CN219872163U - 一种传感器冗余控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种传感器冗余控制系统，包括监控系统、继电器、第一传感器、第二传感器、切换单元和第一电源，所述第一传感器通过继电器的常闭触点与监控系统相连，所述第二传感器通过继电器的常开触点与监控系统相连，所述切换单元、第一电源和继电器线圈接线端子串联形成切换控制回路。本实用新型通过配置双传感器加继电器实现配置冗余，无需额外的传感器通道，解决了当监控系统传感器通道受限时无法实现传感器冗余的问题，系统配置简单，容易实现。

Description

一种传感器冗余控制系统

技术领域

本实用新型涉及船用柴油机领域，特别涉及一种传感器冗余控制系统。

背景技术

船用柴油机上设置有大量用于接收感应信号的传感器，由于船用柴油机体积较大且结构复杂，当部分重要传感器测点发生故障时，必须停机排除故障后再继续运行，而停机维修会耽误大量时间，影响正常运输和生产进度。

现有技术通常采用同步布置多只传感器的方式实现传感器冗余，以保证当某一传感器故障时，备用传感器可继续支持系统正常运行。然而这种方式只适用于柴油机监控系统的传感器通道足够多的情况下，在实际情况中，监控系统的传感器通道通常有限，无法满足同时将多只传感器接入监控系统的要求。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种传感器冗余控制系统，通过继电器切换实现传感器冗余，无需额外的传感器通道，解决了当监控系统传感器通道受限时无法实现传感器冗余的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种传感器冗余控制系统，包括监控系统、继电器、第一传感器、第二传感器、切换单元和第一电源，所述第一传感器通过继电器的常闭触点与监控系统相连，所述第二传感器通过继电器的常开触点与监控系统相连，所述切换单元、第一电源和继电器线圈接线端子串联形成切换控制回路。

进一步的技术方案，所述监控系统的第一接线端与所述继电器第一触点的公共端相连，所述继电器第一触点的常闭端与第一传感器的第一接线端相连，所述监控系统的第二接线端与所述继电器第二触点的公共端相连，所述继电器第二触点的常闭端与第一传感器的第二接线端相连。

进一步的技术方案，所述继电器第一触点的常开端与第二传感器的第一接线端相连，所述继电器第二触点的常开端与第二传感器的第二接线端相连。

进一步的技术方案，所述切换单元包括手动切换开关和自动切换开关，所述手动切换开关和所述自动切换开关并联。

进一步的技术方案，还包括第一故障继电器，所述第一故障继电器的线圈与监控系统相连，所述自动切换开关为所述第一故障继电器的常开触点。

进一步的技术方案，还包括电压检测模块，所述电压检测模块一端与第一传感器的第一接线端相连，另一端与第一传感器的第二接线端相连。

进一步的技术方案，还包括阈值比较模块、第二故障继电器和可编程控制器，所述阈值比较模块的输入端与电压检测模块的输出端相连，所述阈值比较模块的输出端与可编程控制器的输入端相连，可编程控制器的两个输出端分别与第二故障继电器的两个线圈端子相连，所述自动切换开关为所述第二故障继电器的常开触点。

进一步的技术方案，所述阈值比较模块为窗口比较器电路。

进一步的技术方案，还包括第二电源，所述第二电源与第一传感器、第二传感器、阈值比较模块和可编程控制器电连接，为第一传感器、第二传感器、阈值比较模块和可编程控制器供电。

进一步的技术方案，还包括故障指示灯，所述故障指示灯串接在切换控制回路中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提供了一种传感器冗余控制系统，通过配置双传感器加继电器实现配置冗余，无需额外的传感器通道，解决了当监控系统传感器通道受限时无法实现传感器冗余的问题，系统配置简单，容易实现。

2、本实用新型具有并联的手动切换开关和自动切换开关，可以根据预设的参数监控第一传感器的运行状态，当第一传感器异常时自动切换第二传感器，也可以通过手动切换开关实现传感器的手动切换。

本实用新型附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例一的系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例二的系统结构示意图；

