CN212302277U - 一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，涉及互联网监测技术领域，包含数据采集模块、信号转换模块和监测模块，所述数据采集模块通过CAN总线与DE4‑20 mA电流与信号转换模块连接，所述信号转换模块通过485总线及Modbus RTU与监测模块连接；所述压力传感器、倾角仪、液位计以及信号转换模块被封闭在水密箱中，且安置在浮筒上。为了准确获知浮筒在打捞作业时是否到达充气平衡状态，系统将采集浮筒艏舱压力、艉舱压力、横倾角、纵倾角、浮筒艏舱液位、艉舱液位及中舱液位等数据，并由PLC控制、转换、分析后传送给上位机，以显示在监测界面上供操作人员进行系统监测。

Description

一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统

技术领域

本实用新型涉及互联网监测技术领域，尤其涉及一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统。

背景技术

在打捞作业中，钢制浮筒发挥了极大的作用。钢制浮筒在打捞工程中的应用主要分为浮筒钢缆的预埋、浮筒的沉放及浮筒的充气平衡三个阶段。浮筒的充气平衡是整个作业过程中最重要又最难的一步。传统的打捞作业中为了保证整个过程准确无误，常需要专业打捞人员潜入水中进行人为监测，但因传统计算模型具有较大的误差及人为因素的存在导致了在耗费了大量人力物力的情况下，整个进程仍然不易得到准确控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足，提供一种基于CAN总线及 Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，用于实时监测浮筒深水作业时的情况。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，包含数据采集模块、信号转换模块和监测模块，所述数据采集模块通过CAN总线与DE4-20 mA电流与信号转换模块连接，所述信号转换模块通过485总线及Modbus RTU与监测模块连接；所述数据采集模块包含压力传感器、倾角仪及液位计以及分别与压力传感器、倾角仪及液位计连接的数据预处理模块；所述压力传感器、倾角仪、液位计以及信号转换模块被封闭在水密箱中，且安置在浮筒上；

所述数据预处理模块包含依次连接的多路复用开关、模数转换模块、放大电路模块；

其中，压力传感器，用于获取浮筒艏舱压力、艉舱压力；

倾角仪，用于收集横倾角、纵倾角；

液位计，用于采集浮筒艏舱液位、艉舱液位和中舱液位。

作为本实用新型一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统的进一步优选方案，所述信号转换模块采用施耐德M251系列PLC。

作为本实用新型一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统的进一步优选方案，所述监测模块包含微控制器模块以及分别与其连接的数据收发模块、数据存储模块、显示模块、报警模块、时钟模块、接口模块和电源模块。

作为本实用新型一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统的进一步优选方案，

所述电源模块包含太阳能光板、充电控制电路、蓄电池、稳压器、电压采集模块、比较器，所述太阳能光板通过充电控制电路连接蓄电池，用于将利用太阳能产生的电能存储至蓄电池中；所述蓄电池通过稳压器连接微控制器模块，用于提供所需电能；所述比较器通过电压采集模块连接蓄电池，用于实时将电池输出电压和设定值进行对比，进而控制太阳能光板的充电控制。

作为本实用新型一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统的进一步优选方案，所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS 管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

作为本实用新型一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统的进一步优选方案，所述压力传感器采用舰端压力传感器。

作为本实用新型一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统的进一步优选方案，所述液位计包含舰端舱导播雷达液位计和中舱导播雷达液位计。

作为本实用新型一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型由传感器、PLC和上位机构成，其中传感器及PLC用于数据采集；可在上位机的监测交互界面上实时监测浮筒姿态、压力和浮力等参数并动态显示，具有报警显示、历史数据记录、Web发布和移动终端等功能；该系统操作方便、数据可靠、性能稳定，在运行中具有良好的交互性、可靠性和稳定性，可以大幅度降低操作人员劳动强度和难度，提高工作效率，具有较好的实际应用价值；

2、本实用新型在每个浮筒上安置装有压力传感器、液位计、倾角仪及PLC的水密箱，PLC 采集各传感器的数据，并传递给上位机；上位机对采集的数据进行处理、控制、监视；

