CN111516806B - 一种水下装备的布放回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下装备的布放回收系统及方法，涉及布放回收技术领域，该布放回收系统包括：绞车系统、起重系统和综合动力监控系统；绞车系统用于对脐带缆的释放和回收，脐带缆的一端经起重系统与水下装备连接，用于布放回收水下装备，综合动力监控系统与绞车系统和起重系统分别连接，用于将船电输入分配至绞车系统和起重系统，以及实时监测和控制绞车系统和起重系统的运行；上述布放回收系统采用全电控制，无复杂液压管路，具有结构简单、控制精度高、响应速度快和效率高的特点；而且可实现一键自动布放回收控制，降低操作复杂度；此外，通过限定起重系统的具体结构，能够实现脐带缆直接或非直接提升水下装备，适用范围广。

Description

一种水下装备的布放回收系统及方法

技术领域

本发明涉及水下装备的布放回收技术领域，尤其涉及一种水下装备的布放回收系统及方法。

背景技术

布放回收系统LAUNCH AND RECOVERY SYSTEM(简称“LARS”)，主要由起重与绞车及其动力和控制系统组成，以实现起重对海工缆控装备如遥控无人潜水器(ROV)、挖沟机等吊放至海中，并释放脐带缆跟随水下缆控装备下潜至海中，同时可以实现海底缆控装备的回收工作。

目前，诸如ROV、海底挖沟机等水下缆控装备是采用液压驱动的LARS进行布放回收，存在设备系统复杂，能耗效率低，维修不便，布放速度缓慢，智能化控制程度低以及实现主动波浪补偿效果差等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种水下装备的布放回收系统及方法，以解决现有液压驱动LARS存在的系统复杂，能耗效率低，维修不便，布放速度缓慢，智能化控制程度低以及实现主动波浪补偿效果差的问题。

基于上述目的，本发明第一方面提供了一种水下装备的布放回收系统，所述布放回收系统包括：绞车系统、起重系统和综合动力监控系统；

所述绞车系统用于对脐带缆的释放和回收，所述脐带缆的一端经起重系统与水下装备连接，用于布放回收水下装备，所述综合动力监控系统与所述绞车系统和所述起重系统分别连接，用于将船电输入分配至所述绞车系统和所述起重系统，以及实时监测和控制所述绞车系统和所述起重系统的运行；

所述起重系统包括起重机架、伸缩机构、伸缩电机、第一减速器、连接器、导轮、提升电机、第二减速器、对接机构、钢丝绳和锁紧器，所述起重机架一端固定在船舷上，另一端延伸至船舷外，所述伸缩机构固定在所述起重机架上，所述伸缩电机通过所述第一减速器与所述伸缩机构连接，用于驱动所述伸缩机构进行伸缩运动，所述导轮设置在所述伸缩机构的顶部随着所述伸缩机构的伸缩运动而移动并与所述脐带缆连接，所述连接器固定在所述脐带缆的端部，用于固定水下装备；所述对接机构设置在所述伸缩机构的底部并随着所述伸缩机构的伸缩运动而移动，所述对接机构上设置有钢丝绳绞车，所述提升电机通过第二减速器与所述钢丝绳绞车连接，用于驱动所述钢丝绳绞车的旋转，所述钢丝绳绞车通过所述钢丝绳与所述锁紧器连接，用于带动所述锁紧器的上下移动，所述锁紧器用于锁紧所述连接器。

可选地，所述起重系统还包括第一编码器、张力传感器和脐带缆长度检测器；

所述伸缩电机和所述提升电机上分别设置有所述第一编码器，所述第一编码器与所述综合动力监控系统连接，用于反馈所述伸缩电机和所述提升电机的转速和转向；

所述张力传感器和脐带缆长度检测器分别设置在所述导轮上，用于检测脐带缆的输出长度以及张力大小，所述张力传感器和脐带缆长度检测器分别与所述综合动力监控系统连接，用于将检测结果传输至所述综合动力监控系统。

可选地，所述绞车系统包括绞车机架、转筒、转筒电机、第三减速器、第二编码器、排缆系统、信号传输系统和液压制动系统；

所述转筒可旋转的固定在所述绞车机架上，所述转筒电机与所述第三减器机连接，所述第三减速器通过转盘与所述转筒连接，用于驱动所述转筒的旋转，所述第二编码器设置在所述转筒电机上，并与所述综合动力监控系统连接，用于反馈所述转筒电机的转速和转向；所述排缆系统设置在所述绞车机架上，所述脐带缆一端缠绕在所述转筒上，并且端部与所述信号传输系统连接，另一端通过所述排缆系统和所述导轮与所述连接器连接，所述液压制动系统与所述转筒连接，用于对所述转筒进行抱闸制动。

可选地，所述排缆系统包括排缆电机、第四减速器、第三编码器、传输轮、导杆、随缆器、左末端传感器、向左传感器、左停止传感器、向右传感器、右停止传感器和右末端传感器；

所述导杆固定在所述绞车机架上，所述随缆器可滑动的固定在所述导杆上，所述排缆电机与所述第四减速器连接，所述第四减速器与所述随缆器连接，用于带动所述随缆器在所述导杆上移动，所述第三编码器设置在所述排缆电机上，并与所述综合动力监控系统连接，用于反馈所述排缆电机的转速和转向，所述传输轮设置在所述导杆上，用于传输所述脐带缆，所述向左传感器、左停止传感器、向右传感器和右停止传感器分别设置在所述随缆器上，并分别与所述综合动力监控系统连接，所述左末端传感器和右末端传感器分别设置在所述导杆的两端，并分别与所述综合动力监控系统连接。

