CN202372845U - 实现大坝监测仪器集线箱自动通道切换控制的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及实现大坝监测仪器集线箱自动通道切换控制的装置，该装置包括大坝监测仪器自动集线箱、集线箱控制器和通信电缆，集线箱控制器包括相互连接的电力载波信号发生器和微控制器，电力载波信号发生器连接有第一通信接口，微控制器连接有显示设备、操作指令输入设备和电源接口；大坝监测仪器自动集线箱包括依次连接的第二通信接口、电力载波解码电路、通道选择控制电路和继电器阵列，继电器阵列上设置有安全监测仪器接口阵列和安全监测仪器芯线总线接口，还包括取电电路；通信电缆连接第一通信接口和第二通信接口。该装置使大坝监测仪器集线箱实现无源化工作及自动化通道切换控制，对实现施工期的大坝安全监测具有非常现实的意义。

Description

实现大坝监测仪器集线箱自动通道切换控制的装置

技术领域

本实用新型涉及大坝和岩土工程的安全监测技术领域，特别涉及一种实现大坝监测仪器集线箱无源自动化通道切换控制的装置。

背景技术

在大坝和岩土工程的安全监测技术领域，大坝监测仪器集线箱是不可或缺的重要设备，在施工期尤其重要。考虑到结构强度、防水密封、供电困难等多种因素，目前基本采用人工操控的集线箱，这不仅增加了劳动强度，而且要求必须人工近地操控，这对于具有危险性的区域(如高边坡)是一项不方便开展的工作。尽管目前也已经有一些大坝监测仪器集线箱自动化产品，但都需要常供电，如图1所示的一种现有的大坝监测仪器集线箱结构框图，其包括码盘、单片机、继电器阵列、电源接口、安全监测仪器接口阵列和安全监测仪器芯线总线接口，安全监测仪器接口阵列用于连接安全监测仪器，安全监测仪器芯线总线接口用于连接安全监测仪器测读仪表。在码盘选择通道后，由单片机进行通道识别并驱动继电器阵列中的相应继电器工作，使相应的通道闭合，该通道接入的安全监测仪器的芯线与总线建立连接，实现通道选择，该集线箱的码盘、单片机和继电器阵列均需要电源供电。中华人民共和国水利行业标准《SL369-2006大坝监测仪器》推荐使用220VAC的市电，这对于施工期来说解决设备供电问题是非常困难的事情，尤其对于岩土工程的健康监测技术领域，经常会遇到工程现场找不到交流电这一现实难题。因此，目前的大坝监测仪器集线箱的技术现状不能很好地满足施工期的实际需求，导致无法实现岩土工程的健康监测，影响岩土工程的安全。

实用新型内容

本实用新型针对目前采用的人工操控的大坝监测仪器集线箱要求人工近地操控以及已有的大坝监测仪器集线箱自动化产品需要供电而岩土工程现场找不到电源的问题，提供一种实现大坝监测仪器集线箱自动通道切换控制的装置，该装置可以使大坝监测仪器集线箱实现无源化工作以及自动化通道切换控制。

本实用新型的技术方案如下：

一种实现大坝监测仪器集线箱自动通道切换控制的装置，其特征在于，包括大坝监测仪器自动集线箱、集线箱控制器和通信电缆，所述集线箱控制器包括相互连接的电力载波信号发生器和微控制器，电力载波信号发生器连接有第一通信接口，微控制器连接有显示设备、操作指令输入设备和电源接口；所述大坝监测仪器自动集线箱包括依次连接的第二通信接口、电力载波解码电路、通道选择控制电路和继电器阵列，所述继电器阵列上设置有安全监测仪器接口阵列和安全监测仪器芯线总线接口，还包括从第二通信接口中获取电源的取电电路，该取电电路对电力载波解码电路、通道选择控制电路和继电器阵列供电；所述通信电缆连接第一通信接口和第二通信接口。