图3为本实用新型实施例三的系统结构示意图。

其中，1、监控系统，2、继电器，3、第一传感器，4、第二传感器，5、切换单元，6、第一电源，7、阈值比较模块，8、可编程控制器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供了一种传感器冗余控制系统，通过继电器切换实现传感器冗余，无需额外的传感器通道，解决了当监控系统传感器通道受限时无法实现传感器冗余的问题。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种传感器冗余控制系统，包括监控系统1、继电器2、第一传感器3、第二传感器4、切换单元5和第一电源6。

第一传感器3通过继电器2的常闭触点与监控系统1相连，第二传感器4通过继电器2的常开触点与监控系统1相连。切换单元5、第一电源6和继电器2线圈接线端子串联形成切换控制回路。

在本实施例中，第一传感器3为主传感器，第二传感器4为冗余传感器。在原本的船用柴油机中，仅包含有第一传感器3和监控系统1，第一传感器3与监控系统1相连，占用监控系统的一个传感器通道，实时向监控系统反馈采集的数据。由于现有船用柴油机上的监控系统的传感器通道有限，无法直接将多只传感器同时通过多通道接入监控系统实现冗余，因此，本实施例提出通过增设继电器2，将主传感器(第一传感器3)与冗余传感器(第二传感器4)接入监控系统，且无需额外使用传感器通道，直接利用监控系统与第一传感器原本连接所使用的传感器通道即可。

本实施例中，继电器2的型号为：德力西CDZ9-52PL，下面以该型号继电器为例具体介绍本实施例所述系统的结构。

CDZ9-52PL具有两个常开触点和两个常闭触点，其中(1)、(5)、(9)脚构成第一触点，(1)、(9)脚之间为常闭触点，(5)、(9)脚之间为常开触点；(12)、(4)、(8)脚构成第二触点，其中(4)、(12)脚之间为常闭触点，(8)、(12)脚之间为常开触点。

监控系统1具有第一接线端和第二接线端，两个接线端构成监控系统的一个传感器通道，用于与传感器的两个接线端相连。当增加了继电器2和冗余的第二传感器4后，监控系统的两个接线端分别连接继电器的两个触点的公共端，即监控系统的第一接线端与继电器2第一触点的公共端(即继电器的9脚)相连，监控系统的第二接线端与继电器2第二触点的公共端(即继电器的12脚)相连。

第一传感器3与继电器2的连接关系为：继电器第一触点的常闭端(即继电器的1脚)与第一传感器的第一接线端相连，继电器第二触点的常闭端(即继电器的4脚)与第一传感器的第二接线端相连。

第二传感器4与继电器2的连接关系为：继电器第一触点的常开端(即继电器的5脚)与第二传感器的第一接线端相连，继电器第二触点的常开端(即继电器的8脚)与第二传感器的第二接线端相连。

经过上述连接方式，第一传感器3和第二传感器4即可通过继电器2实现切换，正常运行时，第一传感器3工作，将数据传递给监控系统，当第一传感器3发生故障时，通过继电器2触点的动作，将第二传感器4与监控系统相连，同时第一传感器3切离系统。

继电器2的动作依靠其线圈实现，当线圈处于失电状态时，常闭触点闭合，常开触点断开，而当继电器线圈得电时，继电器的常闭触点断开、常开触点吸合。

因此，本实施例将切换单元5接入继电器2的线圈回路中，第一电源6的正极连接切换单元5的一端，切换单元5的另一端连接继电器2的线圈正极接线端子A1，继电器2的线圈负极接线端子A2连接第一电源6的负极，形成切换控制回路。此时，当切换单元5断开时，回路处于断开状态，继电器线圈失电，此时常闭触点闭合，常开触点断开，第一传感器与监控系统相连；而当切换单元5导通时，回路处于闭合状态，继电器线圈得电，此时常闭触点断开，常开触点吸合，第二传感器与监控系统相连。因此，只需要通过控制切换单元5的通断，即可实现第一传感器和第二传感器的切换控制。

本实施例中，切换单元5包括手动切换开关K1和自动切换开关K2，手动切换开关K1和自动切换开关K2并联。此时，只要K1和K2任一个开关闭合，切换单元即导通。

手动切换开关K1用于当需要人工切换(如对第一传感器进行定期检定或发现自动切换开关失效)时，手动切换第一传感器与第二传感器的工作状态。手动切换开关K1可以选择型号为德力西LAY5s-BD的旋钮开关。