可选地，所述绞车系统还包括冷却系统，所述冷却系统包括温度传感器、电磁阀和水喷头；

所述温度传感器用于检测脐带缆温度，并将检测结果传输至所述综合动力监控系统，所述综合动力监控系统根据检测结果控制所述电磁阀的打开和关闭；

所述电磁阀用于控制水喷头的打开和关闭。

可选地，所述综合动力监控系统包括动力系统、控制系统、无线遥控器和紧急操控器；

所述动力系统用于将船电输入分配至所述绞车系统和所述起重系统；

所述控制系统包括控制器、本地操控器、人机监控模块、输入输出模块和无线收发模块；

所述本地操控器通过所述输入输出模块采集所述绞车系统和所述起重系统的实时状态数据，并将采集的实时状态数据传输至所述控制器，所述控制器对实时状态数据进行处理，再根据处理结果控制所述绞车系统和所述起重系统的运行，并向所述本地操控器发送所述绞车系统和所述起重系统的运行状态，所述本地操控器显示所述绞车系统和所述起重系统的运行状态；

所述人机监控模块用于通过以太网总线将操作命令和参数设置发送至所述控制器，所述控制器对接收的操作命令和参数设置进行处理，再通过以太网总线将处理结果发送至所述人机监控模块；

所述无线遥控器通过所述无线收发模块与所述控制器进行通信，用于实现远程操控；

所述紧急操控器用于直接控制所述绞车系统和所述起重系统的运行。

可选地，所述综合动力监控系统还包括姿态传感器；

所述姿态传感器用于测量水下装备在XYZ方向的运动速度以及绕各方向的偏离角，并将测量数据传输至所述控制器，所述控制器根据测量数据计算波浪补偿命令进行波浪补偿。

本发明第二方面还提供一种基于上述布放回收系统的水下装备的布放回收方法，所述布放回收方法包括水下装备的布放和回收；

其中，水下装备的布放包括：

启动所述绞车系统的随缆控制，将所述锁紧器锁紧所述连接器，并将水下装备固定在所述连接器上，然后将水下装备提升至所述对接机构位置；

启动所述绞车系统的恒张力控制，将提升的水下装备输送至舷外下放位置；

启动所述绞车系统的随缆控制，通过下放所述锁紧器将水下装备下放至水下预定位置，启动所述绞车系统的升降补偿控制，松开所述锁紧器，并通过启动所述绞车系统的手动控制以调节脐带缆的释放和回收，用于调节水下装备的升降，如停止所述绞车系统的手动控制，则启动所述绞车系统的升降补偿控制；

水下装备的回收包括：

启动所述绞车系统的手动控制，并采用脐带缆将水下装备在水中进行提升；

将所述锁紧器下放至水下装备位置并锁紧所述连接器，启动所述绞车系统的随缆控制，通过提升所述锁紧器将水下装备提升至所述对接机构位置；

启动所述绞车系统的恒张力控制，将水下装备输送至舷内起吊位置；

启动所述绞车系统的随缆控制，通过下放所述锁紧器将水下装备下放至甲板上，即完成水下装备的回收。

本发明第三方面还提供一种基于上述布放回收系统的水下装备的布放回收方法，所述布放回收方法包括水下装备的布放和回收；

其中，水下装备的布放包括：

启动所述绞车系统的手动控制，将水下装备固定在所述连接器上，通过脐带缆直接对水下装备进行提升，并将所述锁紧器锁紧所述连接器；

启动所述绞车系统的恒张力控制，将提升的水下装备输送至舷外下放位置；

启动所述绞车系统的手动控制，松开所述锁紧器，通过脐带缆将水下装备下放至水下预定位置，启动所述绞车系统的升降补偿控制，通过启动所述绞车系统的手动控制以调节脐带缆的释放和回收，用于调节水下装备的升降，如停止所述绞车系统的手动控制，则启动所述绞车系统的升降补偿控制；

水下装备的回收包括：

启动所述绞车系统的手动控制，通过脐带缆将水下装备提升至所述对接机构位置，并将所述锁紧器锁紧所述连接器；

启动所述绞车系统的恒张力控制，将水下装备输送至舷内起吊位置；

启动所述绞车系统的手动控制，松开所述锁紧器，通过下放脐带缆将水下装备下放至甲板上，即完成水下装备的回收。

本发明第四方面还提供一种基于上述布放回收系统的水下装备的一键自动布放回收方法，包括如下步骤：

当水下装备采用钢丝绳进行布放和回收时：

所述控制器获取所述锁紧器状态、所述钢丝绳的释放长度、所述伸缩机构的伸缩位置、脐带缆张力大小和脐带缆释放长度信息，并根据上述信息以及上述布放回收方法确定水下装备布放和回收的切换状态，所述控制器按照切换状态控制所述绞车系统和所述起重系统，实现水下装备的自动布放和回收；

当水下装备采用脐带缆进行布放和回收时：

所述控制器获取所述锁紧器状态、所述钢丝绳的释放长度、所述伸缩机构的伸缩位置、脐带缆张力大小和脐带缆释放长度信息，并根据上述信息以及上述布放回收方法确定水下装备布放和回收的切换状态，所述控制器按照切换状态控制所述绞车系统和所述起重系统，实现水下装备的自动布放和回收。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种水下装备的布放回收系统及方法至少包括如下有益效果：

本发明布放回收系统采用全电控制，无复杂液压管路，具有结构简单、控制精度高、响应速度快和效率高的特点；而且通过综合动力监控系统能够实时监测和控制绞车系统和起重系统，可实现一键自动布放回收控制，降低操作复杂度；此外，通过限定起重系统的具体结构，能够实现脐带缆直接或非直接提升水下装备，适用范围广。

本发明布放回收方法中绞车系统具有手动控制、随缆控制、恒张力控制和升降补偿控制四种控制方法，能够实现脐带缆直接和非直接提升，最大程度的保护脐带缆，实现安全稳定布放回收；随缆控制解决了脐带缆非直接提升水下装备时脐带缆保护问题，保证布放回收时，脐带缆张力不致于过大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种水下装备的布放回收系统的框架结构示意图；

图2为本发明实施例提供绞车系统和起重系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的排缆系统的结构示意图。

图中所示：

1-绞车系统，11-绞车机架，12-转筒，13-转筒电机，14-排缆系统，141-排缆电机，142-传输轮，143-导杆，144-随缆器，145-左末端传感器，146-向左传感器，147-左停止传感器，148-向右传感器，149-右停止传感器，150-右末端传感器，15-信号传输系统，16-液压制动系统，17-冷却系统；2-起重系统，21-起重机架，22-伸缩机构，23-伸缩电机，24-连接器，25-导轮，26-提升电机，27-对接机构，28-钢丝绳，29-锁紧器；3-综合动力监控系统，31-动力系统，32-控制系统，33-无线遥控器，34-紧急操控器，35-姿态传感器；4-脐带缆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

