CN111487906A - 水下数据采集控制器及水下接驳盒 - Google Patents

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季佳男
杨家洋
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Abstract

本发明公开一种水下数据采集控制器及水下接驳盒，包括连接供电端和水下传感器的传输线路；开关模块，用于控制传输线路接通或者断开；检测模块，用于检测传输线路上的电信号；功耗监测模块，连接检测模块和开关模块，用于根据检测模块采集的传输线路上的电信号判断出水下传感器是否出现功耗异常，以及当水下传感器出现功耗异常时控制开关模块以断开传输线路；故障监测模块，连接检测模块和开关模块，用于根据检测模块采集的传输线路上的电信号判断出水下传感器是否出现极端故障，以及当水下传感器出现极端故障时控制开关模块以断开传输线路。本发明数据采集控制器及水下接驳盒实现极端故障快速保护和功耗异常软保护的双重保护，缩短保护的响应时间。

Description

水下数据采集控制器及水下接驳盒
技术领域
本发明涉及水下检测技术领域，具体涉及一种水下数据采集控制器，以及使用该水下数据采集控制器搭建分布式控制系统的水下接驳盒。
背景技术
公告号为CN104615056B的中国专利公开一种海洋动力环境海底有缆在线观测系统，其采用现场CAN总线实现分布式监测管理，针对每个传感器分别设计CAN通信节点，任意设备的故障即使是CAN通信电路的故障，都不会影响其它节点的正常运行，但，整体系统受制于系统接口状态监测板，一旦接口状态监测板出现功能故障，则整体系统的状态监测功能失效，无法保证故障状态下的快速隔离保护。
另一方面，观测系统由一套状态监测控制器和若干组通过CAN连接的分布式数据采集器组成，状态监测控制器对所有数据采集器的输出状态进行监测和控制，其最大扩展数量受到状态监测控制器的接口数限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水下数据采集控制器，实现故障快速保护和功耗异常软保护的双重保护，缩短保护的响应时间，提高水下数据采集控制器的可靠性，保证采集数据的准确性。
本发明要解决的技术问题是提供一种水下接驳盒，实现真正意义上的分布式控制，可以根据需要灵活扩展接入数据采集器的数量而无需复杂的配置，同时，任意数据采集器的不同故障均不影响其他数据采集器的正常运行。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水下数据采集控制器，包括连接供电端和水下传感器的传输线路，其还包括，
开关模块，用于控制所述传输线路接通或者断开；
检测模块，用于检测所述传输线路上的电信号；
功耗监测模块，连接所述检测模块和开关模块，其用于根据所述检测模块采集的传输线路上的电信号判断出所述水下传感器是否出现功耗异常，以及当所述水下传感器出现功耗异常时控制所述开关模块以断开所述传输线路；
故障监测模块，连接所述检测模块和开关模块，其用于根据所述检测模块采集的传输线路上的电信号判断出所述水下传感器是否出现极端故障，以及当所述水下传感器出现极端故障时控制所述开关模块以断开所述传输线路。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括还包括逻辑门电路，所述逻辑门电路的输入端连接所述功耗监测模块和故障监测模块，由所述逻辑门电路的输出信号控制所述开关模块以接通或者断开所述传输线路。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述开关模块包括继电器。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述故障监测模块包括阈值比较器，所述阈值比较器用于比较出由所述检测模块采集的传输线路上的电信号是否超出所述水下传感器在极端故障下所述传输线路上的电信号。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述故障监测模块还包括故障锁存电路，所述故障锁存电路连接所述阈值比较器，其用于当所述检测模块采集的传输线路上的电信号超出所述水下传感器在极端故障下所述传输线路上的电信号时，调节所述阈值比较器的参考电压以锁存所述阈值比较器的输出信号。