CN117706419A - 集线器及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号传输设备，特别是涉及一种集线器，具体包括通讯接口、电源接口、多芯数电缆接口、少芯数电缆接口、多个连接通道、检测模块组，所述检测模块组包括电源模块、选通模块、数据处理模块、自检模块，所述选通模块设置于所述连接通道上，所述选通模块连接所述数据处理模块，所述数据处理模块控制所述选通模块使所述连接通道连通或断开，所述自检模块包括自检短路检测模块、自检断路检测模块、自检漏电检测模块，所述自检模块检测所述输出侧是否存在短路、断路、漏电并将信息传输至所述数据处理模块，所述数据处理模块连接所述通讯接口。本发明能够为排故定位提供支撑、缩短排故时间、减少经济损失、减少危险，实现保护功能。

Description

集线器及控制系统

技术领域

本发明涉及一种信号传输设备，特别是涉及一种具备自检测、保护与报警功能的集线器及控制系统。

背景技术

在工业控制现场，当控制器与被控对象之间的链路连接出现问题时，通常导致整套系统工作异常。目前主要依靠人工在问题出现后确认控制器与被控对象之间的链路连接状态并排除故障。特别是在复杂电气系统中，电气连接关系错综复杂，排故效率与维修人员的能力直接相关，停工排故定位时间越久，经济损失越大。因此有效缩短故障问题定位时间，提前预防故障发生，可以为用户避免潜在的损失与影响，带来更多的经济效益。

目前，当控制器所在的电气控制柜与被控对象之间距离较远时，通常在控制柜端引出大直径多芯数的成品铠装电缆，在被控对象附近采用集线器将多芯电缆转接为多根小直径少芯数的电缆连接至执行器或传感器。现有的集线器内多为汇流排或端子直接连接导线，无检测功能，功能较为单一，导致安装有集线器的电气设备停工排故定位时间久，排故过程造成的经济损失较大，同时操作人员有可能因电气短路而遭遇危险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够为排故定位提供支撑、缩短排故时间、减少经济损失、减少操作过程中的危险的集线器及控制系统。

为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：

本发明集线器，包括通讯接口、电源接口、多芯数电缆接口、少芯数电缆接口、多个连接通道、检测模块组，所述多芯数电缆接口用于连接控制端，所述少芯数电缆接口用于连接被控制端，所述多个连接通道连接于所述多芯数电缆接口与所述少芯数电缆接口之间，所述检测模块组包括电源模块、选通模块、数据处理模块、自检模块，所述电源模块连接所述电源接口，所述电源模块为所述选通模块、所述数据处理模块、所述自检模块供电，所述选通模块设置于所述连接通道上，所述连接通道位于所述选通模块与所述多芯数电缆接口之间的部分为输入侧，另一侧为输出侧，所述选通模块连接所述数据处理模块，所述数据处理模块控制所述选通模块使所述连接通道连通或断开，所述数据处理模块控制所述选通模块使所述连接通道断开时，处于自检模式，所述自检模块包括自检短路检测模块、自检断路检测模块、自检漏电检测模块，所述自检短路检测模块、所述自检断路检测模块、所述自检漏电检测模块相互并联并与所述选通模块连接，所述自检短路检测模块、所述自检断路检测模块、所述自检漏电检测模块均通过所述选通模块与所述连接通道的输出侧连通，所述自检短路检测模块检测所述输出侧是否存在短路并将是否存在短路的信息传输至所述数据处理模块，所述自检断路检测模块检测所述输出侧是否存在断路并将是否存在断路的信息传输至所述数据处理模块，所述自检漏电检测模块检测所述输出侧与大地之间是否存在漏电并将是否存在漏电的信息传输至所述数据处理模块，所述数据处理模块连接所述通讯接口。

进一步地，所述自检短路检测模块检测所述输出侧是否存在短路时，所述自检短路检测模块将微小电压源或微小电流源加载在所述输出侧的被测两线之间，检测所述被测两线之间输出的微小电流或微小电压，所述自检短路检测模块根据所述微小电压源数据、所述微小电流数据或所述微小电流源数据、所述微小电压数据计算得出所述被测两线之间的电阻值，并将所述电阻值传递至所述数据处理模块，所述数据处理模块内预存储有负载阻值下限报警值，若所述电阻值小于所述负载阻值下限报警值，则所述数据处理模块判断所述输出侧存在短路，并将所述输出侧存在短路故障的信息经所述通讯接口上传。

