CN113253650A - 一种海洋平台油气信号处理与控制系统 - 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，包括：通讯模块、信号变送模块、远程控制模块和供电模块。通讯模块与上位机连接；信号变送模块分别与通讯模块和外部传感器连接，用于根据上位机发出的信号查询指令采集外部传感器信号；上位机根据外部传感器信号形成输出指令；远程控制模块与通讯模块连接，用于根据上位机发出的输出指令驱动外部设备；供电模块分别与通讯模块、信号变送模块和远程控制模块连接；外部传感器包括：电流传感器、电压传感器、限位开关、增量型编码器、绝对型编码器和通讯传感器中的至少一种。本发明实施例可以以实现丰富的信号种类的检测，以及实现对这些信号的自动化处理与控制，从而实现油气开采的科学发展。

Description

一种海洋平台油气信号处理与控制系统

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。

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，石油和天然气的开采技术的发展与数学、力学、地质学、物理学、机械工程和电子学等学科发展有密切联系。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；同时需要控制与检测的信号也越来越多。现有技术中，针对海洋平台油气开采的信号处理系统存在监测参数比较单一，自动化程度不高的问题。

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，以实现丰富的信号种类的检测，以及实现对这些信号的自动化处理与控制，从而实现石油和天然气开采的科学发展。

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，所述海洋平台油气信号处理与控制系统包括：

通讯模块，所述通讯模块与上位机连接，用于所述上位机与所述海洋平台油气信号处理与控制系统之间的信号传输；

信号变送模块，所述信号变送模块分别与所述通讯模块和外部传感器连接，用于根据所述上位机发出的信号查询指令采集外部传感器信号；

远程控制模块，所述远程控制模块分别与所述通讯模块和外部设备连接，用于根据所述上位机发出的输出指令驱动外部设备；其中，所述上位机根据所述外部传感器信号形成所述输出指令；

供电模块，所述供电模块分别与所述通讯模块、所述信号变送模块和所述远程控制模块连接，用于向所述通讯模块、所述信号变送模块和所述远程控制模块供电；

其中，所述外部传感器包括：电流传感器、电压传感器、限位开关、增量型编码器、绝对型编码器和通讯传感器中的至少一种。

可选地，所述通讯模块包括：上位通讯单元和终端通讯单元；

所述上位通讯单元分别与所述上位机和所述终端通讯单元连接；所述上位通讯单元设置在靠近所述上位机的一端；

所述终端通讯单元分别与所述信号变送模块和所述远程控制模块连接；所述终端通讯单元设置在靠近所述信号变送模块和所述远程控制模块的一端。

可选地，所述通讯模块还包括：通讯信号增强单元；

所述通讯信号增强单元通过CAN总线连接在所述上位通讯单元和所述终端通讯单元之间，用于增强所述上位通讯单元和所述终端通讯单元之间传递的信号。

可选地，所述上位通讯单元和所述终端通讯单元之间的信号传输距离大于或等于10千米。

可选地，所述信号变送模块包括：

第一降压单元，所述第一降压单元包括输入端和输出端；所述第一降压单元的输入端与所述供电模块连接；所述第一降压单元用于对所述供电模块提供的电压进行降压处理；

第一隔离单元，所述第一隔离单元包括输入端、输出端、第一电源端和第二电源端；所述第一隔离单元的输入端与所述外部传感器连接，所述第一隔离单元的第一电源端与所述供电模块连接、所述第一隔离单元的第二电源端与所述第一降压单元的输出端连接；所述第一隔离单元用于对所述外部传感器信号进行隔离和处理，形成隔离信号；

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第一降压单元的输出端连接，所述第一主控制器的第一端与所述第一隔离单元的输出端连接；所述第一主控制器用于处理所述隔离信号，形成通用异步收发信号；

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第一主控制器的第二端连接，所述第一收发单元的第二端与所述通讯模块连接，所述第一收发单元的第一电源端与所述供电模块连接，所述第一收发单元的第二电源端与所述第一降压单元的输出端连接；所述第一收发单元用于所述信号变送模块和所述通讯模块之间的信号传输。

