CN113110254A - 海洋平台油气信号处理与控制系统及其通讯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋平台油气信号处理与控制系统及其通讯装置。通讯装置包括：上位通讯模块、通讯信号增强模块和终端通讯模块。上位通讯模块设置于通讯装置靠近上位机的一端，与上位机连接；通讯信号增强模块与上位通讯模块连接，用于增强传输至通讯信号增强模块的信号；终端通讯模块设置于通讯装置靠近终端设备的一端，且连接于通讯信号增强模块与终端设备之间；其中，终端通讯模块包括集线子模块和交换子模块；集线子模块用于提供适配终端设备的对外接口；交换子模块用于终端通讯模块中的信号转换。本发明实施例可以实现海洋平台油气信号的长距离高速传输。

Description

海洋平台油气信号处理与控制系统及其通讯装置

技术领域

本发明实施例涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种海洋平台油气信号处理与控制系统及其通讯装置。

背景技术

随着社会的进步，世界各国对天然气和石油等能源的需求越来越大，石油和天然气的整个开采过程是在油、气田上建设完整的油气收集、分离、处理、计量和储存、输送的工艺技术。随着电子计算机和现代科学技术广泛用于油、气田开发，开发技术迅速发展。通常，油气开采信号处理与控制系统中的上位机和开采现场的终端设备之间的距离较远，给海洋平台油气信号处理与控制系统中的信号传输带来了挑战。现有技术中，海洋平台油气开采的信号处理与控制系统中的通讯装置难以同时保证信号传输的距离和速率需求。

发明内容

本发明实施例提供了一种海洋平台油气信号处理与控制系统及其通讯装置，以实现海洋平台油气信号的长距离高速传输。

第一方面，本发明实施例提供了一种海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置，包括：

上位通讯模块，所述上位通讯模块设置于所述通讯装置靠近上位机的一端，与上位机连接；所述上位通讯模块用于所述通讯装置与所述上位机之间的信号传输；

通讯信号增强模块，所述通讯信号增强模块与所述上位通讯模块连接，用于增强传输至所述通讯信号增强模块的信号；

终端通讯模块，所述终端通讯模块设置于所述通讯装置靠近终端设备的一端，且连接于所述通讯信号增强模块与所述终端设备之间；所述终端通讯模块用于所述通讯装置与所述终端设备之间的信号传输；

其中，所述终端通讯模块包括集线子模块和交换子模块；所述集线子模块用于提供适配所述终端设备的对外接口；所述交换子模块用于所述终端通讯模块中的信号转换。

可选地，所述通讯信号增强模块通过CAN总线与所述上位通讯模块连接；以及，所述通讯信号增强模块通过CAN总线与所述终端通讯模块连接。

可选地，所述通讯信号增强模块包括：

整流稳压单元，所述整流稳压单元包括输入端、第一输出端、第二输出端和第三输出端；所述整流稳压单元的输入端接入交流供电电压；所述整流稳压单元用于对所述交流供电电压进行整流变换；

第一收发单元，所述第一收发单元包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；所述第一收发单元的第一端与所述上位通讯模块连接，所述第一收发单元的第一电源端与所述整流稳压单元的第一输出端连接、所述第一收发单元的第二电源端与所述整流稳压单元的第二输出端或第三输出端连接；所述第一收发单元用于所述上位通讯模块与所述通讯信号增强模块之间的信号传输；

第一主控制器，所述第一主控制器包括电源端、第一端和第二端；所述第一主控制器的电源端与所述整流稳压单元的第三输出端连接，所述第一主控制器的第一端与所述第一收发单元的第二端连接；所述第一主控制器用于增强传输至所述第一主控制器的信号；

第二收发单元，所述第二收发单元包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；所述第二收发单元的第一端与所述第一主控制器的第二端连接，所述第二收发单元的第二端与所述终端通讯模块连接，所述第二收发单元的第一电源端与所述整流稳压单元的第一输出端连接，所述第二收发单元的第二电源端与所述整流稳压单元的第二输出端或第三输出端连接；所述第二收发单元用于所述通讯信号增强模块和所述终端通讯模块之间的信号传输。

可选地，所述整流稳压单元包括：

整流子单元，所述整流子单元包括输入端和输出端；所述整流子单元的输入端为所述整流稳压单元的输入端，所述整流子单元的输出端为所述整流稳压单元的第一输出端；

稳压子单元，所述稳压子单元包括输入端、第一输出端和第二输出端；所述稳压子单元的输入端与所述整流子单元的输出端连接，所述稳压子单元的第一输出端为所述整流稳压单元的第二输出端，所述稳压子单元的第二输出端为所述整流稳压单元的第三输出端。