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述功耗监测模块包括MCU，所述MCU用于当所述水下传感器的极端故障解除时控制所述故障锁存电路以解除所述阈值比较器的锁存状态。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述极端故障包括过流故障和短路故障。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述功耗异常包括电流异常或/电压异常。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括其还包括电源模块，所述电源模块由冗余降压电源模组提供前级输入电压，再经过DC/DC转换成多种输出电源；其中，所述多种输出电源包括内部电源和外部电源，所述内部电源用于采集控制器各功能模块供电的电源转换，所述外部电源用于水下传感器供电的电源转换。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水下接驳盒，包括由多个所述的水下数据采集控制器并联组成的分布式控制系统。
本发明的有益效果：
本发明的水下数据采集控制器，实现极端故障快速保护和功耗异常软保护的双重保护，双重保护能够缩短保护响应时间，提高水下数据采集控制器的可靠性，保证采集数据的准确性。
本发明要解决的技术问题是提供一种水下接驳盒，实现真正意义上的分布式控制，可以根据需要灵活扩展接入数据采集器的数量而无需复杂的配置，同时，任意数据采集器的不同故障均不影响水下接驳盒内其他数据采集器的正常运行。
附图说明
图1是本发明优选实施例中水下数据采集控制器的结构框图；
图2是本发明优选实施例中故障监测模块的内部结构框图；
图3是本发明优选实施例中功耗监测模块的内部结构框图。
图中标号说明：
10-传输线路，20-水下传感器，30-开关模块，40-检测模块，50-功耗监测模块，51-MCU，60-故障监测模块，61-阈值比较器，62-故障锁存电路，70-内部电源，80-外部电源，90-逻辑门电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
本实施例公开一种水下数据采集控制器，参照图1所示，包括连接供电端和水下传感器20的传输线路10，供电端通过传输线路10传输电力至水下传感器20；其还包括开关模块30、检测模块40、功耗监测模块50和故障监测模块60。
上述开关模块30用于控制上述传输线路10接通或者断开，传输线路10接通时供电端的电力传递至水下传感器20，水下传感器20正常运行采集数据；传输线路10断开时水下传感器20断电。本发明优选技术方案中，上述开关模块30优选包括继电器。
上述检测模块40用于实时检测上述传输线路10上的电信号，包括电压和电流。
上述功耗监测模块50连接上述检测模块40和开关模块30，用于根据上述检测模块40采集的传输线路10上的电信号判断出上述水下传感器20是否出现功耗异常，以及当上述水下传感器20出现功耗异常时控制上述开关模块30以断开上述传输线路20。其中，上述功耗异常包括电流异常或/电压异常。
上述故障监测模块60连接上述检测模块40和开关模块30，用于根据上述检测模块40采集的传输线路10上的电信号判断出上述水下传感器20是否出现极端故障，以及当上述水下传感器20出现极端故障时控制上述开关模块30以断开上述传输线路10。其中，上述极端故障包括过流故障和短路故障。
具体的，参照图2所示，上述故障监测模块60包括阈值比较器61，上述阈值比较器61用于比较出由上述检测模块40采集的传输线路10上的电信号是否超出上述水下传感器20在极端故障下上述传输线路10上的电信号。其中，预先获取水下传感器20在极端故障下传输线路10上的电信号，将该电信号作为参考信号接入阈值比较器61，阈值比较器61比较出由检测模块40实时采集的传输线路10上的电信号和参考信号的大小。当由检测模块40实时采集的传输线路10上的电信号大于等于参考信号时，上述故障监测模块60判断出水下传感器20出现极端故障，并控制上述开关模块30以断开上述传输线路10，终止向水下传感器20传递电力。反之，当由检测模块40实时采集的传输线路10上的电信号小于参考信号时，上述故障监测模块40判断出水下传感器20运行正常，传输线路10正常接通传递电力至水下传感器20。当接入的开关模块30使用继电器时，当由检测模块40采集的传输线路上的电信号大于等于参考信号时，故障监测模块40输出信号控制继电器翻转以断开传输线路10。