进一步地，所述自检断路检测模块检测所述输出侧是否存在断路时，所述自检断路检测模块将微小电压源或微小电流源加载在所述输出侧的被测两线之间，检测所述被测两线之间微小电流或微小电压，所述自检断路检测模块根据所述微小电压源数据、所述微小电流数据或所述微小电流源数据、所述微小电压数据计算得出所述被测两线之间的电阻值，并将所述电阻值传递至所述数据处理模块，所述数据处理模块预存储有负载阻值上限报警值，若所述电阻值高于所述负载阻值上限报警值，则所述数据处理模块判断所述输出侧存在断路，并将所述输出侧存在断路故障的信息上传。

进一步地，所述自检漏电检测模块检测所述输出侧与大地之间是否存在漏电时，所述自检漏电检测模块将微小电压源或微小电流源加载在所述输出侧的被测两线之间，检测所述被测两线之间的微小电流或微小电压，所述自检漏电检测模块根据微小电压源数据、微小电流数据或微小电流源数据、微小电压数据计算得出所述被测两线之间的电阻值，并将所述电阻值传递至所述数据处理模块，所述数据处理模块内预存储有负载阻值下限报警值，若所述电阻值低于所述负载阻值下限报警值，则所述数据处理模块判断所述输出侧存在漏电，所述数据处理模块通过所述通讯接口上报自检漏电故障信息。

进一步地，所述数据处理模块控制所述选通模块使所述连接通道连通时，处于周期检测模式，所述检测模块组还包括周期检测模块，所述周期检测模块包括多个电流检测模块、多个漏电检测模块，所述电源模块为所述电流检测模块及所述漏电检测模块提供电源，各所述连接通道上分别设置有一个所述电流检测模块、一个所述漏电检测模块，所述电流检测模块、所述漏电检测模块均连接所述数据处理模块，所述电流检测模块用于测得所在连接通道的实际电流值并将所述实际电流值数据传输至所述数据处理模块，所述漏电检测模块用于测得所在连接通道相对大地是否漏电，并将是否漏电的信息传输至所述数据处理模块。

进一步地，在所述周期检测模式下，所述数据处理模块内预设有断路电流设定值，所述电流检测模块将测得的所述连接通道的实际电流值传输至所述数据处理模块后，所述数据处理模块判断所述实际电流值是否低于所述断路电流设定值，若所述实际电流值低于所述断路电流设定值，则所述数据处理模块判断存在断路并将断路故障信息上传。

进一步地，在所述周期检测模式下，所述数据处理模块内预设有短路电流设定值，所述电流检测模块将测得的所述连接通道的实际电流值传输至所述数据处理模块后，所述数据处理模块判断所述实际电流值是否高于所述短路电流设定值，若所述实际电流值高于所述短路电流设定值，则所述数据处理模块判断存在短路并将短路故障信息上传。

进一步地，所述多芯数电缆接口包括传感器类信号输入接口、功率驱动类信号输入接口，所述少芯数电缆接口包括传感器通道输出端、功率驱动通道输出端。

进一步地，还包括机箱外壳，所述通讯接口、所述电源接口、所述多芯数电缆接口、所述少芯数电缆接口均设置于所述机箱外壳上，所述连接通道、所述检测模块组设置于所述机箱外壳内。

本发明一种控制系统，包括上述的集线器。

与现有技术相比，本发明集线器至少具有以下有益效果：

本发明集线器，由于包括多芯数电缆接口、多个少芯数电缆接口、多个连接通道、检测模块组，检测模块组包括电源模块、选通模块、数据处理模块、自检模块，因此不仅可将多芯电缆转接为多根小直径少芯数电缆，还能够通过自检模块在离线工况下进行断路、短路及漏电绝缘检测，并进行动作保护，可以为安装有本发明集线器的设备的周期例行检查提供自检测结果，提早发现并暴露故障，在发生短路的危险情况下为操作人员提供保护，减少操作人员的危险，并为排故定位提供支撑，缩短排故时间，减少经济损失，同时自检模块的监测数据能够提供状态监测数据，方便安装有集线器的大型系统设备进行状态健康管理。