本发明中水下装备是指可以在水下作业的设备，例如，该设备可以为ROV、挖沟机、水下平台或采矿车。

针对现有布放回收系统存在的系统复杂，能耗效率低，维修不便，布放速度缓慢，智能化控制程度低以及实现主动波浪补偿效果差等问题，本发明提供了一种水下装备的布放回收系统，如图1所示，该布放回收系统包括：绞车系统1、起重系统2和综合动力监控系统3；

绞车系统1用于对脐带缆4的释放和回收，脐带缆4的一端经起重系统与水下装备(图中未示)连接，用于布放回收水下装备，综合动力监控系统3与绞车系统1和起重系统2分别连接，用于将船电输入分配至绞车系统1和起重系统2，以及实时监测和控制绞车系统1和起重系统2的运行；

上述布放回收系统采用全电控制，无复杂液压管路，具有结构简单、控制精度高、响应速度快和效率高的特点；而且通过综合动力监控系统3能够实时监测和控制绞车系统2和起重系统3，可实现一键自动布放回收控制，降低操作复杂度；

如图2所示，起重系统2包括起重机架21、伸缩机构22、伸缩电机23、第一减速器(图中未示)、连接器24、导轮25、提升电机26、第二减速器(图中未示)、对接机构27、钢丝绳28和锁紧器29，起重机架21一端固定在船舷上，另一端延伸至船舷外，伸缩机构22固定在起重机架21上，并能够沿着起重机架21进行伸缩运动，用于将水下装备在船舷内外的移动，伸缩电机23通过第一减速器与伸缩机构22连接，用于驱动伸缩机构22进行伸缩运动，导轮25设置在伸缩机构22的顶部随着伸缩机构22的伸缩运动而移动并与脐带缆4连接，连接器24固定在脐带缆4的端部，用于固定水下装备；对接机构27设置在伸缩机构22的底部随着伸缩机构22的伸缩运动而移动，对接机构27上设置有钢丝绳绞车(图中未示)，提升电机26通过第二减速器与钢丝绳绞车连接，用于驱动钢丝绳绞车的旋转，钢丝绳绞车通过钢丝绳28与锁紧器29连接，用于带动锁紧器29的上下移动，锁紧器29用于锁紧连接器24。

通过对上述起重系统具体结构的限定，当提升水下装备时，可以采用脐带缆4直接进行提升，也可以采用锁紧器29固定连接器24，再通过钢丝绳28带动锁紧器29提升水下装备，能够保障脐带缆4张力不至于过大，适用范围广。

本发明对伸缩机构22的具体结构不作严格限制，例如可以根据实际需要采用能够被电机驱动进行伸缩运动的本领域常规结构；具体地，在一实施例中，伸缩机构22包括滑板和齿轮，滑板可滑动的固定在起重机架21上，滑板的一侧设置有与齿轮啮合的齿，齿轮固定在第一减速器的输出轴上，用于通过齿轮旋转带动滑板在起重机架21上伸缩运动。

进一步地，起重系统2还包括第一编码器、张力传感器和脐带缆长度检测器；

伸缩电机23和提升电机26上分别设置有第一编码器，第一编码器与综合动力监控系统3连接，用于向综合动力监控系统3反馈伸缩电机23和提升电机26的转速和转向；

张力传感器和脐带缆长度检测器分别设置在导轮25上，用于检测脐带缆4的输出长度以及张力大小，张力传感器和脐带缆长度检测器分别与综合动力监控系统3连接，用于将检测结果传输至综合动力监控系统3。

通过上述第一编码器、张力传感器和脐带缆长度检测器的设置，能够实时监测起重系统2的运行状态，便于智能化控制。

在一实施方式中，如图2所示，绞车系统1包括绞车机架11、转筒12、转筒电机13、第三减速器(图中未示)、第二编码器(图中未示)、排缆系统14、信号传输系统15和液压制动系统16；

转筒12可旋转的固定在绞车机架11上，转筒电机13与第三减器机连接，第三减速器通过转盘与转筒12连接，用于驱动转筒12的旋转，第二编码器设置在转筒电机13上，并与综合动力监控系统2连接，用于反馈转筒电机13的转速和转向；排缆系统14设置在绞车机架11上，脐带缆4一端缠绕在转筒12上，并且端部与信号传输系统15连接，信号传输系统15用于传输和中转脐带缆4中的电力和光线信号，另一端通过排缆系统14和导轮25与连接器24连接，排缆系统14能够根据空间和脐带缆4出线方法，在转筒12各个方向上排布脐带缆4，液压制动系统16与转筒12连接，用于对转筒12进行抱闸制动。

本发明对液压制动系统16具体结构不作严格限制，例如，液压制动系统16包括驱动电机、液压泵、储能器、油箱、电磁阀和压力传感器；

其中，综合动力监控系统3通过电磁阀与驱动电机连接，用于控制驱动电机；压力传感器用于检测抱闸制动压力大小，并将检测结果反馈至综合动力监控系统3。

如图2、图3所示，排缆系统14包括排缆电机141、第四减速器(图中未示)、第三编码器(图中未示)、传输轮142、导杆143、随缆器144、左末端传感器145、向左传感器146、左停止传感器147、向右传感器148、右停止传感器149和右末端传感器150；

导杆143固定在绞车机架11上，随缆器144可滑动的固定在导杆143上，排缆电机141与第四减速器连接，第四减速器与随缆器144连接，用于带动随缆器144在导杆143上滑动，第三编码器设置在排缆电机141上，并与综合动力监控系统3连接，用于反馈排缆电机141的转速和转向，传输轮142设置在导杆143上，用于传输脐带缆4，向左传感器146、左停止传感器147、向右传感器148和右停止传感器149分别设置在随缆器144上，并分别与综合动力监控系统3连接，左末端传感器145和右末端传感器150分别设置在导杆143的两端，并分别与综合动力监控系统3连接。