可选地，所述集线子模块包括：第一接口单元和至少一个第二接口单元；

所述第一接口单元包括设备端和输入输出端口；其中，所述第一接口单元的设备端与所述海洋平台油气信号处理与控制系统中的远程控制设备连接；

所述第二接口单元包括设备端和输入输出端口，至少一个所述第二接口单元的设备端与至少一个所述海洋平台油气信号处理与控制系统中的信号变送设备对应连接；全部所述第二接口单元的输入输出端口与所述第一接口单元的输入输出端口通过线缆连接。

可选地，所述第一接口单元和所述第二接口单元为相同的接口单元，所述接口单元还包括：

接口芯片，所述接口芯片包括设备端、控制端和输入输出端；所述接口芯片的设备端为所述接口单元的设备端；

流向控制模块，所述流向控制模块与所述接口芯片的控制端连接，用于控制所述接口单元接收信号或发送信号；

短路保护模块，所述短路保护模块串联于所述接口芯片的输入输出端和所述线缆之间；

过压保护模块，连接于所述接口芯片的输入输出端和地之间。

可选地，所述交换子模块包括：

第一降压单元，所述第一降压单元包括输入端、第一输出端和第二输出端；所述第一降压单元的输入端接入供电电压；所述第一降压单元用于对所述供电电压进行降压处理；

第三收发单元，所述第三收发单元包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；所述第三收发单元的第一端与所述通讯信号增强模块连接，所述第三收发单元的第一电源端接入所述供电电压，所述第三收发单元的第二电源端与所述第一降压单元的第一输出端或第二输出端连接；所述第三收发单元用于所述通讯信号增强模块与所述终端通讯模块之间的信号传输；

第二主控制器，所述第二主控制器包括电源端、第一端和第二端；所述第二主控制器的电源端与所述第一降压单元的第一输出端连接，所述第二主控制器的第一端与所述第三收发单元的第二端连接；所述第二主控制器用于所述终端设备传输的信号和所述通讯信号增强模块传输的信号之间的转换；

第四收发单元，所述第四收发单元包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；所述第四收发单元的第一端与所述第二主控制器的第二端连接，所述第四收发单元的第二端与所述集线子模块连接，所述第四收发单元的第一电源端接入所述供电电压，所述第四收发单元的第二电源端与所述第一降压单元的第一输出端连接；所述第四收发单元用于所述集线子模块和所述交换子模块之间的信号传输。

可选地，所述上位通讯模块包括：

第二降压单元，所述第二降压单元包括输入端、第一输出端和第二输出端；所述第二降压单元的输入端接入供电电压；所述第二降压单元用于对所述供电电压进行降压处理；

第三主控制器，所述第三主控制器包括电源端、第一端和第二端；所述第三主控制器的电源端与所述第二降压单元的第一输出端连接，所述第三主控制器的第一端与所述上位机连接；所述第三主控制器用于所述上位机与所述上位通讯模块之间的信号传输，以及所述上位机传输的信号和所述通讯信号增强模块传输的信号之间的转换；

第五收发单元，所述第五收发单元包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；所述第五收发单元的第一端与所述第三主控制器的第二端连接，所述第五收发单元的第二端与所述通讯信号增强模块连接，所述第五收发单元的第一电源端接入所述供电电压，所述第五收发单元的第二电源端与所述第二降压单元的第一输出端或第二输出端连接；所述第五收发单元用于所述上位通讯模块与所述通讯信号增强模块之间的信号传输。

第二方面，本发明实施例还提供了一种海洋平台油气信号处理与控制系统，包括：上位机、终端设备和如本发明任意实施例所提供的通讯装置。

本发明实施例所提供的海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置中，设置有上位通讯模块和终端通讯模块；由于海洋平台油气信号处理与控制系统中的上位机与终端设备之间的距离较远，将上位通讯模块设置于上位机附近，并将终端通讯模块设置于终端设备附近，有利于通讯装置与上位机和终端设备之间快速准确地信号传输，防止通讯装置与其他设备间的信号因传输距离较长而产生损失，造成信号失真。同时，该通讯装置中还设置有通讯信号增强模块，相当于信号中继装置，可以增强上位通讯模块和终端通讯模块之间传递的信号。通讯信号增强模块的设置，减小了距离对整个通讯装置内部的信号传输速度和准确性的限制。以及，终端通讯模块中进行了详细的功能子模块划分，集线子模块可以提供与各种终端设备适配的对外接口，实现终端设备的组网；交换子模块可以进行信号格式等的转换，使终端通讯模块与终端设备间的信号传输不受信号格式的限制，增加了该通讯装置的通用性。因此，与现有技术相比，本发明实施例可以实现海洋平台油气信号的长距离高速传输。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种通讯信号增强模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种集线子模块的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种接口单元的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种交换子模块的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种上位通讯模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置，连接于海洋平台油气信号处理与控制系统中的上位机和终端设备之间，用于上位机和终端设备之间的信号传输。图1是本发明实施例提供的一种海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置的结构示意图。参见图1，该通讯装置10包括：上位通讯模块110、通讯信号增强模块120和终端通讯模块130。