下面结合附图对本发明集线器作进一步说明。

附图说明

图1为本发明集线器的结构示意图；

图2为安装有本发明集线器的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明一种集线器，包括机箱外壳、通讯接口11、电源接口12、多芯数电缆接口13、多个少芯数电缆接口14、多个连接通道15、检测模块组，多芯数电缆接口13用于连接控制端，比如用于连接控制柜或控制器，少芯数电缆接口14用于连接被控制端，具体地，多个少芯数电缆接口14用于连接传感器和功率负载，机箱外壳为集线器提供机械支撑与电气防护，通讯接口11、电源接口12、多芯数电缆接口13、多个少芯数电缆接口14均设置于机箱外壳上，多个连接通道15及检测模块组均设置于机箱外壳内，多个连接通道15连接于多芯数电缆接口13与少芯数电缆接口14之间，对于传感器类信号，每个连接通道15分为供电正、信号、供电负线路，对于功率驱动类信号，每个连接通道15分为功率正与功率负线路，通过集线器将多芯数电缆转接为多根小直径少芯数电缆，检测模块组包括电源模块161、选通模块162、数据处理模块163、自检模块，电源模块161连接电源接口12，电源模块161将电源接口12接入的外部供电转换后为选通模块162、数据处理模块163、自检模块供电，选通模块162设置于连接通道15上，连接通道15的位于选通模块162与多芯数电缆接口13之间的部分为输入侧，连接通道15的位于选通模块162与少芯数电缆接口14之间的部分为输出侧，选通模块162连接数据处理模块163，数据处理模块163控制选通模块162使连接通道15连通或断开，数据处理模块163控制选通模块162使连接通道15断开时，本发明集线器处于自检模式，自检模块包括自检短路检测模块164、自检断路检测模块165、自检漏电检测模块166，自检短路检测模块164、自检断路检测模块165、自检漏电检测模块166相互并联并与选通模块162连接，自检短路检测模块164、自检断路检测模块165、自检漏电检测模块166均通过选通模块162与连接通道15的输出侧连通，自检短路检测模块164检测输出侧是否存在短路并将是否存在短路的信息传输至数据处理模块163，自检断路检测模块165检测输出侧是否存在断路并将是否存在断路的信息传输至数据处理模块163，自检漏电检测模块166检测输出侧与大地之间或输出侧与机箱外壳之间是否存在漏电并将是否存在漏电的信息传输至数据处理模块163，数据处理模块163连接通讯接口11，通过通讯接口11上传检测信息。数据处理模块163与上述各个模块通讯，获取各连接通道的状态，控制各模块工作，并通过通讯接口11实现与外部设备的通讯，根据设置在故障情况下执行相应动作。本发明集线器，由于包括多芯数电缆接口13、多个少芯数电缆接口14、多个连接通道15、检测模块组，检测模块组包括电源模块161、选通模块162、数据处理模块163、自检模块，因此不仅可将多芯电缆转接为多根小直径少芯数电缆，还能够通过自检模块在离线工况下进行断路、短路及漏电绝缘检测，并进行动作保护，可以为安装有本发明集线器的设备的周期例行检查提供自检测结果，提早发现并暴露故障，在发生短路的危险情况下为操作人员提供保护，减少操作人员的危险，并为排故定位提供支撑，缩短排故时间，减少经济损失，同时自检模块的监测数据能够提供状态监测数据，方便安装有集线器的大型系统设备进行状态健康管理。