3、为了准确获知浮筒在打捞作业时是否到达充气平衡状态，系统将采集浮筒艏舱压力、艉舱压力、横倾角、纵倾角、浮筒艏舱液位、艉舱液位及中舱液位等数据，并由PLC控制、转换、分析后传送给上位机，以显示在监测界面上供操作人员进行系统监测，在实际测试中，数据真实可靠，监测精准，操作简便，系统稳定，性能良好。

附图说明

图1是本实用新型整体系统的结构原理图；

图2是本实用新型监测模块的结构原理图

图3是本实用新型电源模块的结构原理图；

图4是本实用新型充电控制电路的结构原理图充电控制电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了准确获知浮筒在打捞作业时是否到达充气平衡状态，系统将采集浮筒艏舱压力、艉舱压力、横倾角、纵倾角、浮筒艏舱液位、艉舱液位及中舱液位等数据，并由PLC控制、转换、分析后传送给上位机，以显示在监测界面上供操作人员进行系统监测。

一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，如图1所示，包含数据采集模块、信号转换模块和监测模块，所述数据采集模块通过CAN总线与DE4-20 mA电流与信号转换模块连接，所述信号转换模块通过485总线及Modbus RTU与监测模块连接；所述数据采集模块包含压力传感器、倾角仪及液位计以及分别与压力传感器、倾角仪及液位计连接的数据预处理模块；所述压力传感器、倾角仪、液位计以及信号转换模块被封闭在水密箱中，且安置在浮筒上；

所述数据预处理模块包含依次连接的多路复用开关、模数转换模块、放大电路模块；

其中，压力传感器，用于获取浮筒艏舱压力、艉舱压力；

倾角仪，用于收集横倾角、纵倾角；

液位计，用于采集浮筒艏舱液位、艉舱液位和中舱液位。

优选的，所述信号转换模块采用施耐德M251系列PLC。

如图2所示，所述监测模块包含微控制器模块以及分别与其连接的数据收发模块、数据存储模块、显示模块、报警模块、时钟模块、接口模块和电源模块。

如图3所示，所述电源模块包含太阳能光板、充电控制电路、蓄电池、稳压器、电压采集模块、比较器，所述太阳能光板通过充电控制电路连接蓄电池，用于将利用太阳能产生的电能存储至蓄电池中；所述蓄电池通过稳压器连接微控制器模块，用于提供所需电能；所述比较器通过电压采集模块连接蓄电池，用于实时将电池输出电压和设定值进行对比，进而控制太阳能光板的充电控制。

如图4所述，所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

所述压力传感器采用舰端压力传感器，所述液位计包含舰端舱导播雷达液位计和中舱导播雷达液位计，所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1.8V即可工作；AVR单片机保密性能好。

本系统由上位机、PLC、传感器组成。上位机用于监测，以便对浮筒打捞整个过程进行集中监测与在线管理。PLC接收传感器传送的数据并按照控制器内部预先设置的参数及编制的程序进行计算。传感器在本系统的作用为采集浮筒工作时的各项数据。完成了对80吨级别浮筒在深水作业时的数据采集、分析、监测、存储、显示等功能。

本系统由数据采集模块、信号转换模块、监测模块三个部分组成。由压力传感器、倾角仪及液位计组成的数据采集模块通过CAN总线与DE4-20 mA电流与由PLC构成的信号转换模块相联系。这两个模块在一起构成下位机，置于水密箱中绑定在浮筒上。监测模块，并通过 485总线和Modbus RTU与信号转换模块进行通信。

本系统利用传感器和PLC实现数据的采集功能。压力传感器获取浮筒艏舱压力、艉舱压力；倾角仪收集横倾角、纵倾角；液位计采集浮筒艏舱液位、艉舱液位和中舱液位。倾角仪通过CAN总线与PLC通信，而压力传感器与液位计的数据将转化为DC 4-20mA电流信号传送给PLC。系统中传感器以及PLC被封闭在水密箱中，安置在浮筒上。

长期的深水作业会使装有传感器及PLC的水密箱面临老化、磨损、腐蚀等一系列问题。在舱体打捞过程中，一旦水密箱出现漏水问题，就将会损坏PLC及传感器，造成设备报废、环境污染、财产损失等后果。从设备安全保障方面看，必须要采取预防措施，落实防患于未然。

