技术领域
[0001] 本发明涉及水下埋缆设备技术领域，具体为一种水下后埋缆设备及其自动控制方法。
相关背景技术
[0002] 后埋缆是指海上风电、光伏或海洋通讯工程中，先将海底电缆、光缆按照路径放置于海床上，待后续时机合适再使用后埋缆设备将线缆埋入海底的操作。后埋缆施工过程中，主要涉及到的工作包括操作埋缆设备沿着线缆路由行驶，同时在水底挖出指定深度的沟壑并将原来放置于海床的线缆压入沟壑。
[0003] 目前后埋缆设备主要操作方式为远程操作，由于施工环境和任务较为复杂，设备状态和环境参数难以直观获得，施工时依赖于设备承载的多种传感器，通过操作人员观察设备数值变化以及有限的图像信息，手动调整设备行进速度和方向、控制挖沟和压缆工具的动作，操作准确性不高，在长时间施工过程中，容易出现操作人员疲劳，注意力不集中等情况，造成施工效率低、设备故障等意外情况。
具体实施方式
[0017] 下面结合实施例对本发明进行详细说明参照图1和图2，一种水下后埋缆设备，包括车体1、线缆夹持装置2、挖沟压缆工具
3。
[0018] 车体1的底部对称设置两组履带模组4，每组履带模组4上分别设置有液压马达压力传感器5和液压马达编码器6，每组履带模组4通过独立的液压马达驱动。
[0019] 线缆夹持装置2设置在车体1的前侧，线缆夹持装置2上设置有线缆偏转检测装置7和线缆计米器8。
[0020] 挖沟压缆工具3设置在车体1的后侧，挖沟压缆工具3通过带位移传感器的油缸9驱动，挖沟压缆工具3上设置有油缸压力传感器10。
[0021] 车体1上设置有惯性传感器11、定位信标12、摄像系统13、成像声呐14、寻缆仪15，定位信标12与定位系统16进行通信，定位系统16安装于水面上。
[0022] 车体1的前后两侧分别设置有高度计17。
[0023] 寻缆仪15通过支架18设置在车体1上。
[0024] 具体的，线缆夹持装置2可上下移动及分开合起，在埋缆准备阶段，通过线缆夹持装置2将线缆19从海床面拾起并保持在车体1中间，但不限制线缆19沿车体1前后方向的移动，其上安装的线缆偏转检测装置7和线缆计米器8的位置如图2所示。
[0025] 线缆偏转检测装置7为接触式的，其可以给出线缆19在线缆夹持装置2偏向左侧或右侧以及偏转程度的数据。
[0026] 线缆计米器8为接触式的，当线缆19沿车体前后方向移动时，可以给出相对移动的距离。
[0027] 挖沟压缆工具3，挖沟压缆工具3可以通过转动的动作伸入海床，用于实现挖沟及将线缆压入沟中，采用喷水或链锯式挖沟，其包括压缆装置和挖沟装置，压缆装置位于挖沟装置的后方，挖沟压缆工具下降车体向前移动时，实现同时挖沟压缆的功能。
[0028] 带位移传感器的油缸9，位移传感器用于测量挖沟压缆工具3相对车体1的位移，从而计算出挖沟压缆工具3的姿态得出下挖的深度。
[0029] 油缸压力传感器10用于测量挖沟压缆工具3的驱动油缸液压回路的压力，计算挖沟压缆工具3受到的海床以及线缆19的反作用力。
[0030] 两组履带模组4用于驱动车体1前进后退及转向，两组履带模组4由独立的液压马达控制，可通过差速实现车体转向。
[0031] 液压马达压力传感器5用于检测液压马达的驱动压力，从而判断履带模组4的负载大小。
[0032] 液压马达编码器6用于检测液压马达的转动速度，从而计算履带模组4的速度。
[0033] 惯性传感器11用于检测车体1的加速度和角速度，得到车体1姿态。
[0034] 定位信标12用于发出信号至定位系统16，以确定车体1与定位系统16的相对位置。
[0035] 摄像系统13设置有多个，摄像系统13用于当水体浑浊度较小时，获取车体1附近海床的图像。
[0036] 成像声呐14用于获取车体1附近海床上的地形特征，如突起、沟壑、线缆等。
[0037] 寻缆仪15使用电磁方式的寻缆系统，获取线缆19的延伸方向和相对车体1的位置。
[0038] 高度计17用于测量海床底部距离车体1某部分的距离。
[0039] 参照图3，一种水下后埋缆设备的自动控制方法，包括以下步骤：S1.挖沟压缆工具通过车体移动于待挖沟的海床上方。
[0040] S2.设定车体速度阈值和挖沟压缆工具的压力阈值。
[0041] S3.依据设定的车体速度阈值控制车体的行驶速度，使车体的行驶速度符合操作挖沟压缆工具的要求。
[0042] S4.依据车体的行驶速度和挖沟压缆工具的压力控制下放挖沟压缆工具，使其下降至海床以下的设定深度。
[0043] S5.挖沟压缆工具下降至设定深度后，依据车体的行驶速度和挖沟压缆工具的压力控制挖沟压缆工具的持续埋缆，当埋缆长度达到预定值时，结束持续埋缆操作，在进行持续埋缆过程中，根据线缆方向调整车体的行驶方向。