可选地，自检短路检测模块164检测输出侧是否存在短路时，数据处理模块163控制选通模块162将连接通道15的输入侧与输出侧断开，采用基于微小电压源与微小电流检测的测试方法对输出侧进行断路测试，具体地，自检短路检测模块164将微小电压源加载在输出侧的被测两线之间，检测被测两线之间电压源输出的微小电流，自检短路检测模块164根据微小电压源数据、微小电流数据计算得出被测两线之间的电阻值，并将电阻值传递至数据处理模块163，数据处理模块163内预存储有负载阻值下限报警值，若电阻数据小于负载阻值下限报警值，则数据处理模块163判断输出侧存在短路，并将输出侧存在短路故障的信息经通讯接口11上传，并根据设置决定是否断开输入侧与输出侧间的连通，实现保护功能。还可采用基于微小电流源与微小电压检测的测试方法对输出侧进行断路测试，具体地，自检短路检测模块164将微小电流源加载在输出侧的被测两线之间，检测被测两线之间电压源输出的微小电压，自检短路检测模块164根据微小电流源数据、微小电压数据计算得出被测两线之间的电阻值，并将电阻值传递至数据处理模块163，数据处理模块163内预存储有负载阻值下限报警值，若电阻数据小于负载阻值下限报警值，则数据处理模块163判断输出侧存在短路，并将输出侧存在短路故障的信息经通讯接口11上传。

可选地，自检断路检测模块165检测输出侧是否存在断路时，数据处理模块163控制选通模块162将连接通道15的输入侧与输出侧断开，自检断路检测模块165将微小电压源或微小电流源加载在输出侧的被测两线之间，检测被测两线之间电压源输出的微小电流或微小电压，自检断路检测模块165根据微小电压源数据、微小电流数据或微小电流源数据、微小电压数据计算得出被测两线之间的电阻值，并将电阻值传递至数据处理模块163，数据处理模块163内预存储有负载阻值上限报警值，若电阻值高于负载阻值上限报警值，则数据处理模块163判断输出侧存在断路，信号传输链路不完整，并将输出侧存在断路故障的信息通过通讯接口11上传。

可选地，自检漏电检测模块166检测输出侧与大地之间是否存在漏电时，数据处理模块163控制选通模块162将连接通道15的输入侧与输出侧断开，自检漏电检测模块166采用基于电压源与微小电流检测的测试方法对输出侧线路与大地或机壳之间进行漏电绝缘测试，将微小电压源或微小电流源加载在输出侧的被测两线之间，检测被测两线之间电压源输出的微小电流或微小电压，自检漏电检测模块166根据微小电压源数据、微小电流数据或微小电流源数据、微小电压数据计算得出被测两线之间的电阻值，并将电阻值传递至数据处理模块163，数据处理模块163内预存储有负载阻值下限报警值，若电阻值低于负载阻值下限报警值，则数据处理模块163判断输出侧可能存在漏电，数据处理模块163通过通讯接口11上报自检漏电故障信息，并根据设置决定是否断开输入与输出间的连通，实现保护功能。

可选地，数据处理模块163控制选通模块162使连接通道15连通时，处于周期检测模式，检测模块组还包括周期检测模块，周期检测模块包括多个电流检测模块167、多个漏电检测模块168，电源模块161为电流检测模块167及漏电检测模块168提供电源，各连接通道15的线路上分别设置有一个电流检测模块167、一个漏电检测模块168，具体地，传感器连接通道上设置三线漏电检测模块，功率连接通道上设置两线漏电检测模块，电流检测模块167为单相电流检测模块，电流检测模块167、漏电检测模块168均连接数据处理模块163，电流检测模块167用于测得所在连接通道15的实际电流值并将实际电流值数据传输至数据处理模块163，具体地，电流检测模块167采用基于霍尔效应的非接触测量方式，数据处理模块163通过电流检测模块167获取每个通道每一项的实际电流，通过通讯接口11与上层系统通讯上报信息；漏电检测模块168用于测得所在连接通道15相对大地或机箱壳体是否漏电，并将是否漏电的信息传输至数据处理模块163。具体地，漏电检测模块168采用基于电磁感应的漏电检测方法进行检测，将输出侧线路绕接成一次线圈串入磁环，并在磁环上串入二次线圈，线圈接入漏电检测模块168。当输出侧的功率负载或传感器运行正常时，每个连接通道15内各个线路的电流矢量和为零，因此二次线圈无感应电压；当某连接通道的功率负载或传感器因绝缘降低而发生漏电时，各个线路的电流矢量和不为零，不平衡的电流产生磁场，被二次线圈感应，触发数据处理模块163，数据处理模块163上报运行漏电故障告警，并根据设置决定是否断开该通路，实现保护功能。通过多个电流检测模块167、多个漏电检测模块168能够为每条连接通道进行在线工况下的功率电流检测以及漏电绝缘检测，为排故定位提供支撑，缩短排故时间，并将检测信息上传，实现通讯报警功能，减少操作人员遇到的危险。