可选地，所述第一主控制器包括：转换器和拨码开关；

所述转换器用于将所述隔离信号转化成所述通用异步收发信号；

所述拨码开关用于设置所述信号变送模块的栈地址。

可选地，所述供电模块包括：供电子模块和电源转换子模块；

所述供电子模块分别与所述通讯模块和所述电源转换子模块连接，用于向所述通讯模块中靠近所述上位机的一端的设备供电；

所述电源转换子模块分别与所述信号变送模块、所述远程控制模块和所述通讯模块连接；所述电源转换子模块用于向所述信号变送模块和所述远程控制模块供电，以及向所述通讯模块中靠近所述信号变送模块和所述远程控制模块的一端的设备供电。

可选地，所述电源转换子模块包括：冗余切换单元和至少两个整流单元；所述冗余切换单元与每个所述整流单元连接，用于控制所述至少两个整流单元在预设条件下进行切换。

可选地，所述冗余切换单元包括：

电源采样子单元，所述电源采样子单元与所述整流单元的输出端连接，用于采集所述整流单元的输出电压；

第二主控制器，所述第二主控制器与所述电源采样子单元连接，用于根据所述整流单元的输出电压输出开关控制信号；

至少两个开关子单元，均与所述第二主控制器连接，且所述至少两个开关子单元与所述至少两个整流单元一一对应连接；所述开关子单元用于根据所述开关控制信号导通或关断，以控制对应的所述整流单元对外供电或不供电。

可选地，所述远程控制模块包括：

第二降压单元，所述第二降压单元包括输入端和输出端；所述第二降压单元的输入端与所述供电模块连接；所述第二降压单元用于对所述供电模块提供的电压进行降压处理；

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通讯模块连接，所述第二收发单元的第一电源端与所述供电模块连接，所述第二收发单元的第二电源端与所述第二降压单元的输出端连接；所述第二收发单元用于所述远程控制模块和所述通讯模块之间的信号传输；

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输出端连接，所述第三主控制器的第一端与所述第二收发单元的第二端连接；所述第三主控制器用于处理所述第二收发单元输出的信号，形成控制信号；

第二隔离单元，所述第二隔离单元包括输入端、输出端、第一电源端和第二电源端；所述第二隔离单元的输入端与所述第三主控制器连接，所述第二隔离单元的输出端与所述外部设备连接，所述第二隔离单元的第一电源端与所述供电模块连接、所述第二隔离单元的第二电源端与所述第二降压单元的输出端连接；所述第二隔离单元用于将所述控制信号进行隔离和处理，形成驱动信号。

本发明实施例通过在海洋平台油气信号处理与控制系统中设置通讯模块、信号变送模块、远程控制模块和供电模块，能够实现以下工作过程：通讯模块将上位机发出的信号查询指令传输给信号变送模块，使信号变送模块采集外部传感器信号；通讯模块将外部传感器信号传递给上位机，使上位机根据外部传感器信号产生相应的输出指令；通讯模块将输出指令传输给远程控制模块，使远程控制模块驱动外部设备工作。由此可见，整个系统可以实现从信号采集到驱动信号输出整个过程的自动化处理。并且，外部传感器包括：电流传感器、电压传感器、限位开关、增量型编码器、绝对型编码器和通讯传感器中的至少一种，也就是说，信号变送模块可采集到的信号包括：电流、电压、开关信号、脉冲信号、编码信号和通讯信号中的至少一种；因此，本系统可检测的信号更多，可以用于油气开采过程中各种信号的采集与处理，适用范围更广；并且，上位机根据更多的信号来产生输出指令，可以做出更为优化的决策。因此，与现有技术相比，本发明实施例可以实现丰富的信号种类的检测，以及利用海洋平台油气信号处理与控制系统对这些信号进行自动化处理与控制，从而实现石油和天然气开采的科学发展。

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结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种海洋平台油气信号处理与控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电源转换子模块的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种信号变送模块的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种远程控制模块的结构示意图。

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。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结构示意图。参见图1，该海洋平台油气信号处理与控制系统包括：通讯模块110、信号变送模块120、远程控制模块130和供电模块140。

其中，通讯模块110与上位机10连接，用于上位机10与海洋平台油气信号处理与控制系统之间的信号传输。信号变送模块120分别与通讯模块110和外部传感器20连接，用于根据上位机10发出的信号查询指令采集外部传感器信号。远程控制模块130分别与通讯模块110和外部设备30连接，用于根据上位机10发出的输出指令驱动外部设备30；其中，上位机10根据外部传感器信号形成输出指令。供电模块140分别与通讯模块110、信号变送模块120和远程控制模块130连接，用于向通讯模块110、信号变送模块120和远程控制模块130供电。其中，外部传感器20包括：电流传感器21、电压传感器22、限位开关23、增量型编码器24、绝对型编码器25和通讯传感器26中的至少一种。