上位通讯模块110设置于通讯装置10靠近上位机20的一端，与上位机20连接；上位通讯模块110用于通讯装置10与上位机20之间的信号传输。通讯信号增强模块120与上位通讯模块110连接，用于增强传输至通讯信号增强模块120的信号。终端通讯模块130设置于通讯装置10靠近终端设备30的一端，且连接于通讯信号增强模块120与终端设备30之间；终端通讯模块130用于通讯装置10与终端设备30之间的信号传输。其中，终端通讯模块130包括集线子模块132和交换子模块131；集线子模块132用于提供适配终端设备30的对外接口；交换子模块131用于终端通讯模块130中的信号转换。

可选地，上位机20可以是工控机或工作站等可以进行数据处理和发出操控命令的设备。终端设备30可以包括开采现场(海洋油气平台)中的作业设备(比如电磁阀、继电器或接触器等电气设备)、信号采集装置(比如电流传感器或电压传感器等传感设备)或用于分析上位机20的指令并向作业设备发出控制指令的信号处理装置等各种设备。其中，终端设备30可以设置在海洋油气平台上，上位机20可以设置在控制机房内；终端设备30和上位机20之间的距离较远；因此，该通讯装置10设置有上位通讯模块110和终端通讯模块130，分别实现与上位机20和终端设备30之间的信号传输。

示例性地，该通讯装置10可以实现上位机20与终端设备30之间的双向信号传输。通讯装置10既可以接收终端设备30采集的油气信号并传输给上位机20，使上位机20进行与作业设备的工作状态和健康状态等相关的各种信号的分析和处理，并产生控制指令；也可以接收上位机20发出的各种指令并传输给终端设备30，使终端设备30做出相应的反应。

示例性地，以上位机20向终端设备30传输指令为例，该通讯装置10的工作流程包括：上位通讯模块110接收来自上位机20的控制指令；通讯信号增强模块120对控制指令进行增强并继续向下传输；交换子模块131接收控制指令，并将控制指令转换为与该指令对应的终端设备30能够接收的信号格式相匹配的控制信号；控制信号通过集线子模块132向终端设备30传输。可选地，该海洋平台油气信号处理与控制系统中的各设备之间可以采用不同的信号传输协议进行信号传输；相应地，通讯装置10中的各模块中均可包括数据格式转换单元。

本发明实施例所提供的海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置10中，设置有上位通讯模块110和终端通讯模块130；由于海洋平台油气信号处理与控制系统中的上位机20与终端设备30之间的距离较远，将上位通讯模块110设置于上位机20附近，并将终端通讯模块130设置于终端设备30附近，有利于通讯装置10与上位机20和终端设备30之间快速准确地信号传输，防止通讯装置10与其他设备间的信号因传输距离较长而产生损失，造成信号失真。同时，该通讯装置10中还设置有通讯信号增强模块120，相当于信号中继装置，可以增强上位通讯模块110和终端通讯模块130之间传递的信号。通讯信号增强模块120的设置，减小了距离对整个通讯装置10内部的信号传输速度和准确性的限制。以及，终端通讯模块130中进行了详细的功能子模块划分，集线子模块132可以提供与各种终端设备30适配的对外接口，实现终端设备30的组网；交换子模块131可以进行信号格式等的转换，使终端通讯模块130与终端设备30间的信号传输不受信号格式的限制，增加了该通讯装置10的通用性。因此，本发明实施例可以实现海洋平台油气信号的长距离高速传输。

在上述各实施方式的基础上，可选地，通讯信号增强模块120可以通过CAN总线连接在上位通讯模块110和终端通讯模块130之间。由于CAN协议是一种最大传输数据速率1M/s，最大传输距离为10千米的数据传输协议，通讯装置10内部通过CAN总线连接，可以保证该通讯装置10的信号传输距离大于或等于10千米。

上述各实施方式示例性地给出了通讯装置10的模块结构，下面分别就各个模块可能的结构进行说明，但不作为对本发明的限定。

图2是本发明实施例提供的一种通讯信号增强模块的结构示意图。参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，通讯信号增强模块120包括：整流稳压单元410、第一收发单元420、第一主控制器430和第二收发单元440。