自动切换开关K2用于系统正常运行时，根据对第一传感器运行状态的监测结果，自动判断是否需要切换传感器，当第一传感器3触发短路、温度值不可信等故障时，控制传感器的切换。

针对柴油机监控系统，一般传感器的故障诊断都是在监控系统内部判断的。一般故障包括：传感器断线；传感器短路2种故障类型。例如：假如传感器测量通道电源为5V，则传感器在正常量程范围内，传感器的两端电压为0.5V-4.5V，当电压超过4.5V时，默认传感器断线，当电压低于0.5V时，默认传感器短路。

因此，针对以上报警逻辑，通常监控系统可以直接输出切换信号，控制自动切换开关K2的通断。此时，自动切换开关K2可以为现有的信号继电器，接收到切换信号后即可切换通断状态，也可以使用一个可编程控制器PLC用于控制K2所在回路的通断。

此外，在一些实施方式中，切换控制回路上还可以设置一个故障指示灯，用于当切换控制回路导通时，发光指示当前接入系统的是第二传感器4，便于现场工作人员快速识别主传感器和冗余传感器的接入状态。

本实施例提供的传感器冗余控制系统，工作过程如下：

1、正常情况下，继电器2不动作，第一传感器3通过继电器2的常闭触点(1、4)接入监控系统，只有第一传感器3工作，第二传感器4处于备用冗余状态，不接入监控系统。

2、当第一传感器3触发短路、温度值不可信等故障时，监控系统监测到信号异常，发送切换命令，同时报出“冗余传感器切换激活”故障指示；或者人为手动按下切换开关后，继电器通电动作。

3、继电器2动作，继电器触点状态置反，此时第一传感器3脱开，第二传感器4接入监控系统，从而实现传感器冗余切换。

4、监控系统“冗余传感器切换激活”故障指示确认复位后，或者手动切换旋钮复位后，继电器2断电复位，第二传感器4断开，第一传感器3重新接入监控系统。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，进一步改进了对于第一传感器3的监测方式。

实施例一采用的是目前常见的采用监控系统进行监测的方式，这种方式依靠监控系统对第一传感器3的输出电压进行监测，并在超出阈值时报警并切换。而在本实施例中，如图2所示，额外设置了第一故障继电器Ks，第一故障继电器Ks的线圈直接与监控系统相连，可以通过监控系统中微处理器的引脚，控制第一故障继电器Ks的通断。此时自动切换开关K2即为第一故障继电器Ks的常开触点。

本实施例通过监控系统直接控制第一故障继电器，与实施例一相比，省去了信号的发送和接收环节，可靠性更高。

实施例三

本实施例在实施例一的基础上，进一步改进了对于第一传感器3的监测方式，如图3所示，与实施例一和实施例二不同，本实施例不使用监控系统判断第一传感器3是否故障，而是在第一传感器3处额外设置了电压检测模块，电压检测模块的一端与第一传感器3的第一接线端相连，另一端与第一传感器3的第二接线端相连。

在本实施例中，电压检测模块具有输出功能，可以将测得的电压值输出，以进行后续的判断动作。

为了对电压检测模块输出值进行判断比较，本实施例中还设置了阈值比较模块7、第二故障继电器Ks2和可编程控制器8。其中阈值比较模块7的输入端与电压检测模块的输出端相连，阈值比较模块7的输出端与可编程控制器8的输入端相连，可编程控制器8的两个输出端分别与第二故障继电器Ks2的量线圈端子相连，形成回路，即此时自动切换开关K2为第二故障继电器Ks2的常开触点。

电压监测模块的输出信号输入到阈值比较模块7中进行比较，阈值比较模块7用于判断电压监测模块输出的第一传感器的电压是否在0.5V-4.5V的正常工作范围内，可以选择使用窗口比较器电路，上限阈值设置为4.5V，下限阈值设置为0.5V，当判断电压值小于0.5V或大于4.5V时，输出低电平信号，否则输出高电平信号。