可选地，上位机10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。外部设备30为开采现场(比如海洋油气平台)中的作业设备(比如电磁阀、继电器或接触器等电气设备)，可以根据远程控制模块130发出的驱动信号(比如为数字量输出信号)转换工作状态。其中，外部设备30可以设置在油气田的开采现场；上位机10可以设置在控制机房内；外部设备30位于海洋平台的作业现场，和上位机10之间的距离较远。外部传感器20可以设置在外部设备30上或设置于外部设备30与该系统之间的传输线上靠近外部设备30的位置，用于实时测量得到油气开采系统中与作业设备的工作状态和健康状态等相关的各种信号。

示例性地，该海洋平台油气信号处理与控制系统的整体作业流程包括：

上位机10发出信号查询指令；信号查询指令通过通讯模块110传输到信号变送模块120；信号变送模块120根据信号查询指令生成采集指令，接收对应的外部传感器20所采集的信号，并向通讯模块110传输；通讯模块110将外部传感器信号再回传给上位机10；上位机10根据外部传感器信号分析目前的作业状态，并给出新的输出指令；通讯模块110将输出指令传输给远程控制模块130；远程控制模块130根据输出指令产生驱动信号，驱动对应的外部设备30进入新的作业状态。

可选地，该海洋平台油气信号处理与控制系统中的各模块之间可以采用不同的信号传输协议进行信号传输；相应地，各模块中均可包括数据格式转换单元。供电模块140中可以包括电压转换单元，以满足系统中不同模块的用电需求。

可选地，外部传感器20可以实时进行信号采集，当信号变送模块120需要时传送给信号变送模块120；或者，外部传感器20在闲时不工作，仅在接收到信号变送模块120输出的采集指令时进行信号采集，以减少功耗。示例性地，外部传感器20包括：电流传感器21、电压传感器22、限位开关23、增量型编码器24、绝对型编码器25和通讯传感器26中的一种或多种；相应地，采集指令中包含着需要接收哪种或哪几种外部传感器信号的信息。这样，上位机10可以根据需求灵活选择所需的外部传感器信号。在实际应用中，用户可以根据实际需求，设定外部传感器20的种类，相应地，信号变送模块120可以提供针对各种外部传感器20的适配接口，以将外部传感器信号接入整个系统进行控制。

本发明实施例通过在海洋平台油气信号处理与控制系统中设置通讯模块110、信号变送模块120、远程控制模块130和供电模块140，能够实现以下工作过程：通讯模块110将上位机10发出的信号查询指令传输给信号变送模块120，使信号变送模块120采集外部传感器信号；通讯模块110将外部传感器信号传递给上位机10，使上位机10根据外部传感器信号产生相应的输出指令；通讯模块110将输出指令传输给远程控制模块130，使远程控制模块130驱动外部设备30工作。由此可见，整个系统可以实现从信号采集到驱动信号输出整个过程的自动化处理。并且，外部传感器20包括：电流传感器21、电压传感器22、限位开关23、增量型编码器24、绝对型编码器25和通讯传感器26中的至少一种，也就是说，信号变送模块120可采集到的信号包括：电流、电压、开关信号、脉冲信号、编码信号和通讯信号中的至少一种；因此，本系统可检测的信号更多，可以用于油气开采过程中各种信号的采集与处理，适用范围更广；并且，上位机10根据更多的信号来产生输出指令，可以做出更为优化的决策。因此，本发明实施例可以实现丰富的信号种类的检测，以及利用海洋平台油气信号处理与控制系统对这些信号进行自动化处理与控制，从而实现石油和天然气开采的科学发展。

图2是本发明实施例提供的另一种海洋平台油气信号处理与控制系统的结构示意图。参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，上位机10中包括人机交互模块11，便于工作人员了解设备运行情况以及下达指令，在自动化作业的基础上实现人工干预。示例性地，人机交互模块11可以包括显示屏，以进行数据和指令的显示。可选地，人机交互模块11还包括键盘和/或鼠标，以实现控制命令的输入。可选地，人机交互模块11包括触摸屏，触摸屏不仅能够用作显示数据和指令等内容，还能实现控制命令的输入。