其中，整流稳压单元410包括输入端、第一输出端、第二输出端和第三输出端；整流稳压单元410的输入端接入交流供电电压AC；整流稳压单元410用于对交流供电电压AC进行整流变换。第一收发单元420包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；第一收发单元420的第一端与上位通讯模块110连接，第一电源端与整流稳压单元410的第一输出端连接、第二电源端与整流稳压单元410的第二输出端或第三输出端连接(此处示例性地给出了与整流稳压单元410的第二输出端连接的情况)；第一收发单元420用于上位通讯模块110与通讯信号增强模块120之间的信号传输。第一主控制器430包括电源端、第一端和第二端；第一主控制器430的电源端与整流稳压单元410的第三输出端连接，第一端与第一收发单元420的第二端连接；第一主控制器430用于增强传输至第一主控制器430的信号。第二收发单元440包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；第二收发单元440的第一端与第一主控制器430的第二端连接，第二端与终端通讯模块130连接，第一电源端与整流稳压单元410的第一输出端连接，第二电源端与整流稳压单元410的第二输出端或第三输出端连接(此处示例性地给出了与整流稳压单元410的第二输出端连接的情况)；第二收发单元440用于通讯信号增强模块120和终端通讯模块130之间的信号传输。

示例性地，交流供电电压AC可以由外接的交流220V电源提供；通过整流稳压单元410的转化后，可以输出不同大小的直流电压，以提供不同单元所需的电源。比如，含有隔离装置的功能单元的逻辑侧和隔离侧都需要供电，且通常逻辑侧需要的电压较小，隔离侧需要的电压较大；或者，不同的逻辑功能单元所需的逻辑电压也有差别。因此，整流稳压单元410的第一输出端可以输出DC 24V、第二输出端可以输出DC 5V、第三输出端可输出DC3.3V，以满足市面上大部分收发装置和控制器的供电需求。

示例性地，以信号从上位通讯模块110向终端通讯模块130的方向传输为例，通讯信号增强模块120的控制逻辑包括：

1、第一收发单元420将上位通信模块110输出的信号进行隔离和处理，形成隔离信号，并将隔离信号传输给第一主控制器430。

其中，第一收发单元420可以通过光电隔离装置进行信号隔离，以防止串扰，确保通讯信号增强模块120运行的安全与稳定。由于隔离装置的两端均需要供电，第一收发单元420包括两个电源端。示例性地，第一收发单元420可以是CAN收发模块，用于接收与发送CAN协议数据。第一收发单元420可采用ADM3052芯片；由于ADM3052芯片的逻辑侧为3.3V或5V单电源供电，第一收发单元420的第二电源端(逻辑侧电源端)与整流稳压单元410的第二输出端(5V)或第三输出端(3.3V)连接均可。

2、第一主控制器430将隔离信号进行增强处理。

可选地，第一主控制器430可以通过CAN总线与第一收发单元420和第二收发单元440连接，利用将一端接收到的CAN信号从另一端发送出去的方法进行两端通讯信号的桥接，从而实现通讯信号的增强功能。示例性地，第一主控制器430可采用STM32F373芯片。

3、第二收发单元440对第一主控制器430输出的增强信号进行隔离和处理后，向终端通讯模块130传输。

其中，第二收发单元440可以通过光电隔离装置进行信号隔离，以防止串扰。由于隔离装置的两端均需要供电，第二收发单元440包括两个电源端。示例性地，第二收发单元440可以是CAN收发模块，用于接收与发送CAN协议数据。第二收发单元440可采用ADM3052芯片，其电源端连接方式参考第一收发单元420即可。

继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，整流稳压单元410包括：整流子单元411和稳压子单元412。其中，整流子单元411包括输入端和输出端；整流子单元411的输入端为整流稳压单元410的输入端，输出端为整流稳压单元410的第一输出端。稳压子单元412包括输入端、第一输出端和第二输出端；稳压子单元412的输入端与整流子单元411的输出端连接，稳压子单元412的第一输出端为整流稳压单元410的第二输出端，稳压子单元412的第二输出端为整流稳压单元410的第三输出端。

示例性地，整流子单元411可以采用全桥整流技术，比如采用1N4405型二极管搭建整流桥。整流子单元411实现对交流供电电压AC的整流变换，输出较高的直流电压。稳压子单元412可以是低压差线性稳压器(比如LM2940)，对整流子单元的输出电压进行进一步降压和稳压处理，以供第一主控制器430用电和各收发单元的逻辑侧用电。可选地，整流稳压单元410还可以包括变压器，变压器连接在交流供电电压AC与整流子单元411之间，先对交流供电电压AC进行降压处理，再把降压后的交流电压传输给整流子单元411，以防止整流子单元411损坏，且便于整流子单元411的选型。