所述大坝监测仪器自动集线箱为若干个，各大坝监测仪器自动集线箱的第二通信接口均包括功能相同的上行通信接口和下行通信接口，各大坝监测仪器自动集线箱的安全监测仪器芯线总线接口均包括功能相同的上行安全监测仪器芯线总线接口和下行安全监测仪器芯线总线接口；所述集线器控制器的第一通信接口通过第一通信电缆与第一个大坝监测仪器自动集线箱的上行通信接口连接，第一个大坝监测仪器自动集线箱的下行通信接口通过第二通信电缆与第二个大坝监测仪器自动集线箱的上行通信接口连接，第二个大坝监测仪器自动集线箱的下行通信接口通过第三通信电缆与第三个大坝监测仪器自动集线箱的上行通信接口连接；第一个大坝监测仪器自动集线箱的上行安全监测仪器芯线总线接口用于通过第一安全监测仪器芯线总线电缆与安全监测仪器测读仪表连接，第一个大坝监测仪器自动集线箱的下行安全监测仪器芯线总线接口通过第二安全监测仪器芯线总线电缆与第二个大坝监测仪器自动集线箱的上行安全监测仪器芯线总线接口连接，第二个大坝监测仪器自动集线箱的下行安全监测仪器芯线总线接口通过第三安全监测仪器芯线总线电缆与第三个大坝监测仪器自动集线箱的上行安全监测仪器芯线总线接口连接，以此类推实现各大坝监测仪器自动集线箱的串联连接。

所述各大坝监测仪器自动集线箱还包括集线箱模块地址设定电路，所述集线箱模块地址设定电路与通道选择控制电路相连，集线箱模块地址设定电路用于区分各大坝监测仪器自动集线箱的物理地址并将所述物理地址进行编码输入至通道选择控制电路。

所述集线箱模块地址设定电路为拨码开关电路。

所述取电电路包括并联的稳压器件和电容。

所述集线箱控制器还包括电池及充电管理电路，所述电池及充电管理电路设置于微控制器和电源接口之间。

所述集线箱控制器中的电力载波信号发生器为脉宽调制信号发生器。

本实用新型的技术效果如下：

本实用新型涉及的实现大坝监测仪器集线箱自动通道切换控制的装置，包括大坝监测仪器自动集线箱、集线箱控制器和通信电缆，集线箱控制器包括相互连接的电力载波信号发生器和微控制器，微控制器将操作指令输入设备输入的通道号作为通道命令码输送给电力载波信号发生器，电力载波信号发生器将该通道命令码换为相应的电力载波信息码，该电力载波信息码通过第一通信接口连接的通信电缆传输至大坝监测仪器自动集线箱，大坝监测仪器自动集线箱包括依次连接的第二通信接口、电力载波解码电路、通道选择控制电路和继电器阵列，大坝监测仪器自动集线箱通过第二通信接口接收电力载波信息码，电力载波解码电路将电力载波信息码还原成通道命令码后传输至通道选择控制电路，驱动继电器阵列中的相应继电器工作，使相应通道闭合或断开，实现自动化通道切换控制。本实用新型的该装置采用大坝监测仪器自动集线箱与集线箱控制器配合使用的设计，大坝监测仪器自动集线箱与集线箱控制器通过通信电缆进行电力载波通信，该电力载波通信方式可实现较远距离的可靠通信传输，可以支持在较长(约2km长度)的通信电缆下可靠工作，该装置只需操作集线箱控制器，实现远地测量控制，方便现场操作，从施工安全的角度看，可以确保测量操作远离危险区以确保操作人员的安全性，避免了人工近地操控集线箱的问题。此外，也无需为将集线箱放置远地而增加连接安全监测仪器接口阵列与各安全监测仪器的每条电缆的长度，本实用新型仍将集线箱放置近地，而集线箱控制器在远地，只需一根较长的通信电缆连接大坝监测仪器自动集线箱与集线箱控制器即可，同时需要把安全监测仪器芯线总线电缆延伸到集线箱控制器所在位置以便于对安全监测仪器测读仪表读数，故减少了使用电缆长度的总量。最重要的是，本实用新型中的大坝监测仪器自动集线箱采用无源设计，不需要考虑供电，大坝监测仪器自动集线箱中的取电电路实现从第二通信接口中获取电源功能从而实现对大坝监测仪器自动集线箱中的电力载波解码电路、通道选择控制电路和继电器阵列等部件的供电，实现了供电与通信的复合功能，解决了岩土工程现场对集线箱供电困难的问题，对实现施工期的大坝安全监测具有非常现实的意义，为岩土工程的健康监测提供了现实可行的技术实现手段。