继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，由于上位机10可能与外部设备30之间距离较远，该系统中的远程控制模块130设置于靠近外部设备30的位置，以便于快速准确地输送驱动信号至外部设备30；信号变送模块120设置于靠近外部传感器20的位置，以便于快速准确地接收外部传感器20所采集到的信号，防止外部传感器信号由于传输距离较长而产生损失，造成信号失真。

相应地，通讯模块110包括：上位通讯单元111和终端通讯单元112。其中，上位通讯单元111分别与上位机10和终端通讯单元112连接；上位通讯单元111设置在靠近上位机10的一端；终端通讯单元112分别与信号变送模块120和远程控制模块130连接；终端通讯单元112设置在靠近信号变送模块120和远程控制模块130的一端。

示例性地，上位通讯单元111需要外部提供DC24V的供电电压，上位通讯单元111用于该系统与上位机10的人机交互模块11之间的通讯。可选地，上位通讯单元111与上位机10之间可以通过以太网现场总线(EtherCAT)连接。用户可以在上位机10的人机交互模块11上查看该系统的反馈数据和对外部设备30的操作。终端通讯单元112用于实现远程控制模块130与通讯模块110之间的数据传输，以及信号变送模块120与通讯模块110之间的数据传输。可选地，终端通讯单元112由交换子单元1121与集线子单元1122构成；其中，集线子单元1122可以提供终端通讯单元112与外部装置匹配的接口；交换子单元1121用于进行终端通讯单元112中的数据格式转换和处理。

继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，上位通讯单元111与终端通讯单元112之间可以通过CAN总线连接。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。但是该传输协议的传输速率与距离成反比。因此，通讯模块110还包括：通讯信号增强单元113；通讯信号增强单元113通过CAN总线连接在上位通讯单元111和终端通讯单元112之间。通讯信号增强单元113相当于信号中继装置，用于增强上位通讯单元111和终端通讯单元112之间传递的信号。通讯信号增强单元113的设置，使得整个通讯模块110之间的信号传输可以不受距离的限制，上位通讯单元111和终端通讯单元112之间的信号传输距离大于或等于10千米，在该系统中实现了长距离高速传输数据。

继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，信号变送模块120作为该系统的输入信号采集设备，可以包括电流信号变送模块121、电压信号变送模块122、开关信号变送模块123、脉冲信号变送模块124、编码信号变送模块125或通讯信号变送模块126；对应与电流传感器21、电压传感器22、限位开关23、增量型编码器24、绝对型编码器25和通讯传感器26进行数据传输。这样，当上位机10输出信号查询指令时，可以仅由对应类型的信号变送模块进行反应。

示例性地，针对图2的海洋平台油气信号处理与控制系统，信号变送模块120包括六个模块；集线子单元1122中可以提供八个全双工RS485通讯接口，其中一个接口与远程控制模块130进行连接；另外六个接口分别与六种信号变送模块连接；剩余的接口当做备用接口。上述设置方式并不作为对本发明的限定，实际应用中，用户可以根据实际需求搭建设备拓扑模型。

继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，供电模块140包括：供电子模块141和电源转换子模块142。其中，供电子模块141分别与通讯模块110和电源转换子模块142连接，用于向通讯模块110中靠近上位机10的一端的设备供电；电源转换子模块142分别与信号变送模块120、远程控制模块130和通讯模块110连接；电源转换子模块142用于向信号变送模块120和远程控制模块130供电，以及向通讯模块110中靠近信号变送模块120和远程控制模块130的一端的设备供电。供电子模块141设置于靠近上位机10的一端，电源转换子模块142设置于靠近外部设备30的一端；这样，相比于仅在上位机10一端设置供电子模块141，在外部设备30的一端设置电源转换子模块142可以避免长距离传输过程中电压的损失或波动对系统中设置于外部设备30一端的各设备的影响。

具体地，供电子模块141可以提供直流电压(比如DC 24V)和交流电压(比如50HzAC 220V)；其中，直流电压直接提供给上位通讯单元111，交流电压提供给通讯信号增强单元113和电源转换子模块142；电源转换子模块142可以将交流电压转换为直流电压后，提供给终端通讯单元112、远程控制模块130和信号变送模块120。可选地，通讯模块110、信号变送模块120和远程控制模块130内部可以包括电压转换单元，用于将电源转换子模块142提供的直流电压进行进一步地转换，以适配各模块中的装置需要的供电电压。