可选地，在周期检测模式下，数据处理模块163内预设有断路电流设定值、短路电流设定值，电流检测模块167将测得的连接通道15的实际电流值传输至数据处理模块163后，数据处理模块163判断实际电流值是否低于断路电流设定值、是否高于短路电流设定值，若实际电流值低于断路电流设定值，则数据处理模块163判断存在断路并将断路故障上传，若实际电流值高于短路电流设定值，则数据处理模块163判断存在短路并将短路故障上传，在周期检测模式下实现在线工况下的断路、短路检测功能。

可选地，多芯数电缆接口13包括传感器类信号输入接口、功率驱动类信号输入接口，少芯数电缆接口14包括传感器通道输出端、功率驱动通道输出端。

本发明一种控制系统，安装有上述集线器。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种集线器，其特征在于，包括通讯接口(11)、电源接口(12)、多芯数电缆接口(13)、少芯数电缆接口(14)、多个连接通道(15)、检测模块组，所述多芯数电缆接口(13)用于连接控制端，所述少芯数电缆接口(14)用于连接被控制端，所述多个连接通道(15)连接于所述多芯数电缆接口(13)与所述少芯数电缆接口(14)之间，所述检测模块组包括电源模块(161)、选通模块(162)、数据处理模块(163)、自检模块，所述电源模块(161)连接所述电源接口(12)，所述电源模块(161)为所述选通模块(162)、所述数据处理模块(163)、所述自检模块供电，所述选通模块(162)设置于所述连接通道(15)上，所述连接通道(15)地位于所述选通模块(162)与所述多芯数电缆接口(13)之间的部分为输入侧，另一部分为输出侧，所述选通模块(162)连接所述数据处理模块(163)，所述数据处理模块(163)控制所述选通模块(162)使所述连接通道(15)连通或断开，所述数据处理模块(163)控制所述选通模块(162)使所述连接通道(15)断开时，处于自检模式，所述自检模块包括自检短路检测模块(164)、自检断路检测模块(165)、自检漏电检测模块(166)，所述自检短路检测模块(164)、所述自检断路检测模块(165)、所述自检漏电检测模块(166)相互并联并与所述选通模块(162)连接，所述自检短路检测模块(164)、所述自检断路检测模块(165)、所述自检漏电检测模块(166)均通过所述选通模块(162)与所述连接通道(15)的输出侧连通，所述自检短路检测模块(164)检测所述输出侧是否存在短路并将是否存在短路的信息传输至所述数据处理模块(163)，所述自检断路检测模块(165)检测所述输出侧是否存在断路并将是否存在断路的信息传输至所述数据处理模块(163)，所述自检漏电检测模块(166)检测所述输出侧与大地之间是否存在漏电并将是否存在漏电的信息传输至所述数据处理模块(163)，所述数据处理模块(163)连接所述通讯接口(11)。

2.根据权利要求1所述的集线器，其特征在于，所述自检短路检测模块(164)检测所述输出侧是否存在短路时，所述自检短路检测模块(164)将微小电压源或微小电流源加载在所述输出侧的被测两线之间，检测所述被测两线之间输出的微小电流或微小电压，所述自检短路检测模块(164)根据所述微小电压源数据、所述微小电流数据或所述微小电流源数据、所述微小电压数据计算得出所述被测两线之间的电阻值，并将所述电阻值传递至所述数据处理模块(163)，所述数据处理模块(163)内预存储有负载阻值下限报警值，若所述电阻值小于所述负载阻值下限报警值，则所述数据处理模块(163)判断所述输出侧存在短路，并将所述输出侧存在短路故障的信息经所述通讯接口(11)上传。

