本系统面向深海钻探无隔水管泥浆回收作业场景，实现水下泵组在深水环境下的状态采集、远程控制与视频监控。系统以 LabVIEW 为上位机开发平台，搭配支持 Modbus RTU 协议的 PLC 作为下位机控制核心，通过光电复合脐带缆与光端机完成远距离信号传输，满足甲板操控室对水下泵组全工况实时监控需求，具备部署便捷、运行稳定、扩展灵活的工程应用优势。
硬件架构
整体组成
系统硬件划分为甲板监控单元、光电复合脐带缆、水下测控单元三部分，采用主从式通信架构，上位机为 Modbus 主站，PLC 为从站，光端机完成串口与光纤信号透传，保障水下至甲板远距离通信可靠。
单元功能
甲板监控单元由工控机、视频录像机、光端机、显示器及操控手柄构成，完成数据解析、界面显示、指令下发与视频存储。光电复合脐带缆同时承担供电与信号传输，适配深海长距离传输场景。水下测控单元集成 PLC、传感器、执行机构、水下摄像机与照明设备，完成参数采集与设备驱动，采用模块化设计便于维护与扩容。
电路与选型
系统选用双 PLC 扩展 IO 接口，主 PLC 承担 Modbus 通信与核心控制，扩展 PLC 通过 CAN 总线完成数据交互，满足开关量输出、模拟量采集、数字信号接入需求。PLC 内置 A/D 转换与大电流驱动电路，可直接驱动电动阀与照明设备，减少中间继电器。光端机支持网口、RS232、RS485 多接口转换，单模单芯光纤适配水下恶劣环境，保障信号传输稳定性。
软件设计
上位机开发
LabVIEW 凭借图形化编程特性，大幅降低上位机开发周期，程序以顺序执行与循环扫描为核心逻辑。系统启动后完成串口初始化，自动扫描可用端口，加载 Modbus 子 VI 完成通信配置，通过循环结构持续执行数据读写与界面刷新。
软件界面分为主界面、通信设置、设备架构三个页面，主界面划分为设备信息、舱体状态、泵组参数、设备控制四大功能区。设备信息区显示下位机版本与运行时长；舱体状态区实时展示温湿度、补偿器油量；泵组参数区呈现温度、深度、高度及球阀开度；控制区实现照明、摄像、云台、电机与阀门的远程操控，支持照明亮度连续调节。
LabVIEW 内置 Modbus 函数库可直接配置从站地址、功能码与寄存器，无需手动编写协议解析代码，通过数组与簇数据转换，完成采集数据的解析与可视化显示，人机交互界面直观，操作流程贴合现场工程师使用习惯。
下位机编程
下位机采用符合 IEC 61131-3 标准的编程软件，以模块化思路开发 PLC 程序。主程序顺序调用出厂配置、运行计时、温湿度采集、深度数据解析、调光控制、指令执行、数据备份七大子程序。扩展 PLC 负责高度计与油量采集，通过 CAN 总线与主 PLC 数据交互，完成阀门电磁阀换向控制。程序支持掉电数据保存，关键运行参数自动备份，保障系统断电重启后数据不丢失。
通信实现
系统采用标准 Modbus RTU 协议完成上下位机通信，物理层为 RS232 串口，经光端机转换为光纤信号实现远距离传输。上位机通过功能码完成线圈读写、寄存器读写，对应水下设备开关控制与模拟量数据采集。通信参数采用工业通用配置，校验位、数据位、停止位固定设置，降低现场调试复杂度。Modbus 协议开放性强、兼容性高，可直接对接各类支持该协议的工业设备，无需额外开发适配程序。
系统测试
通信测试
单独搭建上下位机通信环境，对 PLC 寄存器手动赋值，上位机可准确读取并显示数据，通信延迟低、无丢包现象，验证 Modbus RTU 通信链路稳定可靠。
联调测试
全硬件接入后，逐功能区测试数据采集与指令控制，深度、温度、球阀开度等参数实时刷新，照明、摄像、电机、阀门等设备响应及时，控制指令执行无延迟，视频画面清晰传输，满足水下泵组远程监控实际作业要求。
系统优势
LabVIEW 图形化编程模式，无需大量文本代码，程序逻辑直观可查，便于现场调试与功能修改。软件自带数据采集、协议解析、界面显示组件，集成度高，可快速搭建专用监控平台。Modbus RTU 协议工业成熟度高，配合 PLC 模块化硬件，系统整体抗干扰能力强，适配深海高湿、高压、强电磁干扰环境。系统预留通信接口与 IO 点位，后续可新增传感器、扩展控制回路，无需重构软硬件架构。