图3是本发明实施例提供的一种集线子模块的结构示意图；图4是本发明实施例提供的一种接口单元的结构示意图。参见图3和图4，在上述各实施方式的基础上，可选地，集线子模块132包括：第一接口单元70-1和至少一个第二接口单元70-2。第一接口单元70-1包括设备端和输入输出端口；其中，第一接口单元70-1的设备端与海洋平台油气信号处理与控制系统中的远程控制设备31连接；第二接口单元70-2包括设备端和输入输出端口，至少一个第二接口单元70-2的设备端与至少一个海洋平台油气信号处理与控制系统中的信号变送设备32对应连接；全部第二接口单元70-2的输入输出端口与第一接口单元70-1的输入输出端口通过线缆连接。

其中，远程控制设备31和信号变送设备32均属于海洋平台油气信号处理与控制系统中的终端设备30。示例性地，远程控制设备31用于根据上位机20发出的输出指令驱动作业设备改变作业状态；信号变送设备32用于根据上位机20的信号查询指令采集与作业设备的工作状态和健康状态等相关的状态信息，并将状态信息向通讯装置10传输。

需要说明的是，第一接口单元70-1和第二接口单元70-2为相同的接口单元70，各个接口单元70不做区分，此处为了便于说明接口单元70与不同设备的连接方式，将与远程控制设备31连接的接口单元70记做第一接口单元70-1，并将与信号变送设备32连接的接口单元70记做第二接口单元70-2。实际上可以选取任意一个接口单元70作为第一接口单元70-1或第二接口单元70-2。所有接口单元70均可根据设备需求进行信号输入或信号输出。

本实施例中，设置有多个接口单元70与多种终端设备30对应连接，实现了各个终端设备的组网，可以将所有终端设备30的信号都汇总到交换子模块131进行处理。可选地，接口单元70的数量可以大于终端设备30的数量；多出的接口单元70可以作为备用设备，以便在某些接口单元70出现故障时及时进行更换，提高系统的稳定性和灵活性。

继续参见图3和图4，在上述各实施方式的基础上，可选地，接口单元70的输入输出端口包括：接收器第一输入端AA(在第一接口单元70-1中表示为AA1，在第二接口单元70-2中表示为AA2)、接收器第二输入端BB(在第一接口单元70-1中表示为BB1，在第二接口单元70-2中表示为BB2)、驱动器第一输出端YY(在第一接口单元70-1中表示为YY1，在第二接口单元70-2中表示为YY2)和驱动器第二输出端ZZ(在第一接口单元70-1中表示为ZZ1，在第二接口单元70-2中表示为ZZ2)；接口单元70的设备端包括接收器输出端RD(在第一接口单元70-1中表示为RD1，在第二接口单元70-2中表示为RD2)和驱动器输入端TD(在第一接口单元70-1中表示为TD1，在第二接口单元70-2中表示为TD2)。

可选地，多个接口单元70可以连接为一主多从的形式；其中，任意一个接口单元70都可以作为主机。示例性地，可以以发送信号的接口单元70作为主机，接收信号的接口单元70作为从机。可选地，多个接口单元70之间可以以半双工或全双工的方式连接；优选为全双工，使得信号接收和发送可以同时进行，提高信号传输速率。

下面，结合图3，以第一接口单元70-1作为主机，第二接口单元70-2作为从机，采用全双工的连接方式为例，对多个接口单元70之间的连接方式进行说明：第一接口单元70-1的接收器第一输入端AA1与所有第二接口单元70-2的驱动器第一输出端YY2通过第一线缆L1连接；第一接口单元70-1的接收器第二输入端BB1与所有第二接口单元70-2的驱动器第二输出端ZZ2通过第二线缆L2连接；第一接口单元70-1的驱动器第一输出端YY1与所有第二接口单元70-2的接收器第一输入端AA2通过第三线缆L3连接；第一接口单元70-1的驱动器第二输出端ZZ1与所有第二接口单元70-2的接收器第二输入端BB2通过第四线缆L4连接。示例性地，第一线缆L1和第二线缆L2可以构成一对双绞线；第三线缆L3和第四线缆L4可以构成一对双绞线。