本实用新型装置中的大坝监测仪器自动集线箱的继电器阵列上设置的安全监测仪器接口阵列用于实现被测的安全监测仪器的接入，当被测的安全监测仪器数量较多时，设置若干个大坝监测仪器自动集线箱就能够满足所有安全监测仪器的接入需求，各大坝监测仪器自动集线箱的第二通信接口均包括功能相同的上行通信接口和下行通信接口，各大坝监测仪器自动集线箱的安全监测仪器芯线总线接口均包括功能相同的上行安全监测仪器芯线总线接口和下行安全监测仪器芯线总线接口，使得各大坝监测仪器具有物理可扩展性，通过各大坝监测仪器自动集线箱的串联连接的方式增加通道接入能力。

附图说明

图1为现有的大坝监测仪器集线箱结构框图。

图2为本实用新型装置中的集线箱控制器的优选结构框图。

图3为本实用新型装置中的大坝监测仪器自动集线箱的优选结构框图。

图4为本实用新型装置中的若干个大坝监测仪器自动集线箱串联连接示意图。

图5为本实用新型装置与安全监测仪器及安全监测仪器侧读仪表的电气连接示意图。

图6为本实用新型装置的优选工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明。

本实用新型公开了一种实现大坝监测仪器集线箱自动通道切换控制的装置，该装置包括大坝监测仪器自动集线箱、集线箱控制器和通信电缆。

集线箱控制器的优选结构如图2所示，集线箱控制器包括微控制器、电池及充电管理电路、电源接口、键盘、液晶显示器、电力载波信号发生器和第一通信接口。其中，电力载波信号发生器和微控制器相互连接，电力载波信号发生器连接第一通信接口，微控制器连接液晶显示器和键盘，电池及充电管理电路分别连接微控制器和电源接口。微控制器是核心，实现对集线箱控制器各组成部分的管理和协调工作；电源接口、电池及充电管理电路是集线箱控制器的电源保证，当然，也可以去掉电池及充电管理电路，将电源接口直接连接微控制器，以通过别的供电方式供电，如太阳能、风能、环境能等供电电源。键盘作为操作指令输入设备实现人工操控，液晶显示器作为显示设备用于指示集线箱控制器的工作状态信息如通道选择等信息，该实施例是通过键盘输入通道号并通过液晶显示器显示出来。微控制器将键盘输入的通道号作为通道命令码(以01序列码的形式)输送给电力载波信号发生器，电力载波信号发生器可以选择为PWM信号发生器(即脉宽调制信号发生器)，电力载波信号发生器将该通道命令码换为电力载波信息码，该电力载波信息码通过第一通信接口连接的通信电缆传输至大坝监测仪器自动集线箱。第一通信接口用于实现集线箱控制器与大坝监测仪器自动集线箱之间的远程信息传递。从工程实用性考虑，集线箱控制器优选便携式的结构形式，但不唯一指定这种结构形式，只需保证能实现集线箱控制器的操控功能。

大坝监测仪器自动集线箱的优选结构如图3所示，大坝监测仪器自动集线箱包括第二通信接口、取电电路、电力载波解码电路、通道选择控制电路、继电器阵列、安全监测仪器芯线总线接口、安全监测仪器接口阵列和集线箱模块地址设定电路。其中，第二通信接口依次连接电力载波解码电路、通道选择控制电路和继电器阵列，安全监测仪器接口阵列和安全监测仪器芯线总线接口设置在继电器阵列上，安全监测仪器接口阵列用于连接各安全监测仪器，安全监测仪器芯线总线接口用于连接安全监测仪器测读仪表，取电电路从第二通信接口中获取电源后，再对电力载波解码电路、通道选择控制电路和继电器阵列供电。取电电路可以采用并联的稳压器件和电容，该结构的取电电路简单易实现。通信电缆连接第一通信接口和第二通信接口，故第二通信接口还用于实现集线箱控制器与大坝监测仪器自动集线箱之间的远程信息传递。电力载波解码电路把第二通信接口获得的电力载波信息码还原成通道命令码，启动通道控制电路对继电器阵列相应通道的继电器进行通道闭合或通道断开操作，实现自动化通道切换控制。