在上述各实施方式的基础上，可选地，电源转换子模块142的设置方式有多种，下面就其中的几种进行说明，但不作为对本发明的限定。

在一种实施方式中，可选地，电源转换子模块142中包括整流单元，用于将交流电压转换为直流电压，使得电源转换子模块142结构简单，易于实现。

图3是本发明实施例提供的一种电源转换子模块的结构示意图。参见图3，在一种实施方式中，可选地，电源转换子模块142包括：冗余切换单元42和至少两个整流单元41(图中示例性地给出了两个整流单元41)；冗余切换单元42与每个整流单元41连接，用于控制至少两个整流单元41在预设条件下进行切换。

其中，控制至少两个整流单元41在预设条件下进行切换可以包括：当正在供电的整流单元41发生故障时，冗余切换单元42控制整个电源转换子模块142切换至由其他正常的整流单元41供电。示例性地，如图3的电源转换子模块142可以根据用户实际应用需求，单独使用一个整流单元41为系统提供电力；也可以使用两个整流单元41与冗余切换单元42搭建成具备双电源切换功能的模式为系统提供电力。

继续参见图3，在上述各实施方式的基础上，可选地，冗余切换单元42包括：电源采样子单元421、第二主控制器422和至少两个开关子单元423。其中，电源采样子单元421与整流单元41的输出端连接，用于采集整流单元41的输出电压；第二主控制器422与电源采样子单元421连接，用于根据整流单元41的输出电压输出开关控制信号；至少两个开关子单元423均与第二主控制器422连接，且至少两个开关子单元423与至少两个整流单元41一一对应连接；开关子单元423用于根据开关控制信号导通或关断，以控制对应的整流单元41对外供电或不供电。

以图3中包括两个整流单元41为例，切换控制逻辑包括：

1、电源采样子单元421对两路整流单元41的输出电压进行采样，并将两路采样电压输出至第二主控制器422，第二主控制器422根据采样电压监测输出电压的能源质量，以保证下级用电设备的稳定性。

2、当第二主控制器422判断出某路电压出现异常波动(比如电压幅值下降超过额定值的8％或者电压波动范围超过额定值的5％)后，第二主控制器422控制异常支路的开关子单元423关断，并控制正常支路的开关子单元423导通，输出供电电压V1，即快速切换至另一路整流单元41进行供电。

可选地，电源采样子单元421中包括降压子单元4211和隔离单元，使得电源采样子单元421除去对输入的至少两路电压信号进行高精度跟随，并产生对应的至少两路模拟量信号传递给第二主控制器422进行电压值的监测外；还用于对输入的至少两路电压信号分别进行线性隔离(比如使用高线性模拟光电耦合器进行隔离)，并经过降压子单元4211(比如是低压差线性稳压器)转化成第二主控制器422的工作电源。这是由于，通常，主控制器所需的工作电源为DC3.3V，但由整流单元41的输出电压通常为24V；将整流单元41的输出电压进行降压处理和隔离，既能提供第二主控制器422的工作电源，也可以防止高电压串入导致第二主控制器422损坏。可选地，至少两路整流单元41的输出端可以用二极管做流向控制后接入电源采样子单元421，以防止电源反接。

可选地，开关子单元423可以包括单极性晶体管和光电耦合器；具体地，可以使用光电耦合器将整流单元41的输出电压与第二主控制器422输出的控制信号进行电气隔离，再用隔离后的控制信号控制单极性晶体管的导通与截止实现输出供电电压V1的输出与不输出。

在上述各实施方式的基础上，可选地，第二主控制器422中包括RS485子单元4221，用于提供通讯接口与上位设备连接，以反馈冗余切换单元42的当前状态信号S1(可以包括当前电压与异常数据)，并保持与上位设备的通讯，以便于工作人员及时获取电源转换子模块142的状态，并及时进行维护。

图4是本发明实施例提供的一种信号变送模块的结构示意图。参见图4，在上述各实施方式的基础上，可选地，信号变送模块120包括：第一降压单元510、第一隔离单元520、第一主控制器530和第一收发单元540。