下面结合图4，对接口单元70可能具有的结构进行详细说明，但不作为对本发明的限定。

参见图4，在一种实施方式中，可选地，接口单元70包括：接口芯片710、流向控制模块720、过压保护模块730和短路保护模块740。接口芯片710包括设备端、控制端和输入输出端；接口芯片710的设备端为接口单元70的设备端；流向控制模块720与接口芯片710的控制端连接，用于控制接口单元70接收信号或发送信号；过压保护模块730连接于接口芯片710的输入输出端和地之间；短路保护模块740串联于接口芯片710的输入输出端和线缆之间。

示例性地，接口芯片710可以是RS485芯片(比如型号为ADM2687E)。接口芯片710的设备端可以包括接收器输出端RxD和驱动器输入端TxD；接口芯片710的输入输出端可以包括接收器第一输入端A、接收器第二输入端B、驱动器第一输出端Y和驱动器第二输出端Z；接口芯片710的控制端可以包括驱动器控制端DE和接收器控制端

其中，当接收器控制端

的控制信号有效时，接收器第一输入端A和接收器第二输入端B接入差分输入信号，并由收器输出端RxD输出；当驱动器控制端DE的控制信号有效时，驱动器输入端TxD接入信号，并由驱动器第一输出端Y和驱动器第二输出端Z输出差分输出信号。

可选地，流向控制模块720可以由常用的控制芯片或反相器(例如74HC04芯片)构成。过压保护模块730可以由多个瞬态电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)(例如型号为P6KE10A)构成；示例性地，第一瞬态电压抑制二极管D1连接在接口芯片710的接收器第一输入端A和地之间；第二瞬态电压抑制二极管D2连接在接口芯片710的接收器第二输入端B和地之间；第三瞬态电压抑制二极管D3连接在接口芯片710的驱动器第一输出端Y和地之间；第四瞬态电压抑制二极管D4连接在接口芯片710的驱动器第二输出端Z和地之间。可选地，过压保护模块730还可以包括第五瞬态电压抑制二极管，连接在接口芯片710的接收器第一输入端A和接收器第二输入端B之间；和第六瞬态电压抑制二极管，连接在接口芯片710的驱动器第一输出端Y和驱动器第二输出端Z之间，以确保过压保护的效果。短路保护模块740可以包括多个热恢复保险丝(例如型号为nSMD010)，其中，第一热恢复保险丝RT1串接在接口芯片710的接收器第一输入端A与线缆之间；第二热恢复保险丝RT2串接在接口芯片710的接收器第二输入端B与线缆之间；第三热恢复保险丝RT3串接在接口芯片710的驱动器第一输出端Y与线缆之间；第四热恢复保险丝RT4串接在接口芯片710的驱动器第二输出端Z与线缆之间。

综上，本发明实施例所提供的接口单元70具备硬件自动流向控制、短路保护与过压保护，可以保证接口单元70的可靠性。

图5是本发明实施例提供的一种交换子模块的结构示意图。参见图5，在上述各实施方式的基础上，可选地，交换子模块131包括：第一降压单元510、第三收发单元520、第二主控制器530和第四收发单元540。

其中，第一降压单元510(例如可以是低压差线性稳压器，使用设备可以是LM2940)包括输入端、第一输出端和第二输出端；第一降压单元510的输入端接入供电电压DC(可以是直流24V)；第一降压单元510用于对供电电压DC进行降压处理(例如将直流24V降为直流5V和直流3.3V)。第三收发单元520包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；第三收发单元520的第一端与通讯信号增强模块120连接，第一电源端接入供电电压DC，第二电源端与第一降压单元510的第一输出端或第二输出端连接；第三收发单元520用于通讯信号增强模块120与终端通讯模块130之间的信号传输。第二主控制器530包括电源端、第一端和第二端；第二主控制器530的电源端与第一降压单元510的第一输出端连接，第一端与第三收发单元520的第二端连接；第二主控制器530用于终端设备30传输的信号和通讯信号增强模块120传输的信号之间的转换。第四收发单元540包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；第四收发单元540的第一端与第二主控制器530的第二端连接，第二端与集线子模块132连接，第一电源端接入供电电压DC，第二电源端与第一降压单元510的第一输出端连接；第四收发单元540用于集线子模块132和交换子模块131之间的信号传输。

交换子模块131的控制逻辑与通讯信号增强模块120的控制逻辑类似，此处不再赘述。不同之处在于，在交换子模块131中，第三收发单元520和第四收发单元540的类型不同，第三收发单元520为CAN收发设备(比如ADM3052)，用于接受与发送CAN协议数据；第四收发单元540为RS485收发设备(比如ADM2687)，用于将全双工RS485协议信号转化成通用异步收发信号；第二主控制器530(比如使用STM32F373芯片)并不用作增强信号，而是用于将通过全双工RS485获得的数据进行整理与编码后转化成CAN协议数据；另外，第二主控制器530中还设有拨码开关，用于设置交换子模块131的主栈地址。