脐带缆4在收放回收过程中，控制器控制变频器驱动排缆电机141的逻辑如下：

当脐带缆4触发向左传感器146，控制器通过输入输出模块测量到向左传感器146触发时，则对排缆电机141的驱动变频器发送速度和正转指令，驱动排缆电机141带动随缆器144左移；

当随缆器144向左运动太快，导致脐带缆4触发左停止传感器147，控制器通过输入输出模块测量到左停止传感器147触发时，则对排缆电机141的驱动变频器发送停止指令，排缆电机141则停止转动，随缆器144停止左移，直至脐带缆4再次触发向左传感器146时再向左移动；

当随缆器144运动到导杆143的末端时，触发了左末端传感器145，控制器通过输入输出模块测量到左末端传感器145触发时，则对排缆电机141的驱动变频器发送反转指令，排缆电机141带动随缆器144右移；

当脐带缆4触发向右传感器148，控制器通过输入输出模块测量到向右传感器148触发时，则对排缆电机的驱动变频器发送速度和反转指令，排缆电机141带动随缆器144右移；

当随缆器144向右运动太快，导致脐带缆4触发右停止传感器149，控制器通过输入输出模块测量到右停止传感器149触发时，则对排缆电机141的驱动变频器发送停止指令，排缆电机141则停止转动，则随缆器144停止右移；

当随缆器144运动到导杆143的右末端时，触发了右末端传感器150，控制器通过输入输出模块测量到右末端传感器150触发时，则对排缆电机141的驱动变频器发送正转指令，排缆电机141带动随缆器144左移。

在一实施方式中，绞车系统1还包括冷却系统17，冷却系统17包括温度传感器、电磁阀和水喷头；

温度传感器用于检测脐带缆4温度，并将检测结果传输至综合动力监控系统3，综合动力监控系统3根据检测结果控制电磁阀的打开和关闭；

电磁阀用于控制水喷头的打开和关闭，水喷头设置在脐带缆4的上方，用于喷水降温。当脐带缆4温度达到启动温度(启动温度可以在综合动力监控系统3中人为设置，例如启动温度为50℃)后，综合动力监控系统3开启电磁阀，将外部引入淡水按照氺淋环路向脐带缆4上喷水降温，当脐带缆4温度降低至一定温度(该温度可以在综合动力监控系统3人为设置，例如可以为30℃)，综合动力监控系统3关闭电磁阀，停止喷淋；

在一实施方式中，如图1所示，综合动力监控系统3包括动力系统31、控制系统32、无线遥控器33和紧急操控器34；

动力系统31用于将船电输入分配至绞车系统1和起重系统2，动力系统31将船电输入分配至绞车系统1中的转筒电机13、排缆电机141、驱动电机、冷却系统17、伸缩电机23和提升电机26中，并且转筒电机13、排缆电机141、伸缩电机23和提升电机26分别由变频器(图中未示)进行驱动；

控制系统32包括控制器、本地操控器、人机监控模块、输入输出模块和无线收发模块；

本地操控器通过输入输出模块采集绞车系统1和起重系统2的实时状态数据，并将采集的实时状态数据传输至控制器，控制器对实时状态数据进行处理，再根据处理结果通过控制变频器以控制转筒电机13、排缆电机141、伸缩电机23和提升电机26的运行，进而实现控制绞车系统1和起重系统2的运行，控制器并向本地操控器发送绞车系统1和起重系统2的运行状态，本地操控器能够显示绞车系统1和起重系统2的运行状态；

人机监控模块用于通过以太网总线将操作命令和参数设置发送至控制器，控制器对接收的操作命令和参数设置进行处理，再通过以太网总线将处理结果发送至人机监控模块进行显示；该人机监控模块具有参数设置、数据记录、显示和查询的功能；

无线遥控器33包括操作按钮、摇杆、显示控制单元和无线收发模块，通过无线遥控器33的无线收发模块与控制器的无线收发模块进行通信，用于实现远程操控；能够使得操作人员在甲板任意角度和位置实现对整个布放回收系统的控制；

紧急操控器34包括操作按钮和操作摇杆，用于直接控制绞车系统1和起重系统2的运行，具体是通过紧急操控器34直接将操作按钮和操作摇杆的信号分别发送至转筒电机13、排缆电机141、伸缩电机23和提升电机26的驱动变频器上，通过控制变频器实现对转筒电机13、排缆电机141、伸缩电机23和提升电机26的控制，达到控制绞车系统1和起重系统2的目的；通过紧急操控器的设置，能够在控制器出现故障时，通过紧急操控器34直接控制布放回收系统。

在一实施方式中，综合动力监控系统3还包括姿态传感器35；

姿态传感器35用于测量水下装备在XYZ方向的运动速度以及绕各方向的偏离角，并将测量数据传输至控制器，控制器根据测量数据计算波浪在升沉方向影响，从而计算补偿命令，达到波浪补偿的目的。

在一实施方式中，转筒电机13、排缆电机141、驱动电机、伸缩电机23和提升电机26中分别配制有加热器、每相绕组温度传感器和散热风扇；控制系统32还包括温度监控模块，温度监控模块分别与转筒电机13、排缆电机141、驱动电机、伸缩电机23和提升电机26中的每相绕组温度传感器连接，用于检测转筒电机13、排缆电机141、驱动电机、伸缩电机23和提升电机26内部温度，并将检测结果传输至控制器，控制器对检测结果进行处理，具体处理为：当监测到某电机温度低于相应加热器启动温度时，控制器通过输入输出模块将启动该电机的加热器，直到监测到的该电机温度大于加热器停止温度；当监测到某电机温度高于散热风扇启动温度时，启动相应的散热风扇，直到该电机温度低于散热风扇停止温度时停止散热风扇。

本发明实施例还提供一种基于布放回收系统的水下装备的布放回收方法，该布放回收方法为钢丝绳提升法，该钢丝绳提升法包括如下步骤：

对布放回收系统进行上电并通过自检，用于确认各个工作模块正常；

确定开始布放，启动绞车系统1的随缆控制，驱动起重系统2中的提升电机26释放钢丝绳28及锁紧器29，并将锁紧器29锁紧连接器24，同时将水下装备固定在连接器24上，通过回收钢丝绳28至对接机构27位置，带动锁紧器29和水下装备至对接机构27位置；