安全监测仪器接口阵列用于实现被测的安全监测仪器的接入，由于被测的安全监测仪器数量较多，一般单个大坝监测仪器自动集线箱的安全监测仪器接口阵列的接口数量是有限的(通常是16～20个接口)，无法满足所有安全监测仪器的接入需求，一般地，通过若干个大坝监测仪器自动集线箱串联连接的方式增加通道接入能力，为使大坝监测仪器自动集线箱具有物理可扩展性，各大坝监测仪器自动集线箱设计成可级联的电气结构，各大坝监测仪器自动集线箱需要设置两个功能完全一样的通信接口(分别以上行通信接口和下行通信接口命名)以及两个功能完全一样的安全监测仪器芯线总线接口(分别以上行安全监测仪器芯线总线接口和下行安全监测仪器芯线总线接口命名)。也就是说，各大坝监测仪器自动集线箱的第二通信接口均包括功能相同的上行通信接口和下行通信接口，各大坝监测仪器自动集线箱的安全监测仪器芯线总线接口均包括功能相同的上行安全监测仪器芯线总线接口和下行安全监测仪器芯线总线接口。此外，为便于物理区分不同大坝监测仪器自动集线箱之间的物理地址，在各大坝监测仪器自动集线箱内均设计集线箱模块地址设定电路，该集线箱模块地址设定电路与通道选择控制电路相连。所述集线箱模块地址设定电路可以优选为多位(如8位)的拨码开关电路实现地址编码，以8位为例，可以产生0～255共计256个不同的地址编码。集线箱模块地址设定电路将产生的地址编码输入至通道选择控制电路，通道选择电路输出的对继电器阵列相应通道的继电器进行通道闭合或通道断开操作的控制信息中附带有该大坝监测仪器自动集线箱的物理地址。

如图4所示的若干个大坝监测仪器自动集线箱串联连接示意图，该实施例中，将第一个大坝监测仪器自动集线箱标记为大坝监测仪器自动集线箱1#，第二个大坝监测仪器自动集线箱标记为大坝监测仪器自动集线箱2#，第三个大坝监测仪器自动集线箱标记为大坝监测仪器自动集线箱3#(图中未画出)，每个大坝监测仪器自动集线箱都具有上行通信接口、下行通信接口、上行安全监测仪器芯线总线接口和下行安全监测仪器芯线总线接口，若干个大坝监测仪器自动集线箱串联连接通过上行通信接口、下行通信接口、上行安全监测仪器芯线总线接口、下行安全监测仪器芯线总线接口、通信电缆1、通信电缆2、安全监测仪器芯线总线电缆1、安全监测仪器芯线总线电缆2等实现。大坝监测仪器自动集线箱1#的下行通信接口通过通信电缆1与大坝监测仪器自动集线箱2#的上行通信接口连接，大坝监测仪器自动集线箱1#的下行安全监测仪器芯线总线接口通过安全监测仪器芯线总线电缆1与大坝监测仪器自动集线箱2#的上行安全监测仪器芯线总线接口连接。这样就实现了大坝监测仪器自动集线箱1#与大坝监测仪器自动集线箱2#的串联连接，大坝监测仪器自动集线箱2#与后续的大坝监测仪器自动集线箱的串联连接方法与此雷同。如大坝监测仪器自动集线箱2#与大坝监测仪器自动集线箱3#的串联连接，大坝监测仪器自动集线箱2#的下行通信接口通过通信电缆2与大坝监测仪器自动集线箱3#的上行通信接口连接，大坝监测仪器自动集线箱2#的下行安全监测仪器芯线总线接口通过安全监测仪器芯线总线电缆2与大坝监测仪器自动集线箱3#的上行安全监测仪器芯线总线接口连接。以此类推实现各大坝监测仪器自动集线箱的串联连接。