参照图3所示，上述功耗监测模块包括MCU，上述检测模块40实时采集的传输线路10上的电信号接入MCU，MCU进行AD采样、解析，并根据吸入的功耗模式进行功耗异常判断。当由检测模块40实时采集的传输线路上的电信号大于等于水下传感器在当前功耗模式下的传输线路上的电信号时，MCU输出指令控制开关模块30以断开传输线路10。反之，当由检测模块40实时采集的传输线路上的电信号小于水下传感器在当前功耗模式下的传输线路上的电信号时，MCU输出指令控制开关模块30以接通传输线路10。
本发明的进一步改进中，水下数据采集控制器还包括逻辑门电路90，上述逻辑门电路90的输入端连接上述功耗监测模块50和故障监测模块60，由上述逻辑门电路90的输出信号控制上述开关模块30以接通或者断开上述传输线路10。具体的，本发明第一种技术方案中，上述逻辑门电路90采用逻辑与门电路，逻辑与门电路对功耗监测模块50和故障监测模块60的输出信号做与运算，设计逻辑与门电路的真值表为：
功耗监测模块输出 故障监测模块输出 逻辑门电路输出
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
其中，功耗监测模块输出“0”定义为：水下传感器出现功耗异常；
功耗监测模块输出“1”定义为：水下传感器没有出现功耗异常；
故障监测模块输出“0”定义为：水下传感器出现极端故障；
故障监测模块输出“1”定义为：水下传感器没有出现极端故障；
逻辑门电路输出“0”定义为：断开传输线路；
逻辑门电路输出“1”定义为：接通传输线路。
逻辑与门电路的设置使得，只有在水下传感器既没有出现极端故障又没有出现功耗异常时，供电端通过传输线路10正常传递动力至水下传感器。当水下传感器出现功耗异常或者极端故障时，立即切断水下传感器的电力保护水下数据采集控制器。
本发明第二种技术方案中，上述上述逻辑门电路90采用逻辑与非门电路，逻辑与非门电路对功耗监测模块50和故障监测模块60的输出信号做与非运算，设计逻辑与非门电路的真值表为：
功耗监测模块输出 故障监测模块输出 逻辑门电路输出
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
其中，功耗监测模块输出“0”定义为：水下传感器出现功耗异常；
功耗监测模块输出“1”定义为：水下传感器没有出现功耗异常；
故障监测模块输出“0”定义为：水下传感器出现极端故障；
故障监测模块输出“1”定义为：水下传感器没有出现极端故障；
逻辑门电路输出“1”定义为：断开传输线路；
逻辑门电路输出“0”定义为：接通传输线路。
进一步的，上述故障监测模块50为全硬件电路，采用全硬件电路控制开关模块30，相较于软件控制能够省去AD采样时间和分析时间，进而在水下传感器出现极端故障时缩短切断保护的响应时间。而当水下传感器的功耗出现异常，但还没有达到极端故障时，由MCU发出指令软控制开关模块30以断开传输线路10，实现软硬件配合的双重切断保护。
本发明的进一步改进中，上述故障监测模块60还包括故障锁存电路62，上述故障锁存电路62连接上述阈值比较器61，其用于当上述检测模块40采集的传输线路10上的电信号超出上述水下传感器20在极端故障下上述传输线路10上的电信号时，调节上述阈值比较器61的参考电压以锁存上述阈值比较器61的输出信号。故障锁存电路62的设置使得当判断出水下传感器出现极端故障时，故障监测模块60的输出被锁定，进而开关模块断开传输线路的状态被锁定；且通过逻辑门电路90使得水下传感器出现极端故障时，开关模块不受功耗监测模块50的控制，避免开关模块错误控制传输线路的状态。
进一步的，故障锁存电路62锁存阈值比较器61的输出信号后，上述MCU在水下传感器的极端故障解除后控制上述故障锁存电路62以解除上述阈值比较器61的锁存状态。