其中，第一降压单元510包括输入端和输出端；第一降压单元510的输入端与供电模块140连接；第一降压单元510用于对供电模块140提供的电压进行降压处理。第一隔离单元520包括输入端、输出端、第一电源端和第二电源端；第一隔离单元520的输入端与外部传感器20连接，第一隔离单元520的第一电源端与供电模块140连接、第一隔离单元520的第二电源端与第一降压单元510的输出端连接；第一隔离单元520用于对外部传感器信号进行隔离和处理，形成隔离信号。第一主控制器530包括电源端、第一端和第二端；第一主控制器530的电源端与第一降压单元510的输出端连接，第一主控制器530的第一端与第一隔离单元520的输出端连接；第一主控制器530用于处理隔离信号，形成通用异步收发信号。第一收发单元540包括第一端、第二端、第一电源端和第二电源端；第一收发单元540的第一端与第一主控制器530的第二端连接，第一收发单元540的第二端与通讯模块110连接，第一收发单元540的第一电源端与供电模块140连接，第一收发单元540的第二电源端与第一降压单元510的输出端连接；第一收发单元540用于信号变送模块120和通讯模块110之间的信号传输。

示例性地，信号变送模块120的控制逻辑包括：

1、第一隔离单元520将采集到的外部传感器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530。其中，第一隔离单元520可以通过光电隔离装置进行信号隔离，以防止串扰，确保信号变送模块120运行的安全与稳定。由于隔离装置的两端均需要供电，第一隔离单元520包括两个电源端；供电模块140提供的电压可以是DC24V，第一降压单元510(可以是低压差线性稳压器)提供的电压可以是DC3.3V。

2、第一主控制器530将隔离信号转换成通用异步收发信号。其中，第一主控制器530中可以包括转换器，用于将隔离信号转换成通用异步收发信号；当隔离信号为模拟信号时，转换器可以是模数转换器。示例性地，模数转换器可将模拟量信号转化成具备十六位精度的数字信号。

3、第一收发单元540将接收到的通用异步收发信号转化成全双工RS485协议信号，用于数据传输。其中，为保证数据传输功能的正常使用，第一收发单元540可以设置硬件冗余。并且，第一收发单元540中也设置有信号隔离装置，以防止串扰；因此，第一收发单元540也设置有两个电源端。

需要说明的是，针对图2中的各种信号变送模块，都可以设置为上述图4中的结构，并使用类似的控制逻辑。并且，当信号变送模块120包括多种模块时，各模块中的第一主控制器530可以共用。下面就各种信号变送模块中第一隔离单元520与第一主控制器530对信号的处理过程进行详细说明(由于各种信号变送模块中第一主控制器530与第一收发单元540之间的信号传输过程基本相同，不再赘述)。

在一种实施方式中，可选地，当信号变送模块120包括电流信号变送模块121时，第一隔离单元520可以接收电流传感器21采集的4-20mA范围的模拟信号，并将电流信号进行线性隔离与高精度跟随后转化成电压型模拟量信号(隔离信号)；第一主控制器530将电压型模拟量信号通过模数转换器转化成通用异步收发信号。

在一种实施方式中，可选地，当信号变送模块120包括电压信号变送模块122时，第一隔离单元520可以接收电压传感器22采集的0-10V范围的模拟信号，并将电压信号转化成电流型模拟量信号，再进行线性隔离与高精度跟随后转化成电压型模拟量信号。第一主控制器530将电压型模拟量信号通过模数转换器转化成通用异步收发信号。

在一种实施方式中，可选地，当信号变送模块120包括开关信号变送模块123时，第一隔离单元520可以接收限位开关23回传的数字量输入信号，经过内部的输入隔离装置对数字量输入信号进行光电隔离。第一主控制器530直接将数字量输入信号转化成通用异步收发信号。

在一种实施方式中，可选地，当信号变送模块120包括脉冲信号变送模块124时，第一隔离单元520可以接收增量型编码器24回传的脉冲信号，经过内部的输入隔离装置对脉冲信号进行光电隔离。第一主控制器530将隔离后的脉冲信号转化成通用异步收发信号。

在一种实施方式中，可选地，当信号变送模块120包括编码信号变送模块125时，第一隔离单元520可以接收绝对型编码器25回传的十六位编码信号，经过内部的输入隔离装置对编码信号进行光电隔离。第一主控制器530将隔离后的编码信号转化成通用异步收发信号。

