CN205983070U - 水下电子模块 - Google Patents

Abstract

一种水下电子模块，由微处理器以及电源、阀驱动、数据采集、通讯单元所构成,其中，电源单元输入端连接水下总电源，输出端分别连接数据采集单元、微处理器、阀驱动单元；数据采集单元输入端连接水下传感器，输出端连接微处理器；通讯单元一端连接电源单元，另一端连接微处理器；阀驱动单元的受控端与微处理器相连接，其电力输出端与电磁阀输入端相连接。本实用新型具有较强的数据处理能力，其系统性能安全、可靠，能够保证数据采集的准确度以及远距离通讯传输，通过海洋平台主控室可实时控制水下状况，保障了系统的安全性，同时也降低了成本。

Description

水下电子模块

技术领域

本实用新型涉及一种水下采油树生产控制系统中的控制模块，特别是一种负责采集井下采油树压力、温度、流量等数据，利用电力载波方式传送到海洋平台主控室的水下电子模块。

背景技术

水下采油树通过水下控制模块进行开关控制、数据采集等。在水下控制模块中水下电子模块是控制核心装置，需要在深海工况下工作，水下与水上的通讯控制均通过该装置完成。现有技术中，存在着如下一些缺点：

1.电源模块稳定性低，使用的电源通过海洋平台传输到水下，水下控制模块的电源稳定性和安全性不可靠。

2.数据采集单元控制精度低，采用的是将传感器的信号经过A/D转换模块，然后传送到CPU，这样大大增加了外围电路的复杂度，另外，传感器信号直接进行数字量的转换后传输到CPU，就会存在EMC电磁干扰和高频信号空间干扰，因此CPU获得的信号准确性不高。

3.微处理器单元处理数据能力不强，不具有A/D转换和D/A转换功能，影响CPU处理数据的速度，同时也增加了外围电路。

4.通讯单元采用的是RS485通讯，进行远距离通讯时，数据传输的速率较慢，并且RS485属于半双工传输模式，具有局限性。

5.水下环境较为恶劣，电子模块壳体的设计不足。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种水下电子模块。

本实用新型采用了下列技术方案解决了其技术问题：一种水下电子模块，该水下电子模块由电源单元、微处理器、阀驱动单元、数据采集单元和通讯单元所构成。

所述的微处理器采用了具有ARM Cortex-M3内核、ARMv7-M 架构的并具有A/D和D/A转换功能及有CAN接口的CPU。

所述的电源单元采用了具有EMC滤波器电路的电源单元。该电源单元输入端通过电力线连接水下总电源，电源单元输出端通过电力线分别连接数据采集单元、微处理器、阀驱动单元。

所述的数据采集单元采用了具有模拟信号隔离放大器电路的数据采集单元。该数据采集单元的输入端通过通讯线连接水下传感器，其输出端通过通讯线连接微处理器。

所述的通讯单元采用了型号为ADM3052BRWZ的CAN收发器。该通讯单元的一端通过板卡连接电源单元，另一端通过通讯线连接微处理器。

阀驱动单元的受控端通过通讯线与微处理器相连接，其电力输出端通过电力线与电磁阀电力输入端相连接。

本实用新型的有益技术效果是：

1、实现了电源的稳定性，可以有效的为水下电子模块内部的供电需求，增加了系统的可靠性和安全性。

2、数据采集增加了模拟信号隔离放大器，增强了数据采集的准确度，有效的监控水下采油树的压力、温度、流量等参数。

3、水下电子模块采用的是ARM内核的处理器，具有较强的数据处理能力，并具有CAN接口，因此可以保证远距离的通讯传输的稳定性与可靠性。

4.采用的是CAN 通讯方式而不是RS485通讯，增强了数据的传输速率和准确度，并且利用电力载波技术，通过电缆线实现远距离传输。

5.电磁阀阀驱动单元，控制水下电磁换向阀，通过海洋平台主控室可以实时控制水下状况，保障了系统的安全性，也降低了成本。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图中各序号分别表示为：

1—电源单元，2—数据采集单元，3—微处理器，4—通讯单元，5—阀驱动单元，6—水下总电源，7—水下电子模块，8—水下控制模块，9—水下传感器，91—压力传感器，92—温度传感器，93—流量传感器，94—位置传感器，95—管道腐蚀程度传感器，10—海洋平台控制中心，11—高压电液换向阀，12—低压电液换向阀，13—化学液体注入阀，14—液压源，15—脐带缆。

具体实施方式

以下结合实施例以及附图对本实用新型作进一步的描述。

参照附图，本实用新型包括电源单元1、微处理器3、阀驱动单元5、数据采集单元2和通讯单元4。

本实用新型所述的微处理器3采用了具有ARM Cortex-M3内核、ARMv7-M 架构的并具有A/D和D/A转换功能及有CAN接口的CPU。它是一款低功耗处理器，具有门数目少，中断延迟短，调试成本低的特点，是为要求有快速中断响应能力的深度嵌入式应用而设计的。该处理器处理数据较快，所具有A/D和D/A转换功能，可以有效地减少了外围电路，增强系统的可靠性和安全性。

所述的电源单元1采用了具有EMC滤波器电路的电源单元1。该电源单元1输入端通过电力线连接水下总电源6，输出端通过电力线分别连接数据采集单元2、微处理器3、阀驱动单元5。

本实用新型中，海洋平台控制中心10的电源线经过脐带缆14进入水下控制模块8，水下电子模块7从水下控制模块8的电源中获得AC220V电压，然后经过水下电子模块7内部电源单元1分配给微处理器3、数据采集单元2、通讯单元4、阀驱动单元5供电，这样独立设计，增加了电源的安全性。电源单元1中使用了EMC滤波器，有效的防止EMI干扰，保护了模块的稳定工作。