启动绞车系统1的恒张力控制，随缆控制自动关闭，驱动伸缩电机23带动伸缩机构22将提升的水下装备输送至舷外下放位置；

启动绞车系统1的随缆控制，恒张力控制自动关闭，释放锁紧器29至水下一定深度，同时将水下装备下放至水下预定位置，启动绞车系统1的升降补偿控制，随缆控制自动关闭，将锁紧器29松开连接器24，并通过回收钢丝绳28将锁紧器29提升至对接机构27位置，根据工作需求可以启动绞车系统1的手动控制以调节脐带缆4的释放和回收，用于调节水下装备的升降，如停止绞车系统1的手动控制，则启动绞车系统1的升降补偿控制；

水下装备的回收包括：

启动绞车系统1的手动控制，通过脐带缆4将水下装备在水中进行提升；

驱动提升电机26将锁紧器29下放至水下装备位置并锁紧连接器24，启动绞车系统1的随缆控制，关闭升降补偿控制，驱动提升电机26将锁紧器以及水下装备提升至对接机构27位置；

启动绞车系统1的恒张力控制，关闭随缆控制，驱动伸缩电机23带动伸缩机构22将提升的水下装备输送至舷内起吊位置；

启动绞车系统1的随缆控制，关闭恒张力控制，驱动提升电机26将锁紧器29以及水下装备下放至甲板上，即完成水下装备的回收。

进一步地，绞车系统1的恒张力控制方法如下：

当触发恒张力控制时，控制器通过输入模块采集张力传感器值，并与设定恒张力值比较，并根据第二编码器确定转筒电机13的转速和转向，同时根据传动比转换成转筒电机13的驱动变频器的速度指令，下发转筒电机的驱动变频器速度和转向指令，转筒电机13的驱动变频器根据此输入做闭环速控制，再经过第三减速器和转盘传动到转筒12上；带动转筒12按照张力要求计算的速度运行，继而带来脐带缆4上张力的变化，同时海况的变化也会导致脐带缆4上张力的变化，从而引起张力传感器的变化，控制器再次将实际张力值和设定值比较，当差值变大，需要加快减少转筒12回收速度或增大转筒12释放速度；如果差值变小，则减少转筒12释放速度或增大转筒12回收速度，经过计算得到新的速度和转向指令，进行闭环控制，保证脐带缆4实际张力值。

绞车系统1的手动控制方法如下：

控制器输入命令来自摇杆，根据摇杆的摆动的方向和幅度来确定速度的方向和大小，从而计算得到转筒的速度和转向指令，同时根据传动比转换成转筒电机13的驱动变频器的速度指令，将指令下发转筒电机13的驱动变频器进行闭环控制，继而驱动转筒电机13经第三减速器及转盘带动转筒12旋转，第二编码器将转速和转向反馈给控制器，控制器计算脐带缆长度，计算张力允许偏差，并与当前实际的张力传感器检测值比较，是否再允许范围，如果超出允许范围，控制器将减小回收速度或增加释放速度，如果未超出允许范围，则可以根据摇杆给定速度和方向驱动转筒。

绞车系统1的升降补偿控制方法如下：

升降补偿控制选定后，则控制器需要同时检测摇杆给定、张力传感器及姿态传感器；

控制器通过张力传感器获取脐带缆4的张力值，当转筒12转动和/或海况变化引起的脐带缆4张力不超过允许值，当检测到的张力值超过允许值时，则控制器产生释放脐带缆4的指令，转换成转筒电机13的驱动变频器速度指令，下发转筒电机13的驱动变频器闭环控制，驱动转筒电机13释放脐带缆4减少脐带缆4上张力，确保脐带缆4安全；

当在主动波浪补偿控制时，摇杆给定功能需要自动有效，所以检测摇杆给定，控制器按照绞车系统1的手动控制方法运行，重新设定脐带缆4长度，即相当于重新设置了波浪补偿的设定水深；

检测姿态传感器35，计算波浪对母船或平台在升沉方向的速度和行程值，如果脐带缆4张力在允许范围，摇杆也无动作，则控制器根据检测姿态传感器升沉方向速度和行程值，计算出转筒电机13的速度和方向指令，同时根据传动比转换成转筒电机13的驱动变频器的速度指令，将指令下发转筒电机13的驱动变频器进行闭环控制，继而驱动转筒电机13经减速器及转盘带动转筒12转动，第二编码器将转速和转向反馈给控制器，控制器计算脐带缆4长度，比较姿态传感器35根据海况变化计算的速度和行程是否在控制范围，从而再计算产生新的转筒12速度和方向指令，行程闭环控制，跟踪补偿波浪造成姿态传感器35升沉方向的变化，从而保证水下装备在当前水深不受波浪影响。

绞车系统1的随缆方法如下：

当随缆控制启动后，控制器下发速度和转向指令，驱动转筒释放脐带缆，直到脐带缆释放长度达到设定值；检测脐带缆张力值，确定在允许偏差范围内，后检测提升电机26驱动钢丝绳绞车的钢丝绳28释放长度，控制器根据此长度计算速度及转向指令，同时根据传动比转换成转筒电机13的驱动变频器的速度指令，将指令下发转筒电机13的驱动变频器进行闭环控制，继而驱动转筒电机13经减速器及转盘带动转筒转动，第二编码器将转筒电机13的转速和转向反馈给控制器，控制器计算脐带缆4长度，与钢丝绳28长度相比，确保两者在允许误差，否则，继续进行计算闭环调整转筒12释放或回收脐带缆4，始终保持脐带缆4在该控制模式下处于松弛状态。