在一种实施方式中，可选地，当信号变送模块120包括通讯信号变送模块126时，第一隔离单元520可以接收通讯传感器26回传的通讯信号，经过内部的输入隔离装置对通讯信号进行光电隔离。第一主控制器530将隔离后的通讯信号转化成通用异步收发信号。

在上述各实施方式的基础上，可选地，外部传感器20也可以由供电模块140提供电源。第一主控制器530中还包括拨码开关，用于设置信号变送模块120的栈地址。

图5是本发明实施例提供的一种远程控制模块的结构示意图。参见图5，在上述各实施方式的基础上，可选地，远程控制模块130包括：第二降压单元610、第二收发单元620、第三主控制器630和第二隔离单元640。

其中，第二降压单元610包括输入端和输出端；第二降压单元610的输入端与供电模块140连接；第二降压单元610用于对供电模块140提供的电压进行降压处理。第二收发单元620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620的第一端与通讯模块110连接，第二收发单元620的第一电源端与供电模块140连接，第二收发单元620的第二电源端与第二降压单元610的输出端连接；第二收发单元620用于远程控制模块130和通讯模块110之间的信号传输。第三主控制器630包括电源端、第一端和第二端；第三主控制器630的电源端与第二降压单元610的输出端连接，第三主控制器630的第一端与第二收发单元620的第二端连接；第三主控制器630用于处理第二收发单元620输出的信号，形成控制信号。第二隔离单元640包括输入端、输出端、第一电源端和第二电源端；第二隔离单元640的输入端与第三主控制器630连接，第二隔离单元640的输出端与外部设备30连接，第二隔离单元640的第一电源端与供电模块140连接、第二隔离单元640的第二电源端与第二降压单元610的输出端连接；第二隔离单元640用于将控制信号进行隔离和处理，形成驱动信号。

示例性地，远程控制模块130的控制逻辑包括：

1、第二收发单元620将接收到的输出指令进行隔离和处理，形成输出信号，并将输出信号传输给第三主控制器630。其中，第二收发单元620与上级的通讯模块110进行全双工RS485通讯。为保证数据传输功能的正常使用，第二收发单元620可以设置硬件冗余。并且，第二收发单元620中包括隔离装置，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620包括两个电电源端。示例性地，供电模块140提供的电压可以是DC24V，第二降压单元610(可以是低压差线性稳压器)提供的电压可以是DC3.3V。

2、第三主控制器630根据输出信号控制相应的通用输入/输出端口(GPIO)输出控制信号(为数字量控制信号)。可选地，第三主控制器630中可以设置拨码开关，用于设置远程控制模块130的栈地址。

3、第二隔离单元640将控制信号进行光电隔离，以防止串扰，确保远程控制模块130运行的安全与稳定；并且，第二隔离单元640将驱动信号传输至外部设备30，以驱动外部设备30工作。由于隔离装置的两端均需要供电，第二隔离单元640包括两个电源端。

可选地，远程控制模块130还可以包括防水外壳，用于构建防水环境来安放以上各单元，使得该模块可以适应海洋油气平台的作业环境，保证系统工作的可靠性。

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 (10)

1.一种海洋平台油气信号处理与控制系统，其特征在于，包括：

通讯模块，所述通讯模块与上位机连接，用于所述上位机与所述海洋平台油气信号处理与控制系统之间的信号传输；

信号变送模块，所述信号变送模块分别与所述通讯模块和外部传感器连接，用于根据所述上位机发出的信号查询指令采集外部传感器信号；

远程控制模块，所述远程控制模块分别与所述通讯模块和外部设备连接，用于根据所述上位机发出的输出指令驱动外部设备；其中，所述上位机根据所述外部传感器信号形成所述输出指令；

供电模块，所述供电模块分别与所述通讯模块、所述信号变送模块和所述远程控制模块连接，用于向所述通讯模块、所述信号变送模块和所述远程控制模块供电；

其中，所述外部传感器包括：电流传感器、电压传感器、限位开关、增量型编码器、绝对型编码器和通讯传感器中的至少一种。

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，其特征在于，所述通讯模块包括：上位通讯单元和终端通讯单元；