系统根据报警轻重程度，分为警告、故障、报警、自定义四个级别，指示灯会根据设备的受损程度显示不同的颜色。在发生报警后操作人员会首先通过报警名称进行关键字查询，从而获取发生报警的原因，然后再通过报警信息获得更加详细的内容，最后操作人员结合报警备注，找到解决方案。报警级别、报警位置、报警点会显示在一个表格中，便于工作人员去查询。此外为了大幅度地提升查询效率，系统通过报警位置对报警进行了分组，实现了分组管理。在试验时考虑到参与过程的设计人员安危，为每个浮筒添加了各自的超高报警信息，一旦产生安全问题，必将及时报警。

本实用新型由传感器、PLC和上位机构成，其中传感器及PLC用于数据采集；可在上位机的监测交互界面上实时监测浮筒姿态、压力和浮力等参数并动态显示，具有报警显示、历史数据记录、Web发布和移动终端等功能；该系统操作方便、数据可靠、性能稳定，在运行中具有良好的交互性、可靠性和稳定性，可以大幅度降低操作人员劳动强度和难度，提高工作效率，具有较好的实际应用价值；

本实用新型为了准确获知浮筒在打捞作业时是否到达充气平衡状态，系统将采集浮筒艏舱压力、艉舱压力、横倾角、纵倾角、浮筒艏舱液位、艉舱液位及中舱液位等数据，并由PLC 控制、转换、分析后传送给上位机，以显示在监测界面上供操作人员进行系统监测。

本系统操作方便、数据可靠、性能稳定，在运行中具有良好的交互性、可靠性和稳定性。此外系统还大幅度降低了操作人员的劳动强度和难度，提高了工作效率。实时数据传输和人机交互监测界面，使得操作人员能够在第一时间准确地获知水下作业情况并尽快作出调整；报警功能可第一时间反映错误，避免了较大的财力损失；历史数据功能将存储部分数据，为设备情况分析提供第一手的数据；Web发布功能将提供远程监测及操控功能。本系统将为深水作业带来极大的便利，在某海域实测证明该系统满足实际应用要求。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。上面对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，其特征在于：包含数据采集模块、信号转换模块和监测模块，所述数据采集模块通过CAN总线与DE4-20mA电流与信号转换模块连接，所述信号转换模块通过485总线及Modbus RTU与监测模块连接；所述数据采集模块包含压力传感器、倾角仪及液位计以及分别与压力传感器、倾角仪及液位计连接的数据预处理模块；所述压力传感器、倾角仪、液位计以及信号转换模块被封闭在水密箱中，且安置在浮筒上；

所述数据预处理模块包含依次连接的多路复用开关、模数转换模块、放大电路模块；

其中，压力传感器，用于获取浮筒艏舱压力、艉舱压力；

倾角仪，用于收集横倾角、纵倾角；

液位计，用于采集浮筒艏舱液位、艉舱液位和中舱液位。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，其特征在于：所述信号转换模块采用施耐德M251系列PLC。

3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，其特征在于：所述监测模块包含微控制器模块以及分别与其连接的数据收发模块、数据存储模块、显示模块、报警模块、时钟模块、接口模块和电源模块。

4.根据权利要求3所述的一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，其特征在于：所述电源模块包含太阳能光板、充电控制电路、蓄电池、稳压器、电压采集模块、比较器，所述太阳能光板通过充电控制电路连接蓄电池，用于将利用太阳能产生的电能存储至蓄电池中；所述蓄电池通过稳压器连接微控制器模块，用于提供所需电能；所述比较器通过电压采集模块连接蓄电池，用于实时将电池输出电压和设定值进行对比，进而控制太阳能光板的充电控制。

5.根据权利要求4所述的一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，其特征在于：所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

6.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，其特征在于：所述压力传感器采用舰端压力传感器。

7.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，其特征在于：所述液位计包含舰端舱导播雷达液位计和中舱导播雷达液位计。

8.根据权利要求3所述的一种基于CAN总线及Modbus RTU的打捞浮筒监测系统，其特征在于：所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

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