图6是本发明实施例提供的一种上位通讯模块的结构示意图。参见图6，在上述各实施方式的基础上，可选地，上位通讯模块110包括：第二降压单元610、第三主控制器620和第五收发单元630。

其中，第二降压单元610包括输入端、第一输出端和第二输出端；第二降压单元610的输入端接入供电电压DC；第二降压单元610用于对供电电压DC进行降压处理。第三主控制器620包括电源端、第一端和第二端；第三主控制器620的电源端与第二降压单元610的第一输出端连接，第一端与上位机20连接；第三主控制器620用于上位机20与上位通讯模块110之间的信号传输，以及上位机20传输的信号和通讯信号增强模块120传输的信号之间的转换。第五收发单元630包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；第五收发单元630的第一端与第三主控制器620的第二端连接，第二端与通讯信号增强模块120连接，第一电源端接入供电电压DC，第二电源端与第二降压单元610的第一输出端或第二输出端连接；第五收发单元630用于上位通讯模块110与通讯信号增强模块120之间的信号传输。

可选地，上位通讯模块110与上位机20之间可以通过以太网现场总线(EtherCAT)连接。

示例性地，以上位机20向通讯信号增强模块方向传输数据为例，上位通讯模块110的控制逻辑包括：

1、第三主控制器620接收上位机的控制信号，并将以太网通讯信号转换为通用异步收发信号。示例性地，第三主控制器620可以使用STM32F373芯片或STM32F407芯片。

2、第五收发单元630接收第三主控制器620传输的信号，将通用异步收发信号转换为CAN信号，并向通讯信号增强模块120传输。示例性地，第五收发单元630可以采用ADM3052。

综上，上位通讯模块110可以将以太网通讯信号与CAN通讯信号进行相互转换，实现不同通讯协议的转换，便于上位机20接入系统。

本发明实施例还提供了一种海洋平台油气信号处理与控制系统，包括：上位机、终端设备和如本发明任意实施例所提供的通讯装置，具有相应的有益效果。其中，通讯装置连接在上位机和终端设备之间。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置，其特征在于，包括：

上位通讯模块，所述上位通讯模块设置于所述通讯装置靠近上位机的一端，与上位机连接；所述上位通讯模块用于所述通讯装置与所述上位机之间的信号传输；

通讯信号增强模块，所述通讯信号增强模块与所述上位通讯模块连接，用于增强传输至所述通讯信号增强模块的信号；

终端通讯模块，所述终端通讯模块设置于所述通讯装置靠近终端设备的一端，且连接于所述通讯信号增强模块与所述终端设备之间；所述终端通讯模块用于所述通讯装置与所述终端设备之间的信号传输；

其中，所述终端通讯模块包括集线子模块和交换子模块；所述集线子模块用于提供适配所述终端设备的对外接口；所述交换子模块用于所述终端通讯模块中的信号转换。

2.根据权利要求1所述的海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置，其特征在于，所述通讯信号增强模块通过CAN总线与所述上位通讯模块连接；以及，所述通讯信号增强模块通过CAN总线与所述终端通讯模块连接。

3.根据权利要求1所述的海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置，其特征在于，所述通讯信号增强模块包括：

整流稳压单元，所述整流稳压单元包括输入端、第一输出端、第二输出端和第三输出端；所述整流稳压单元的输入端接入交流供电电压；所述整流稳压单元用于对所述交流供电电压进行整流变换；

第一收发单元，所述第一收发单元包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；所述第一收发单元的第一端与所述上位通讯模块连接，所述第一收发单元的第一电源端与所述整流稳压单元的第一输出端连接、所述第一收发单元的第二电源端与所述整流稳压单元的第二输出端或第三输出端连接；所述第一收发单元用于所述上位通讯模块与所述通讯信号增强模块之间的信号传输；

第一主控制器，所述第一主控制器包括电源端、第一端和第二端；所述第一主控制器的电源端与所述整流稳压单元的第三输出端连接，所述第一主控制器的第一端与所述第一收发单元的第二端连接；所述第一主控制器用于增强传输至所述第一主控制器的信号；

第二收发单元，所述第二收发单元包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；所述第二收发单元的第一端与所述第一主控制器的第二端连接，所述第二收发单元的第二端与所述终端通讯模块连接，所述第二收发单元的第一电源端与所述整流稳压单元的第一输出端连接，所述第二收发单元的第二电源端与所述整流稳压单元的第二输出端或第三输出端连接；所述第二收发单元用于所述通讯信号增强模块和所述终端通讯模块之间的信号传输。