3.根据权利要求2所述的集线器，其特征在于，所述自检断路检测模块(165)检测所述输出侧是否存在断路时，所述自检断路检测模块(165)将微小电压源或微小电流源加载在所述输出侧的被测两线之间，检测所述被测两线之间微小电流或微小电压，所述自检断路检测模块(165)根据所述微小电压源数据、所述微小电流数据或所述微小电流源数据、所述微小电压数据计算得出所述被测两线之间的电阻值，并将所述电阻值传递至所述数据处理模块(163)，所述数据处理模块(163)内预存储有负载阻值上限报警值，若所述电阻值高于所述负载阻值上限报警值，则所述数据处理模块(163)判断所述输出侧存在断路，并将所述输出侧存在断路故障的信息上传。

4.根据权利要求3所述的集线器，其特征在于，所述自检漏电检测模块(166)检测所述输出侧与大地之间是否存在漏电时，所述自检漏电检测模块(166)将微小电压源或微小电流源加载在所述输出侧的被测两线之间，检测所述被测两线之间的微小电流或微小电压，所述自检漏电检测模块(166)根据微小电压源数据、微小电流数据或微小电流源数据、微小电压数据计算得出所述被测两线之间的电阻值，并将所述电阻值传递至所述数据处理模块(163)，所述数据处理模块(163)内预存储有负载阻值下限报警值，若所述电阻值低于所述负载阻值下限报警值，则所述数据处理模块(163)判断所述输出侧存在漏电，所述数据处理模块(163)通过所述通讯接口(11)上报自检漏电故障信息。

5.根据权利要求4所述的集线器，其特征在于，所述数据处理模块(163)控制所述选通模块(162)使所述连接通道(15)连通时，处于周期检测模式，所述检测模块组还包括周期检测模块，所述周期检测模块包括多个电流检测模块(167)、多个漏电检测模块(168)，所述电源模块(161)为所述电流检测模块(167)及所述漏电检测模块(168)提供电源，各所述连接通道(15)上分别设置有一个所述电流检测模块(167)、一个所述漏电检测模块(168)，所述电流检测模块(167)、所述漏电检测模块(168)均连接所述数据处理模块(163)，所述电流检测模块(167)用于测得所在连接通道(15)的实际电流值并将所述实际电流值数据传输至所述数据处理模块(163)，所述漏电检测模块(168)用于测得所在连接通道(15)相对大地是否漏电，并将是否漏电的信息传输至所述数据处理模块(163)。

6.根据权利要求5所述的集线器，其特征在于，在所述周期检测模式下，所述数据处理模块(163)内预设有断路电流设定值，所述电流检测模块(167)将测得的所述连接通道(15)的实际电流值传输至所述数据处理模块(163)后，所述数据处理模块(163)判断所述实际电流值是否低于所述断路电流设定值，若所述实际电流值低于所述断路电流设定值，则所述数据处理模块(163)判断存在断路并将断路故障信息上传。

7.根据权利要求6所述的集线器，其特征在于，在所述周期检测模式下，所述数据处理模块(163)内预设有短路电流设定值，所述电流检测模块(167)将测得的所述连接通道(15)的实际电流值传输至所述数据处理模块(163)后，所述数据处理模块(163)判断所述实际电流值是否高于所述短路电流设定值，若所述实际电流值高于所述短路电流设定值，则所述数据处理模块(163)判断存在短路并将短路故障信息上传。

8.根据权利要求7所述的集线器，其特征在于，所述多芯数电缆接口(13)包括传感器类信号输入接口、功率驱动类信号输入接口，所述少芯数电缆接口(14)包括传感器通道输出端、功率驱动通道输出端。

9.根据权利要求8所述的集线器，其特征在于，还包括机箱外壳，所述通讯接口(11)、所述电源接口(12)、所述多芯数电缆接口(13)、所述少芯数电缆接口(14)均设置于所述机箱外壳上，所述连接通道(15)、所述检测模块组设置于所述机箱外壳内。

10.一种控制系统，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一所述的集线器。