本发明实施例还提供一种基于上述布放回收系统的水下装备的布放回收方法，该布放回收方法为脐带缆提升方法，具体包括：

对布放回收系统进行上电并通过自检，用于确认各个工作模块正常；

确定开始布放，启动绞车系统1的手动控制，将水下装备固定在连接器24上，通过转筒12带动脐带缆4直接对水下装备进行提升，并将锁紧器29锁紧连接器24；

启动绞车系统1的恒张力控制，手动控制关闭，驱动伸缩电机23带动伸缩机构22将提升的水下装备输送至舷外下放位置；

启动绞车系统1的手动控制，恒张力控制关闭，将锁紧器29松开连接器24，通过驱动转筒电机13带动转筒12旋转，进而将水下装备下放至水下预定位置，启动绞车系统的升降补偿控制，并通过启动绞车系统1的手动控制以调节脐带缆4的释放和回收，用于调节水下装备的升降，如停止绞车系统1的手动控制，则启动绞车系统1的升降补偿控制；

水下装备的回收包括：

启动绞车系统1的手动控制，通过驱动转筒电机13带动转筒12转动，进而带动脐带缆4将水下装备提升至对接机构27位置，并将锁紧器29锁紧连接器24；

启动绞车系统1的恒张力控制，手动控制关闭，驱动伸缩电机23带动伸缩机构22将提升的水下装备输送至舷内起吊位置；

启动绞车系统1的手动控制，恒张力控制关闭，将锁紧器29松开连接器24，通过驱动转筒电机13带动转筒12旋转以释放脐带缆4将水下装备下放至甲板上，即完成水下装备的回收。

本发明实施例还提供一种基于上述布放回收系统的水下装备的一键自动布放回收方法，包括如下步骤：

当水下装备采用钢丝绳28进行布放和回收时：

控制器获取锁紧器29状态、钢丝绳28的释放长度、伸缩机构22的伸缩位置、脐带缆4张力大小和脐带缆4释放长度信息，并根据上述信息以及上述实施例记载的钢丝绳提升方法确定水下装备布放和回收的切换状态，控制器按照切换状态控制绞车系统1和起重系统2，实现水下装备的自动布放和回收；

当水下装备采用脐带缆4进行布放和回收时：

控制器获取锁紧器29状态、钢丝绳28的释放长度、伸缩机构22的伸缩位置、脐带缆4张力大小和脐带缆4释放长度信息，并根据上述信息以及上述实施例记载的脐带缆提升方法确定水下装备布放和回收的切换状态，控制器按照切换状态控制绞车系统1和起重系统2，实现水下装备的自动布放和回收。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种水下装备的布放回收系统，其特征在于，包括：绞车系统、起重系统和综合动力监控系统；

所述绞车系统用于对脐带缆的释放和回收，所述脐带缆的一端经所述起重系统与水下装备连接，用于布放回收水下装备，所述综合动力监控系统与所述绞车系统和所述起重系统分别连接，用于将船电输入分配至所述绞车系统和所述起重系统，以及实时监测和控制所述绞车系统和所述起重系统的运行；

所述起重系统包括起重机架、伸缩机构、伸缩电机、第一减速器、连接器、导轮、提升电机、第二减速器、对接机构、钢丝绳和锁紧器，所述伸缩机构固定在所述起重机架上，所述伸缩电机通过所述第一减速器与所述伸缩机构连接，用于驱动所述伸缩机构进行伸缩运动，所述导轮设置在所述伸缩机构的顶部随着所述伸缩机构的伸缩运动而移动并与所述脐带缆连接，所述连接器固定在所述脐带缆的端部，用于固定水下装备；所述对接机构设置在所述伸缩机构的底部并随着所述伸缩机构的伸缩运动而移动，所述对接机构上设置有钢丝绳绞车，所述提升电机通过第二减速器与所述钢丝绳绞车连接，用于驱动所述钢丝绳绞车的旋转，所述钢丝绳绞车通过所述钢丝绳与所述锁紧器连接，用于带动所述锁紧器的上下移动，所述锁紧器用于锁紧所述连接器。

2.根据权利要求1所述的布放回收系统，其特征在于，所述起重系统还包括第一编码器、张力传感器和脐带缆长度检测器；

所述伸缩电机和所述提升电机上分别设置有所述第一编码器，所述第一编码器与所述综合动力监控系统连接，用于反馈所述伸缩电机和所述提升电机的转速和转向；

所述张力传感器和脐带缆长度检测器分别设置在所述导轮上，用于检测脐带缆的输出长度以及张力大小，所述张力传感器和脐带缆长度检测器分别与所述综合动力监控系统连接，用于将检测结果传输至所述综合动力监控系统。

3.根据权利要求1所述的布放回收系统，其特征在于，所述绞车系统包括绞车机架、转筒、转筒电机、第三减速器、第二编码器、排缆系统、信号传输系统和液压制动系统；

所述转筒可旋转的固定在所述绞车机架上，所述转筒电机与所述第三减器机连接，所述第三减速器通过转盘与所述转筒连接，用于驱动所述转筒的旋转，所述第二编码器设置在所述转筒电机上，并与所述综合动力监控系统连接，用于反馈所述转筒电机的转速和转向；所述排缆系统设置在所述绞车机架上，所述脐带缆一端缠绕在所述转筒上，并且端部与所述信号传输系统连接，另一端通过所述排缆系统和所述导轮与所述连接器连接，所述液压制动系统与所述转筒连接，用于对所述转筒进行抱闸制动。

4.根据权利要求3所述的布放回收系统，其特征在于，所述排缆系统包括排缆电机、第四减速器、第三编码器、传输轮、导杆、随缆器、左末端传感器、向左传感器、左停止传感器、向右传感器、右停止传感器和右末端传感器；

所述导杆固定在所述绞车机架上，所述随缆器可滑动的固定在所述导杆上，所述排缆电机与所述第四减速器连接，所述第四减速器与所述随缆器连接，用于带动所述随缆器在所述导杆上移动，所述第三编码器设置在所述排缆电机上，并与所述综合动力监控系统连接，用于反馈所述排缆电机的转速和转向，所述传输轮设置在所述导杆上，用于传输所述脐带缆，所述向左传感器、左停止传感器、向右传感器和右停止传感器分别设置在所述随缆器上，并分别与所述综合动力监控系统连接，所述左末端传感器和右末端传感器分别设置在所述导杆的两端，并分别与所述综合动力监控系统连接。