其它方面，参照图1所示，上述水下数据采集控制器还包括电源模块，上述电源模块由冗余降压电源模组提供前级输入电压，再经过DC/DC转换成多种输出电源。上述多种输出电源包括内部电源70和外部电源80，上述内部电源用于采集控制器各功能模块供电的电源转换，比如，实现DC24V/5V/3.3V的电压转换；上述外部电源用于水下传感器供电的电源转换，比如，转换输出12V/24V电压，输出功率可按后级水下传感器使用功率进行配置，比如，30～60W。上述水下传感器20通过上述传输线路10连接外部电源80。
本发明的水下数据采集控制器所采用的快速自动保护与状态监测软开关保护结合的方式，既可以在极端故障下快速切断输出实现保护，也可以在异常功耗情况下及时发现并切断电源输出，并及时预警设备状态故障，及时通知相关人员维护并处理故障，保证采集数据的准确性。
实施例二
本实施例公开一种水下接驳盒，该接驳盒包括由多个实施例一示出的水下数据采集控制器并联组成的分布式控制系统，多个水下数据采集控制器并联实现真正意义上的分布式控制。
本发明实施例公开的接驳盒包括实施例一公开的水下数据采集控制器，因此也具有本发明实施例公开的水下数据采集控制器所具有的有益效果，在此不再赘述。同时，由于本发明接驳盒的组成分布式控制系统的各个水下数据采集控制器各自独立的供电和通信，进而可以根据需要灵活扩展接驳盒内接入水下数据采集控制器的数量而无需复杂的配置。进一步的，由于各个水下数据采集控制器均各自具备极端故障快速保护和状态监测软保护性能，使得任意水下数据采集控制器的故障均不影响接驳盒内其他数据采集控制器的正常运行。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种水下数据采集控制器，包括连接供电端和水下传感器的传输线路，其特征在于：其还包括，
开关模块，用于控制所述传输线路接通或者断开；
检测模块，用于检测所述传输线路上的电信号；
功耗监测模块，连接所述检测模块和开关模块，其用于根据所述检测模块采集的传输线路上的电信号判断出所述水下传感器是否出现功耗异常，以及当所述水下传感器出现功耗异常时控制所述开关模块以断开所述传输线路；
故障监测模块，连接所述检测模块和开关模块，其用于根据所述检测模块采集的传输线路上的电信号判断出所述水下传感器是否出现极端故障，以及当所述水下传感器出现极端故障时控制所述开关模块以断开所述传输线路。
2.如权利要求1所述的水下数据采集控制器，其特征在于：还包括逻辑门电路，所述逻辑门电路的输入端连接所述功耗监测模块和故障监测模块，由所述逻辑门电路的输出信号控制所述开关模块以接通或者断开所述传输线路。
3.如权利要求1或2所述的水下数据采集控制器，其特征在于：所述开关模块包括继电器。
4.如权利要求1所述的水下数据采集控制器，其特征在于：所述故障监测模块包括阈值比较器，所述阈值比较器用于比较出由所述检测模块采集的传输线路上的电信号是否超出所述水下传感器在极端故障下所述传输线路上的电信号。
5.如权利要求4所述的水下数据采集控制器，其特征在于：所述故障监测模块还包括故障锁存电路，所述故障锁存电路连接所述阈值比较器，其用于当所述检测模块采集的传输线路上的电信号超出所述水下传感器在极端故障下所述传输线路上的电信号时，调节所述阈值比较器的参考电压以锁存所述阈值比较器的输出信号。
6.如权利要求5所述的水下数据采集控制器，其特征在于：所述功耗监测模块包括MCU，所述MCU用于当所述水下传感器的极端故障解除时控制所述故障锁存电路以解除所述阈值比较器的锁存状态。
7.如权利要求1、4-6任一项所述的水下数据采集控制器，其特征在于：所述极端故障包括过流故障和短路故障。
8.如权利要求1所述的水下数据采集控制器，其特征在于：所述功耗异常包括电流异常或/电压异常。
9.如权利要求1所述的水下数据采集控制器，其特征在于：其还包括电源模块，所述电源模块由冗余降压电源模组提供前级输入电压，再经过DC/DC转换成多种输出电源；其中，所述多种输出电源包括内部电源和外部电源，所述内部电源用于采集控制器各功能模块供电的电源转换，所述外部电源用于水下传感器供电的电源转换。
10.一种水下接驳盒，其特征在于：包括由多个如权利要求1～9任一项所述的水下数据采集控制器并联组成的分布式控制系统。
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