图5为本实用新型装置与安全监测仪器及安全监测仪器侧读仪表的电气连接示意图。集线箱控制器与大坝监测仪器自动集线箱的电气连接由各自的通信接口通过通信电缆实现。安全监测仪器接口阵列用于连接各安全监测仪器，即安全监测仪器与大坝监测仪器自动集线箱的电气连接由安全监测仪器接口阵列通过通信电缆实现；安全监测仪器芯线总线接口用于连接安全监测仪器测读仪表，即安全监测仪器测读仪表与大坝监测仪器自动集线箱的电气连接由各自的安全监测仪器芯线接口通过安全监测仪器芯线总线电缆实现。当大坝监测仪器自动集线箱为若干个串联连接时，集线器控制器的第一通信接口通过一根通信电缆(如命名为第一通信电缆)与第一个大坝监测仪器自动集线箱(如图4所示的大坝监测仪器自动集线箱1#)的上行通信接口连接，第一个大坝监测仪器自动集线箱(如图4所示的大坝监测仪器自动集线箱1#)的上行安全监测仪器芯线总线接口用于通过一根安全监测仪器芯线总线电缆(如命名为第一安全监测仪器芯线总线电缆)与安全监测仪器测读仪表连接。

本实用新型装置的大坝监测仪器自动集线箱与集线箱控制器配合使用实现无源自动化通道切换控制，结合图6，该装置的优选工作流程图如下：

步骤1，需要建立本实用新型装置中的大坝监测仪器自动集线箱与集线箱控制器的物理连接，即集线箱控制器通过第一通信接口与通信电缆建立连接，同时大坝监测仪器自动集线箱也通过第二通信接口与通信电缆建立连接，简称控制器与集线箱通过通信电缆建立物理连接。当然，也需要建立本实用新型装置与安全监测仪器及安全监测仪器侧读仪表的电气连接。当大坝监测仪器自动集线箱采用多个时，需要将各大坝监测仪器自动集线箱串联连接。在实际操作中，这样的物理连接可能在第一次施工结束后就一直保持着，在这种状况下，可以跳过此步骤。

步骤2，集线箱控制器开机工作，集线箱控制器在开机后先进行初始化操作，同时通过通信电缆给大坝监测仪器自动集线箱供电。

步骤3，集线箱控制器初始化结束后进入待机工作状态，集线箱控制器可以通过键盘操作实现对大坝监测仪器自动集线箱的通道选择，在通道选定后，按“确认”键，集线箱控制器由电力载波信号发生器把通道命令码(此时为通道选择命令码)转变成相应的电力载波信息码，再通过通信电缆传递给大坝监测仪器自动集线箱。大坝监测仪器自动集线箱的电力载波解码电路把电力载波信息码还原成通道选择命令码。

步骤4，通道选择命令码传输给通道选择控制电路，驱动继电器阵列中的相应继电器工作，使相应的通道闭合，由该通道接入的安全监测仪器的芯线与安全监测仪器芯线总线电缆建立连接，实现通道选择功能。这时安全监测仪器测读仪表通过安全监测仪器芯线总线电缆就能获得被选择通道安全监测仪器的测量值。

步骤5，在完成对被选择通道安全监测仪器的测量之后，集线箱控制器由电力载波信号发生器把通道命令码(此时为通道选择撤消命令码)转变成相应的电力载波信息码，再通过通信电缆传递给大坝监测仪器自动集线箱。大坝监测仪器自动集线箱的电力载波解码电路把电力载波信息码还原成通道选择撤消命令码。通道选择撤消命令码传输给通道选择控制电路，驱动继电器阵列中的相应继电器工作，使相应的通道断开，由该通道接入的安全监测仪器的芯线与安全监测仪器芯线总线电缆的物理连接断开，实现通道选择撤消功能。