可编程控制器8接收阈值比较模块7的输出信号，并控制第二故障继电器Ks2的通断，当接收到高电平信号时，与第二故障继电器Ks2线圈端子相连的两个输出端均为低电平，即此时线圈未得电，常闭触点闭合，常开触点断开，即相当于实施例一中的自动切换开关K2断开。

当接收到低电平信号，即电压超出阈值范围时，可编程控制器与第二故障继电器线圈端子正极相连的输出端置为高电平，此时第二故障继电器的线圈得电，常开触点闭合，即相当于自动切换开关K2闭合，继电器2线圈得电，将第一传感器3切换为第二传感器4。

在一些实施方式中，系统中还包括第二电源，第二电源与第一传感器3、第二传感器4、阈值比较模块7和可编程控制器8电连接，为第一传感器、第二传感器、阈值比较模块和可编程控制器供电

此外，在其他的一些实施方式中，还可以直接用可编程控制器8替代自动切换开关K2所在支路的功能。此时，第一电源6、手动切换开关K1和继电器2的线圈接线端子串联形成手动切换控制回路，可编程控制器8的两个输出端直接并联接在继电器2的两个线圈接线端子上，形成自动切换控制回路。当第一传感器的电压在0.5V-4.5V的正常工作范围内时，可编程控制器8与继电器2相连的两个输出端均置为低电平，相当于自动切换开关K2处于断开状态；当电压超出阈值时，可编程控制器8与继电器2线圈正极接线端子相连的输出端置为高电平，此时相当于自动切换开关K2处于闭合状态，继电器2线圈得电，常开、常闭触点的接触状态切换，将第二传感器4接入监控系统1。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传感器冗余控制系统，其特征在于，包括监控系统、继电器、第一传感器、第二传感器、切换单元和第一电源，所述第一传感器通过继电器的常闭触点与监控系统相连，所述第二传感器通过继电器的常开触点与监控系统相连，所述切换单元、第一电源和继电器线圈接线端子串联形成切换控制回路。

2.如权利要求1所述的一种传感器冗余控制系统，其特征在于，所述监控系统的第一接线端与所述继电器第一触点的公共端相连，所述继电器第一触点的常闭端与第一传感器的第一接线端相连，所述监控系统的第二接线端与所述继电器第二触点的公共端相连，所述继电器第二触点的常闭端与第一传感器的第二接线端相连。

3.如权利要求2所述的一种传感器冗余控制系统，其特征在于，所述继电器第一触点的常开端与第二传感器的第一接线端相连，所述继电器第二触点的常开端与第二传感器的第二接线端相连。

4.如权利要求1所述的一种传感器冗余控制系统，其特征在于，所述切换单元包括手动切换开关和自动切换开关，所述手动切换开关和所述自动切换开关并联。

5.如权利要求4所述的一种传感器冗余控制系统，其特征在于，还包括第一故障继电器，所述第一故障继电器的线圈与监控系统相连，所述自动切换开关为所述第一故障继电器的常开触点。

6.如权利要求4所述的一种传感器冗余控制系统，其特征在于，还包括电压检测模块，所述电压检测模块一端与第一传感器的第一接线端相连，另一端与第一传感器的第二接线端相连。

7.如权利要求6所述的一种传感器冗余控制系统，其特征在于，还包括阈值比较模块、第二故障继电器和可编程控制器，所述阈值比较模块的输入端与电压检测模块的输出端相连，所述阈值比较模块的输出端与可编程控制器的输入端相连，可编程控制器的两个输出端分别与第二故障继电器的两个线圈端子相连，所述自动切换开关为所述第二故障继电器的常开触点。

8.如权利要求7所述的一种传感器冗余控制系统，其特征在于，所述阈值比较模块为窗口比较器电路。

9.如权利要求8所述的一种传感器冗余控制系统，其特征在于，还包括第二电源，所述第二电源与第一传感器、第二传感器、阈值比较模块和可编程控制器电连接，为第一传感器、第二传感器、阈值比较模块和可编程控制器供电。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种传感器冗余控制系统，其特征在于，还包括故障指示灯，所述故障指示灯串接在切换控制回路中。