4.根据权利要求3所述的海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置，其特征在于，所述整流稳压单元包括：

整流子单元，所述整流子单元包括输入端和输出端；所述整流子单元的输入端为所述整流稳压单元的输入端，所述整流子单元的输出端为所述整流稳压单元的第一输出端；

稳压子单元，所述稳压子单元包括输入端、第一输出端和第二输出端；所述稳压子单元的输入端与所述整流子单元的输出端连接，所述稳压子单元的第一输出端为所述整流稳压单元的第二输出端，所述稳压子单元的第二输出端为所述整流稳压单元的第三输出端。

5.根据权利要求1所述的海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置，其特征在于，所述集线子模块包括：第一接口单元和至少一个第二接口单元；

所述第一接口单元包括设备端和输入输出端口；其中，所述第一接口单元的设备端与所述海洋平台油气信号处理与控制系统中的远程控制设备连接；

所述第二接口单元包括设备端和输入输出端口，至少一个所述第二接口单元的设备端与至少一个所述海洋平台油气信号处理与控制系统中的信号变送设备对应连接；全部所述第二接口单元的输入输出端口与所述第一接口单元的输入输出端口通过线缆连接。

6.根据权利要求5所述的海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置，其特征在于，所述第一接口单元和所述第二接口单元为相同的接口单元，所述接口单元还包括：

接口芯片，所述接口芯片包括设备端、控制端和输入输出端；所述接口芯片的设备端为所述接口单元的设备端；

流向控制模块，所述流向控制模块与所述接口芯片的控制端连接，用于控制所述接口单元接收信号或发送信号；

短路保护模块，所述短路保护模块串联于所述接口芯片的输入输出端和所述线缆之间；

过压保护模块，连接于所述接口芯片的输入输出端和地之间。

7.根据权利要求1所述的海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置，其特征在于，所述交换子模块包括：

第一降压单元，所述第一降压单元包括输入端、第一输出端和第二输出端；所述第一降压单元的输入端接入供电电压；所述第一降压单元用于对所述供电电压进行降压处理；

第三收发单元，所述第三收发单元包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；所述第三收发单元的第一端与所述通讯信号增强模块连接，所述第三收发单元的第一电源端接入所述供电电压，所述第三收发单元的第二电源端与所述第一降压单元的第一输出端或第二输出端连接；所述第三收发单元用于所述通讯信号增强模块与所述终端通讯模块之间的信号传输；

第二主控制器，所述第二主控制器包括电源端、第一端和第二端；所述第二主控制器的电源端与所述第一降压单元的第一输出端连接，所述第二主控制器的第一端与所述第三收发单元的第二端连接；所述第二主控制器用于所述终端设备传输的信号和所述通讯信号增强模块传输的信号之间的转换；

第四收发单元，所述第四收发单元包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；所述第四收发单元的第一端与所述第二主控制器的第二端连接，所述第四收发单元的第二端与所述集线子模块连接，所述第四收发单元的第一电源端接入所述供电电压，所述第四收发单元的第二电源端与所述第一降压单元的第一输出端连接；所述第四收发单元用于所述集线子模块和所述交换子模块之间的信号传输。

8.根据权利要求1所述的海洋平台油气信号处理与控制系统的通讯装置，其特征在于，所述上位通讯模块包括：

第二降压单元，所述第二降压单元包括输入端、第一输出端和第二输出端；所述第二降压单元的输入端接入供电电压；所述第二降压单元用于对所述供电电压进行降压处理；

第三主控制器，所述第三主控制器包括电源端、第一端和第二端；所述第三主控制器的电源端与所述第二降压单元的第一输出端连接，所述第三主控制器的第一端与所述上位机连接；所述第三主控制器用于所述上位机与所述上位通讯模块之间的信号传输，以及所述上位机传输的信号和所述通讯信号增强模块传输的信号之间的转换；

第五收发单元，所述第五收发单元包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；所述第五收发单元的第一端与所述第三主控制器的第二端连接，所述第五收发单元的第二端与所述通讯信号增强模块连接，所述第五收发单元的第一电源端接入所述供电电压，所述第五收发单元的第二电源端与所述第二降压单元的第一输出端或第二输出端连接；所述第五收发单元用于所述上位通讯模块与所述通讯信号增强模块之间的信号传输。

9.一种海洋平台油气信号处理与控制系统，其特征在于，包括：上位机、终端设备和如权利要求1-8任一项所述的通讯装置。

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