步骤6，在所有测量工作结束之后，集线箱控制器关机，撤消对大坝监测仪器自动集线箱的供电，恢复到无源状态。若有需要，还应该彻底断开集线箱控制器与大坝监测仪器自动集线箱之间的物理连接。

本实用新型的该装置将大坝监测仪器集线箱与集线箱控制器配对使用，并采用电力载波通信的方式进行通信，大坝监测仪器自动集线箱在集线箱控制器的操控下，实现了自动化通道切换控制，并且大坝监测仪器自动集线箱本身为无源形式，其工作电源由集线箱控制器在通信的同时在线供给，实现供电与通信复用，解决了现有的大坝监测仪器集线箱自动化产品需要供电而岩土工程现场找不到电源的问题，对实现施工期的大坝安全监测具有非常现实的意义。此外该装置可以将大坝监测仪器集线箱放置在现场，而将集线箱控制器放在远地，两者通过较长的通信电缆进行较远距离的电力载波通信，以确保操作人员的安全性，实现了远地操控，同时减少了电缆使用长度总量。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (7)

1.一种实现大坝监测仪器集线箱自动通道切换控制的装置，其特征在于，包括大坝监测仪器自动集线箱、集线箱控制器和通信电缆，所述集线箱控制器包括相互连接的电力载波信号发生器和微控制器，电力载波信号发生器连接有第一通信接口，微控制器连接有显示设备、操作指令输入设备和电源接口；所述大坝监测仪器自动集线箱包括依次连接的第二通信接口、电力载波解码电路、通道选择控制电路和继电器阵列，所述继电器阵列上设置有安全监测仪器接口阵列和安全监测仪器芯线总线接口，还包括从第二通信接口中获取电源的取电电路，该取电电路对电力载波解码电路、通道选择控制电路和继电器阵列供电；所述通信电缆连接第一通信接口和第二通信接口。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述大坝监测仪器自动集线箱为若干个，各大坝监测仪器自动集线箱的第二通信接口均包括功能相同的上行通信接口和下行通信接口，各大坝监测仪器自动集线箱的安全监测仪器芯线总线接口均包括功能相同的上行安全监测仪器芯线总线接口和下行安全监测仪器芯线总线接口；所述集线器控制器的第一通信接口通过第一通信电缆与第一个大坝监测仪器自动集线箱的上行通信接口连接，第一个大坝监测仪器自动集线箱的下行通信接口通过第二通信电缆与第二个大坝监测仪器自动集线箱的上行通信接口连接，第二个大坝监测仪器自动集线箱的下行通信接口通过第三通信电缆与第三个大坝监测仪器自动集线箱的上行通信接口连接；第一个大坝监测仪器自动集线箱的上行安全监测仪器芯线总线接口用于通过第一安全监测仪器芯线总线电缆与安全监测仪器测读仪表连接，第一个大坝监测仪器自动集线箱的下行安全监测仪器芯线总线接口通过第二安全监测仪器芯线总线电缆与第二个大坝监测仪器自动集线箱的上行安全监测仪器芯线总线接口连接，第二个大坝监测仪器自动集线箱的下行安全监测仪器芯线总线接口通过第三安全监测仪器芯线总线电缆与第三个大坝监测仪器自动集线箱的上行安全监测仪器芯线总线接口连接，以此类推实现各大坝监测仪器自动集线箱的串联连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述各大坝监测仪器自动集线箱还包括集线箱模块地址设定电路，所述集线箱模块地址设定电路与通道选择控制电路相连，集线箱模块地址设定电路用于区分各大坝监测仪器自动集线箱的物理地址并将所述物理地址进行编码输入至通道选择控制电路。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述集线箱模块地址设定电路为拨码开关电路。

5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述取电电路包括并联的稳压器件和电容。

6.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述集线箱控制器还包括电池及充电管理电路，所述电池及充电管理电路设置于微控制器和电源接口之间。

7.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述集线箱控制器中的电力载波信号发生器为脉宽调制信号发生器。

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