所述上位通讯单元分别与所述上位机和所述终端通讯单元连接；所述上位通讯单元设置在靠近所述上位机的一端；

所述终端通讯单元分别与所述信号变送模块和所述远程控制模块连接；所述终端通讯单元设置在靠近所述信号变送模块和所述远程控制模块的一端。

3.根据权利要求2所述的海洋平台油气信号处理与控制系统，其特征在于，所述通讯模块还包括：通讯信号增强单元；

所述通讯信号增强单元通过CAN总线连接在所述上位通讯单元和所述终端通讯单元之间，用于增强所述上位通讯单元和所述终端通讯单元之间传递的信号。

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，其特征在于，所述上位通讯单元和所述终端通讯单元之间的信号传输距离大于或等于10千米。

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，其特征在于，所述信号变送模块包括：

第一降压单元，所述第一降压单元包括输入端和输出端；所述第一降压单元的输入端与所述供电模块连接；所述第一降压单元用于对所述供电模块提供的电压进行降压处理；

第一隔离单元，所述第一隔离单元包括输入端、输出端、第一电源端和第二电源端；所述第一隔离单元的输入端与所述外部传感器连接，所述第一隔离单元的第一电源端与所述供电模块连接、所述第一隔离单元的第二电源端与所述第一降压单元的输出端连接；所述第一隔离单元用于对所述外部传感器信号进行隔离和处理，形成隔离信号；

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第一降压单元的输出端连接，所述第一主控制器的第一端与所述第一隔离单元的输出端连接；所述第一主控制器用于处理所述隔离信号，形成通用异步收发信号；

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第一主控制器的第二端连接，所述第一收发单元的第二端与所述通讯模块连接，所述第一收发单元的第一电源端与所述供电模块连接，所述第一收发单元的第二电源端与所述第一降压单元的输出端连接；所述第一收发单元用于所述信号变送模块和所述通讯模块之间的信号传输。

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，其特征在于，所述第一主控制器包括：转换器和拨码开关；

所述转换器用于将所述隔离信号转化成所述通用异步收发信号；

所述拨码开关用于设置所述信号变送模块的栈地址。

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，其特征在于，所述供电模块包括：供电子模块和电源转换子模块；

所述供电子模块分别与所述通讯模块和所述电源转换子模块连接，用于向所述通讯模块中靠近所述上位机的一端的设备供电；

所述电源转换子模块分别与所述信号变送模块、所述远程控制模块和所述通讯模块连接；所述电源转换子模块用于向所述信号变送模块和所述远程控制模块供电，以及向所述通讯模块中靠近所述信号变送模块和所述远程控制模块的一端的设备供电。

8.根据权利要求7所述的海洋平台油气信号处理与控制系统，其特征在于，所述电源转换子模块包括：冗余切换单元和至少两个整流单元；所述冗余切换单元与每个所述整流单元连接，用于控制所述至少两个整流单元在预设条件下进行切换。

9.根据权利要求8所述的海洋平台油气信号处理与控制系统，其特征在于，所述冗余切换单元包括：

电源采样子单元，所述电源采样子单元与所述整流单元的输出端连接，用于采集所述整流单元的输出电压；

第二主控制器，所述第二主控制器与所述电源采样子单元连接，用于根据所述整流单元的输出电压输出开关控制信号；

至少两个开关子单元，均与所述第二主控制器连接，且所述至少两个开关子单元与所述至少两个整流单元一一对应连接；所述开关子单元用于根据所述开关控制信号导通或关断，以控制对应的所述整流单元对外供电或不供电。

10.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，其特征在于，所述远程控制模块包括：

第二降压单元，所述第二降压单元包括输入端和输出端；所述第二降压单元的输入端与所述供电模块连接；所述第二降压单元用于对所述供电模块提供的电压进行降压处理；

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通讯模块连接，所述第二收发单元的第一电源端与所述供电模块连接，所述第二收发单元的第二电源端与所述第二降压单元的输出端连接；所述第二收发单元用于所述远程控制模块和所述通讯模块之间的信号传输；

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输出端连接，所述第三主控制器的第一端与所述第二收发单元的第二端连接；所述第三主控制器用于处理所述第二收发单元输出的信号，形成控制信号；

第二隔离单元，所述第二隔离单元包括输入端、输出端、第一电源端和第二电源端；所述第二隔离单元的输入端与所述第三主控制器连接，所述第二隔离单元的输出端与所述外部设备连接，所述第二隔离单元的第一电源端与所述供电模块连接、所述第二隔离单元的第二电源端与所述第二降压单元的输出端连接；所述第二隔离单元用于将所述控制信号进行隔离和处理，形成驱动信号。

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