[0044] S6.抬起挖沟压缆工具，车体停止行驶，降低挖沟压缆工具的动力。
[0045] 参照图4，具体的，步骤S3中所述的依据设定的车体速度阈值控制车体的行驶操作，使车体的行驶速度符合操作挖沟压缆工具的要求的方法为：S31.获取车体的行驶速度，并判断车体是否打滑，若否，则进入步骤S32，若是，则进入步骤S33。
[0046] S32.判断是否要求降低车体的行驶速度或控制车体停止行驶，若是，则将降低车体的行驶速度或控制车体停止行驶，若否，则将车体的行驶速度设定至车体速度阈值。
[0047] S33.判断车体的行驶速度是否低于车体速度阈值的下限，若否，则将车体的行驶速度降至车体速度阈值的下限，若是，将车体的行驶速度降为零。
[0048] S34.等待时间t后，将车体的行驶速度恢复，并重新判断车体是否打滑，若是，则再次将车体的行驶速度降为零。
[0049] S35.重复步骤S34，车体的行驶速度降为零时，视为本次尝试不成功，并记录尝试次数。
[0050] S36.判断尝试次数是否超过预设尝试次数的上限，若是，则判定车体的行驶状态为异常状态。
[0051] 具体地，等待时间t为操作人员预先设定的等待时间，为10秒，预设尝试次数的上限为操作人员设定的尝试次数上限，为三次。
[0052] 判定车体打滑的依据至少包括以下三种：1）液压马达编码器计算出预期的车体移动模型与惯性传感器计算出的移动模型的对照结果异常。
[0053] 具体的，通过液压马达编码器的数值得出预期加速度，通过惯性传感器测量加速度。
[0054] 2）液压马达编码器计算车体的预期移动距离与线缆计米器提供的实际距离的对照结果异常。
[0055] 3）液压马达设定的流量与液压马达压力传感器的数值的对照结果异常。
[0056] 具体的，根据液压马达设定的流量得出预期负载，根据液压马达压力传感器检测的压力得出实际负载，将预期负载和实际负载进行对照。
[0057] 惯性传感器和高度计实时检测车体的姿态，车体的姿态发生异常变化。具体的，通过惯性传感器测量到车体姿态异常，通过高度计测量到车体高度变动异常。
[0058] 5）液压马达编码器计算的预期车体移动距离与定位系统计算的车体移动距离的对照结果异常。
[0059] 6）液压马达编码器计算的预期车体移动速度与成像声呐和摄像系统得到的特征图像移动速度之间的对照结果异常。
[0060] 若车体不打滑，通过采集液压马达编码器的值计算车体的行驶速度。
[0061] 若车体打滑，通过采集线缆计米器的值或采集定位系统的值计算车体的行驶速度。
[0062] 参照图5，步骤S4中所述的依据车体的行驶速度和挖沟压缆工具的压力控制下放挖沟压缆工具的方法包括：S41.获取挖沟压缆工具的压力，并判断挖沟压缆工具的压力是否超过压力阈值，若否，则根据车体的行驶速度设定挖沟压缆工具的下降速度，若是，则判断挖沟压缆工具的下降速度是否低于下放速度阈值，若否，则降低挖沟压缆工具的下降速度，若是，则控制挖沟压缆工具停止下放。
[0063] S42.判断挖沟压缆工具的停止下放时间是否超过允许时间t1，若否，则要求降低车体的行驶速度，若是，则判断挖沟压缆工具的停止下放时间是否超过允许时间t2，若否，抬起挖沟压缆工具并保持，若是，则降低挖沟压缆工具的动力，并判定为异常状态通知用户手动操作。
[0064] 参照图6，步骤S5中所述的依据车体的行驶速度和挖沟压缆工具的压力控制挖沟压缆工具的持续埋缆的方法包括：S51.获取挖沟压缆工具的压力，并判断挖沟压缆工具的压力是否超过压力阈值，若否，则根据需要下放挖沟压缆工具，若是，则判断车体的行驶速度是否低于车体速度阈值，若否，则要求降低车体的行驶速度，若是，则进入步骤S52。
[0065] S52.判断埋缆深度是否小于设定深度，若否，则抬起挖沟压缆工具，若是，则降低挖沟压缆工具的动力。
[0066] 步骤S5中所述的根据线缆方向调整车体的行驶方向的方法为：M51.通过线缆偏转检测装置获取线缆的偏转值。
[0067] M52.通过寻缆仪获取线缆相对于车体中心的位置。
[0068] M53.依据线缆的偏转值和线缆相对于车体中心的位置，判断线缆偏转是否过大，若否，则调整两组履带模组的速度，控制车体转向，使车体沿线缆方向行驶，若是，且偏转过大状态持续一定时间后，控制车体停止行驶并进入异常状态。
[0069] 具体的，在控制车体转向的过程中，使速度较快的一组履带模组的速度保持在车体速度阈值范围内。
[0070] M54.通过定位系统和定位信标的相对位置，得到车体的位置，并判断车体位置是否偏离允许阈值，若是，则给出报警信息。
[0071] 上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