5.根据权利要求3所述的布放回收系统，其特征在于，所述绞车系统还包括冷却系统，所述冷却系统包括温度传感器、电磁阀和水喷头；

所述温度传感器用于检测脐带缆温度，并将检测结果传输至所述综合动力监控系统，所述综合动力监控系统根据检测结果控制所述电磁阀的打开和关闭；

所述电磁阀用于控制水喷头的打开和关闭。

6.根据权利要求1所述的布放回收系统，其特征在于，所述综合动力监控系统包括动力系统、控制系统、无线遥控器和紧急操控器；

所述动力系统用于将船电输入分配至所述绞车系统和所述起重系统；

所述控制系统包括控制器、本地操控器、人机监控模块、输入输出模块和无线收发模块；

所述本地操控器通过所述输入输出模块采集所述绞车系统和所述起重系统的实时状态数据，并将采集的实时状态数据传输至所述控制器，所述控制器对实时状态数据进行处理，再根据处理结果控制所述绞车系统和所述起重系统的运行，并向所述本地操控器发送所述绞车系统和所述起重系统的运行状态，所述本地操控器显示所述绞车系统和所述起重系统的运行状态；

所述人机监控模块用于通过以太网总线将操作命令和参数设置发送至所述控制器，所述控制器对接收的操作命令和参数设置进行处理，再通过以太网总线将处理结果发送至所述人机监控模块；

所述无线遥控器通过所述无线收发模块与所述控制器进行通信，用于实现远程操控；

所述紧急操控器用于直接控制所述绞车系统和所述起重系统的运行。

7.根据权利要求6所述的布放回收系统，其特征在于，所述综合动力监控系统还包括姿态传感器；

所述姿态传感器用于测量水下装备在XYZ方向的运动速度以及绕各方向的偏离角，并将测量数据传输至所述控制器，所述控制器根据测量数据计算波浪补偿命令进行波浪补偿。

8.一种基于权利要求1～7任一所述的布放回收系统的水下装备的布放回收方法，其特征在于，所述布放回收方法包括水下装备的布放和回收；

其中，水下装备的布放包括：

启动所述绞车系统的随缆控制，将所述锁紧器锁紧所述连接器，并将水下装备固定在所述连接器上，然后将水下装备提升至所述对接机构位置；

启动所述绞车系统的恒张力控制，将提升的水下装备输送至舷外下放位置；

启动所述绞车系统的随缆控制，通过下放所述锁紧器将水下装备下放至水下预定位置，启动所述绞车系统的升降补偿控制，松开所述锁紧器，并通过启动所述绞车系统的手动控制以调节脐带缆的释放和回收，用于调节水下装备的升降，如停止所述绞车系统的手动控制，则启动所述绞车系统的升降补偿控制；

水下装备的回收包括：

启动所述绞车系统的手动控制，并采用脐带缆将水下装备在水中进行提升；

将所述锁紧器下放至水下装备位置并锁紧所述连接器，启动所述绞车系统的随缆控制，通过提升所述锁紧器将水下装备提升至所述对接机构位置；

启动所述绞车系统的恒张力控制，将水下装备输送至舷内起吊位置；

启动所述绞车系统的随缆控制，通过下放所述锁紧器将水下装备下放至甲板上，即完成水下装备的回收；

其中，

所述综合动力监控系统包括控制器、摇杆、姿态传感器；

所述绞车系统包括转筒、转筒电机、第三减速器、转盘、第二编码器；

所述起重系统包括张力传感器；

所述随缆控制的方法如下：

当随缆控制启动后，控制器下发速度和转向指令，驱动转筒释放脐带缆，直到脐带缆释放长度达到设定值；检测脐带缆张力值，确定在允许偏差范围内，后检测提升电机驱动钢丝绳绞车的钢丝绳释放长度，控制器根据此长度计算速度及转向指令，同时根据传动比转换成转筒电机的驱动变频器的速度指令，将指令下发转筒电机的驱动变频器进行闭环控制，继而驱动转筒电机经第三减速器及转盘带动转筒转动，第二编码器将转筒电机的转速和转向反馈给控制器，控制器计算脐带缆长度，与钢丝绳长度相比，确保两者在允许误差，否则，继续进行计算闭环调整转筒释放或回收脐带缆，始终保持脐带缆在该控制模式下处于松弛状态；

所述手动控制的方法如下：

控制器输入命令来自摇杆，根据摇杆的摆动的方向和幅度来确定速度的方向和大小，从而计算得到转筒的速度和转向指令，同时根据传动比转换成转筒电机的驱动变频器的速度指令，将指令下发转筒电机的驱动变频器进行闭环控制，继而驱动转筒电机经第三减速器及转盘带动转筒旋转，第二编码器将转速和转向反馈给控制器，控制器计算脐带缆长度，计算张力允许偏差，并与当前实际的张力传感器检测值比较，如果超出允许范围，控制器将减小回收速度或增加释放速度，如果未超出允许范围，则可以根据摇杆给定速度和方向驱动转筒；

所述恒张力控制的方法如下：

当触发恒张力控制时，控制器通过输入模块采集张力传感器值，并与设定恒张力值比较，并根据第二编码器确定转筒电机的转速和转向，同时根据传动比转换成转筒电机的驱动变频器的速度指令，下发转筒电机的驱动变频器速度和转向指令，转筒电机的驱动变频器根据此输入做闭环速控制，再经过第三减速器和转盘传动到转筒上；带动转筒按照张力要求计算的速度运行，继而带来脐带缆上张力的变化，同时海况的变化也会导致脐带缆上张力的变化，从而引起张力传感器的变化，控制器再次将实际张力值和设定值比较，当差值变大，需要减少转筒回收速度或增大转筒释放速度；如果差值变小，则减少转筒释放速度或增大转筒回收速度，经过计算得到新的速度和转向指令，进行闭环控制，保证脐带缆实际张力值；

所述升降补偿控制的方法如下：

控制器通过张力传感器获取脐带缆的张力值，当检测到的张力值超过允许值时，则控制器产生释放脐带缆的指令，转换成转筒电机的驱动变频器速度指令，下发转筒电机的驱动变频器闭环控制，驱动转筒电机释放脐带缆减少脐带缆上张力；