所述的数据采集单元2采用了具有模拟信号隔离放大器电路。该数据采集单元2的输入端通过通讯线连接水下传感器9，其输出端通过通讯线连接微处理器3。前述的水下传感器9，是检测井下压力、温度的压力传感器91和温度传感器92；检测采油或气树生产压力、温度、流量、节流阀开关位置、管道沙粒腐蚀状况的压力传感器91、温度传感器92、流量传感器93、位置传感器94和管道腐蚀程度传感器95，以及检测水下控制模块8内压力、温度及流量的压力传感器91、温度传感器92以及流量传感器93。

本实用新型中，水下采油树上的一些模拟量（温度、压力、流量）首先被传感器和变送器转化为标准量程的电流或电压，例如DC4～20mA、1～5V、0～10V，然后通过数据采集单元2的输入接口，采用了模拟信号隔离放大器，将一种输入信号隔离放大、通过模拟量/数字量转换模块直接转换为数字信号，然后通过通讯线传输至微处理器3。这样，可以有效的解决了EMC电磁干扰和高频信号空间干扰特性，实现信号长线无失真传输。

所述的通讯单元4采用了型号为ADM3052BRWZ的CAN收发器。该通讯单元4的一端通过板卡连接电源单元1，另一端通过通讯线连接微处理器3。

本实用新型中通讯单元4中所述的CAN收发器，该器件只需极少的外部元件，其内部集成信号隔离电路，此外还集成了一个调节器，可以从24 V总线电源向器件总线侧提供5V电源，并具有5 kV rms的隔离性能。另外，利用电力载波技术，把信号传输到海洋平台主控室，实现水上与水下的通讯，解决了远距离、信号无失真传输的问题。

阀驱动单元5的受控端通过通讯线与微处理器3相连接，其电力输出端通过电力线与电磁阀电力输入端相连接。前述的电磁阀为水下高压电磁换向阀11、水下低压电磁换向阀12以及化学液体注入阀13。其中高压电磁换向阀11和低压电磁换向阀12由液压源14提供液压。

本实用新型中采用了电磁阀阀驱动单元5控制水下高、低压换向阀，化学液体注入的控制。水上的控制中心发送指令，通过通讯单元4传输给微处理器3，经过CPU数据处理，输出信号传送给阀驱动单元5，进而控制水下高压电磁换向阀、水下低压电磁换向阀，以及化学液体注入电磁阀阀的启闭操作，这样能够方便水上对水下阀的控制，而不需要复杂的液压控制，大大地增加了可靠性和安全性，有效地降低了成本。

本实用新型安装在内外压力平衡的水下控制模块8中,该水下控制模块8的壳体具有可靠的密封性能。

以下简述水下电子模块7具体工作原理：

海洋平台主控室控制水下电子模块7的运行状态。当需要进行水下一些数据的采集时，海洋平台控制中心10利用电力载波技术，通过脐带缆14进行传输，发送指令通过水下电子模块7中的通讯单元4传输到微处理器3，微处理器3把信号传输到阀驱动单元5的输入接口，再进行阀驱动单元5进行处理，然后通过输出接口控制电磁换向阀的打开与关闭。水下采油或气树和水下控制模块8的温度、压力、流量等参数，通过传感器进行模拟量的输出，输出的模拟量经过数据采集单元2的输入接口进入模拟信号隔离放大器电路进行数据处理，再通过数据采集单元2的输出接口进入到微处理器3进行数据的处理与转换，然后把数据传输到通讯单元4进行处理，最后利用电力载波技术，通过脐带缆14传输到海洋平台控制中心10，从而实现了海洋平台控制中心10对水下工况的实时监控。

本发明适用于水下生产控制系统中，从而实现水下装置与海洋平台控制中心10远距离通讯控制。

Claims (7)

1.一种水下电子模块，其特征在于：该水下电子模块由电源单元、微处理器、阀驱动单元、数据采集单元和通讯单元所构成，电源单元输入端通过电力线连接水下总电源，电源单元输出端通过电力线分别连接数据采集单元、微处理器、阀驱动单元，数据采集单元的输入端通过通讯线连接水下传感器，其输出端通过通讯线连接微处理器，通讯单元的一端通过板卡连接电源单元，另一端通过通讯线连接微处理器，阀驱动单元的受控端通过通讯线与微处理器相连接，其电力输出端通过电力线与电磁阀电力输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的水下电子模块，其特征在于：所述的数据采集单元输入端连接的水下传感器，是检测井下压力、温度的压力传感器和温度传感器；检测采油或气树生产压力、温度、流量、节流阀开关位置、管道沙粒腐蚀状况的压力传感器、温度传感器、流量传感器、位置传感器和管道腐蚀程度传感器，检测水下控制模块内压力、温度及流量的压力传感器、温度传感器以及流量传感器。

3.根据权利要求1所述的水下电子模块，其特征在于：所述的电源单元采用了具有EMC滤波器电路的电源单元。

4.根据权利要求1所述的水下电子模块，其特征在于：所述的微处理器采用了具有ARMCortex-M3内核、ARMv7-M 架构的并具有A/D和D/A转换功能及有CAN接口的CPU。

5.根据权利要求1所述的水下电子模块，其特征在于：所述的阀驱动单元其电力输出端连接的电磁阀为水下高压电磁换向阀、水下低压电磁换向阀，以及化学液体注入阀。

6.根据权利要求1所述的水下电子模块，其特征在于：所述的数据采集单元采用了具有模拟信号隔离放大器电路的数据采集单元。

7.根据权利要求1所述的水下电子模块，其特征在于：所述的通讯单元采用了型号为ADM3052BRWZ的CAN收发器。