000v左右后通过光电复合缆30接入水下配电模块22后直接驱动深海智能钻机的电机205。
在本实施例中，所述操控台模块11属于人机对话模块，包括液晶显示平台111、plc112(英文全称为programmablelogiccontroller，对应中文为可编程逻辑控制器)、手柄及操作按钮控制板113、以及触摸屏114，其中：
所述液晶显示平台111与工控计算机132连接，用于接收工控计算机132传送过来的视频信息以显示在深海底拍摄到的图像数据，以用于监控深海智能钻机各个部件的作业状态和深海智能钻机周围环境；
所述手柄及操作按钮控制板113与plc112连接，用于输入操作指令并发送给plc112；甲板操作员通过手柄及操作按钮控制板113输入操作指令可对深海智能钻机进行远程控制；
所述触摸屏114与plc112连接，用于显示系统信息和输入操作指令；触摸屏114与手柄及操作按钮控制板113有类似的功能，属于软按钮和软手柄，根据具体情况使用触摸屏114和手柄及操作按钮控制板113，一般深海智能钻机处于智能控制状态时使用时通常利用触摸屏114操作，在特殊情况需要人为手动控制时采用手柄及操作按钮控制板113控制。
所述plc112与工控计算机132连接，用于触摸屏114与工控计算机132之间的数据转化通讯、以及手柄及操作按钮控制板113与工控计算机132之间的数据转化通讯，以将触摸屏114或者手柄及操作按钮控制板113输入的指令转化传送到工控计算机132，然后传送的系统的各个部分，同时将工控计算机132在系统各个部分的信息传送至触摸屏114进行显示。
在本实施例中，水上部分的plc112和触摸屏114采用相应厂家提供的编程软件进行编程，工控计算机132采用windows分时操作系统，采用c#和c++对应用软件进行编程，完成信息数据的处理和传输，在工控计算机132内嵌入有全局系统故障诊断模块1321，通过神经网络算法，采用多传感器信息融合技术对来自各个模块的信息进行整合处理，对可能出现的故障和已发生的故障进行报警预判并显示在液晶显示平台111上。
水上配电控制器122、水下配电控制器223、照明灯控制器212均采用不带操作系统的嵌入式系统主板，通过c语言编程，并将程序写入各控制器。
水下的控制主板234采用vxworks实时操作系统，应用程序采用labview和c++联合编程，在控制主板234上构建模糊专家控制系统，控制主板234和辅仓主板213之间通过can总线通讯，这样在硬件和软件上保证了控制的实时性。
所述深海智能钻机中央控制系统中，各个模块内部采用rs232或can总线通讯，使各个模块之间相对独立易于扩展。
所述深海智能钻机中央控制系统中，各个部分采用模块化设计，各模块组建工业以太网通讯，使各个模块之间相对独立易于扩展，又使整个系统构成一个有机的整体，以满足深海智能钻机作业的需求。
甲板上的工控计算机132采用windows分时系统，水下的控制主板234采用vxworks实时操作系统，这既有利于对整个系统的故障诊断又保证钻机作业控制的实时性，满足深海钻机智能化作业的目的。
本发明并不局限于以上实施方式，在上述实施方式公开的技术内容下，还可以进行各种变化。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。