检测摇杆给定，控制器按照所述手动控制方法运行，重新设定脐带缆长度；

检测姿态传感器，计算波浪对母船或平台在升沉方向的速度和行程值，如果脐带缆张力在允许范围，摇杆也无动作，则控制器根据检测姿态传感器升沉方向速度和行程值，计算出转筒电机的速度和方向指令，同时根据传动比转换成转筒电机的驱动变频器的速度指令，将指令下发转筒电机的驱动变频器进行闭环控制，继而驱动转筒电机经第三减速器及转盘带动转筒转动，第二编码器将转速和转向反馈给控制器，控制器计算脐带缆长度，比较姿态传感器根据海况变化计算的速度和行程是否在控制范围，从而再计算产生新的转筒速度和方向指令，行程闭环控制。

9.一种基于权利要求1～7任一所述的布放回收系统的水下装备的布放回收方法，其特征在于，所述布放回收方法包括水下装备的布放和回收；

其中，水下装备的布放包括：

启动所述绞车系统的手动控制，将水下装备固定在所述连接器上，通过脐带缆直接对水下装备进行提升，并将所述锁紧器锁紧所述连接器；

启动所述绞车系统的恒张力控制，将提升的水下装备输送至舷外下放位置；

启动所述绞车系统的手动控制，松开所述锁紧器，通过脐带缆将水下装备下放至水下预定位置，启动所述绞车系统的升降补偿控制，通过启动所述绞车系统的手动控制以调节脐带缆的释放和回收，用于调节水下装备的升降，如停止所述绞车系统的手动控制，则启动所述绞车系统的升降补偿控制；

水下装备的回收包括：

启动所述绞车系统的手动控制，通过脐带缆将水下装备提升至所述对接机构位置，并将所述锁紧器锁紧所述连接器；

启动所述绞车系统的恒张力控制，将水下装备输送至舷内起吊位置；

启动所述绞车系统的手动控制，松开所述锁紧器，通过下放脐带缆将水下装备下放至甲板上，即完成水下装备的回收；其中，

所述综合动力监控系统包括控制器、摇杆、姿态传感器；

所述绞车系统包括转筒、转筒电机、第三减速器、转盘、第二编码器；

所述起重系统包括张力传感器；

所述手动控制的方法如下：

控制器输入命令来自摇杆，根据摇杆的摆动的方向和幅度来确定速度的方向和大小，从而计算得到转筒的速度和转向指令，同时根据传动比转换成转筒电机的驱动变频器的速度指令，将指令下发转筒电机的驱动变频器进行闭环控制，继而驱动转筒电机经第三减速器及转盘带动转筒旋转，第二编码器将转速和转向反馈给控制器，控制器计算脐带缆长度，计算张力允许偏差，并与当前实际的张力传感器检测值比较，如果超出允许范围，控制器将减小回收速度或增加释放速度，如果未超出允许范围，则可以根据摇杆给定速度和方向驱动转筒；

所述恒张力控制的方法如下：

当触发恒张力控制时，控制器通过输入模块采集张力传感器值，并与设定恒张力值比较，并根据第二编码器确定转筒电机的转速和转向，同时根据传动比转换成转筒电机的驱动变频器的速度指令，下发转筒电机的驱动变频器速度和转向指令，转筒电机的驱动变频器根据此输入做闭环速控制，再经过第三减速器和转盘传动到转筒上；带动转筒按照张力要求计算的速度运行，继而带来脐带缆上张力的变化，同时海况的变化也会导致脐带缆上张力的变化，从而引起张力传感器的变化，控制器再次将实际张力值和设定值比较，当差值变大，需要减少转筒回收速度或增大转筒释放速度；如果差值变小，则减少转筒释放速度或增大转筒回收速度，经过计算得到新的速度和转向指令，进行闭环控制，保证脐带缆实际张力值；

所述升降补偿控制的方法如下：

控制器通过张力传感器获取脐带缆的张力值，当检测到的张力值超过允许值时，则控制器产生释放脐带缆的指令，转换成转筒电机的驱动变频器速度指令，下发转筒电机的驱动变频器闭环控制，驱动转筒电机释放脐带缆减少脐带缆上张力；

检测摇杆给定，控制器按照所述手动控制方法运行，重新设定脐带缆长度；

检测姿态传感器，计算波浪对母船或平台在升沉方向的速度和行程值，如果脐带缆张力在允许范围，摇杆也无动作，则控制器根据检测姿态传感器升沉方向速度和行程值，计算出转筒电机的速度和方向指令，同时根据传动比转换成转筒电机的驱动变频器的速度指令，将指令下发转筒电机的驱动变频器进行闭环控制，继而驱动转筒电机经第三减速器及转盘带动转筒转动，第二编码器将转速和转向反馈给控制器，控制器计算脐带缆长度，比较姿态传感器根据海况变化计算的速度和行程是否在控制范围，从而再计算产生新的转筒速度和方向指令，行程闭环控制。

10.根据权利要求8所述的布放回收方法，其特征在于，还包括如下步骤：

当水下装备采用钢丝绳进行布放和回收时：

所述控制器获取所述锁紧器状态、所述钢丝绳的释放长度、所述伸缩机构的伸缩位置、脐带缆张力大小和脐带缆释放长度信息，并根据上述信息以及所述的布放回收方法确定水下装备布放和回收的切换状态，所述控制器按照切换状态控制所述绞车系统和所述起重系统，实现水下装备的自动布放和回收。

11.根据权利要求9所述的布放回收方法，其特征在于，还包括如下步骤：当水下装备采用脐带缆进行布放和回收时：

所述控制器获取所述锁紧器状态、所述钢丝绳的释放长度、所述伸缩机构的伸缩位置、脐带缆张力大小和脐带缆释放长度信息，并根据上述信息以及所述的布放回收方法确定水下装备布放和回收的切换状态，所述控制器按照切换状态控制所述绞车系统和所述起重系统，实现水下装备的自动布放和回收。

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