電流模擬量信號分配器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電流模擬量信號分配器，其特征在于：它包括DC/DC電源模塊、信號接收及處理模塊、故障診斷模塊、隔離放大器、V/I模塊和信號分配模塊；DC/DC電源模塊用于提供供電電壓，輸入的4～20mA電流信號分別發(fā)送到信號接收及處理模塊和信號分配模塊；信號接收及處理模塊將輸入的電流信號轉換成電壓信號并進行處理，并將處理后的電壓信號分別發(fā)送到隔離放大器；隔離放大器將接收的電壓信號進行隔離放大處理并將處理后得到的信號發(fā)送到V/I模塊；V/I模塊將電壓信號轉換為4～20mA電流信號，并將其發(fā)送到信號分配模塊；故障診斷模塊對信號接收及處理模塊內部故障進行診斷，如果供電電壓正常，三路輸出4～20mA電流，如果供電電壓發(fā)生故障，輸出1路4～20mA電流信號，其它兩路輸出電流信號為0。
【專利說明】電流模擬量信號分配器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及模擬量信號分配裝置【技術領域】，特別是關于一種適用于深水防噴器電液復合控制系統(tǒng)中傳感器信號采集的電流模擬量信號分配器。
【背景技術】
[0002]水下防噴器電液復合控制系統(tǒng)是對可靠性要求極高的系統(tǒng)，通常采用兩重冗余或是三重冗余設計，需要將一路傳感器信號輸入到兩個或是三個信號接收模塊中，而傳統(tǒng)的電流模擬量信號分配器的電源模塊在出現(xiàn)故障時，會造成傳感器信號的失真或丟失，而水下設備是不能夠隨時更換故障元件的；另外，如果在鉆井中出現(xiàn)問題，將會給后續(xù)的鉆井操作帶來很大的麻煩，這就需要一種故障處理機制，當故障出現(xiàn)時，自動跳過故障模塊，保證信號的正常接收。因此，需要設計一種具有故障診斷和旁通功能的新型電流模擬量信號分配器來適應這種特殊工況。

【發(fā)明內容】

[0003]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種具有故障診斷和旁通功能的電流模擬量信號分配器。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術方案:一種電流模擬量信號分配器，其特征在于:它包括一個DC/DC電源模塊、一個信號接收及處理模塊、一個故障診斷模塊、三個隔離放大器、三個V/I模塊和一個信號分配模塊，所述DC/DC電源模塊用于為所述信號接收及處理模塊供電；外部輸入的4?20mA電流信號分別發(fā)送到所述信號接收及處理模塊和信號分配模塊，所述信號接收及處理模塊將輸入的4?20mA電流信號轉換成I?5V電壓信號同時對電壓信號進行放大差分處理，并將處理后的電壓信號分別發(fā)送到每一所述隔離放大器；每一所述隔離放大器將接收的電壓信號進行隔離放大處理，并將處理后得到的信號發(fā)送到每一所述V/I模塊；每一所述V/I模塊將電壓信號轉換為4?20mA電流信號，并將電流信號發(fā)送到所述信號分配模塊；所述故障診斷模塊用于診斷所述信號接收及處理模塊的供電電壓是否正常，如果供電電壓正常，每一所述V/I模塊分別將4?20mA的電流信號經(jīng)所述信號分配模塊分成三路輸出，如果供電電壓發(fā)生故障，所述故障診斷模塊對信號分配模塊進行控制，所述信號分配模塊阻斷三個所述V/I模塊輸出的電流信號，直接將接收的外部輸入的4?20mA電流信號輸出，其它兩路輸出電流信號為O。
[0005]所述信號分配模塊包括第一微型繼電器、第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器；所述第一微型繼電器常開觸點的一端連接+12V輸入電壓，所述第一微型繼電器的常開觸點的另一端并聯(lián)連接所述第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器的線圈的一端，所述第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器的線圈的另一端連接OV輸入電壓；當所述故障診斷模塊檢測到供電電壓正常時，所述第一微型繼電器線圈通電閉合，則所述第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器的線圈通電，此時所述第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器常開觸點分別連接三路所述V/I模塊的輸出端，同時輸出4?20mA三路電流信號；當供電發(fā)生電壓故障時,所述第一微型繼電器線圈斷電，此時所述第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器線圈斷電，所述第二微型繼電器的常閉觸點連接輸入端輸入4?20mA電流信號直接輸出外部輸入的不經(jīng)處理的4?20mA電流信號，所述第三微型繼電器和第四微型繼電器的常開觸點斷開，其余兩路輸出信號為O。
[0006]所述故障診斷模塊包括第一可變電阻器、第二可變電阻器，與非門邏輯電路、第一穩(wěn)壓管、第二穩(wěn)壓管、二極管、三極管和電阻，其中，所述與非門邏輯電路包括第一與非門、第二與非門和第三與非門；所述故障診斷模塊的輸入端0V、24V+連接所述DC/DC電源模塊的直流24V輸出端，所述第一可變電阻器的一端連接OV電壓，所述第一可變電阻器的另一端連接24V+電壓，所述第一可變電阻器的滑動端連接所述第一與非門的兩個輸入端，所述第一與非門的輸出端連接所述第二與非門的一輸入端，所述第二與非門的另一輸入端連接所述第二可變電阻器的滑動端，所述第二可變電阻器的一端連接OV電壓，所述第二可變電阻器的另一端連接24V+電壓，所述第二與非門的輸出端連接所述第三與非門的一輸入端，所述第三與非門的另一輸入端并聯(lián)連接與所述非門邏輯電路的電源正極和所述第二穩(wěn)壓管的輸出端，所述第三與非門的輸出端通過電阻連接所述三極管的基極，所述三極管的發(fā)射極連接OV電壓，所述三極管的集電極并聯(lián)連接所述第一微型繼電器的線圈一端和所述二極管的正極，所述第一微型繼電器的線圈另一端和所述二極管的負極分別連接所述第一穩(wěn)壓管的輸出端和所述第二穩(wěn)壓管的輸入端，所述第一穩(wěn)壓管和第二穩(wěn)壓管的接地端連接OV電壓。
[0007]所述隔離放大器采用TI公司的IS0124。
[0008]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:本實用新型包括DC/DC電源模塊、信號接收及處理模塊、故障診斷模塊、隔離放大器、V/ι模塊和信號分配模塊；DC/DC電源模塊用于為信號接收及處理模塊提供供電電壓，外部輸入的4?20mA電流信號分別發(fā)送到信號接收及處理模塊和信號分配模塊；信號接收及處理模塊將輸入的4?20mA電流信號轉換成I?5V電壓信號同時對電壓信號進行放大差分處理,并將處理后的電壓信號分別發(fā)送到每一隔離放大器；每一隔離放大器將接收的電壓信號進行隔離放大處理，并將處理后得到的信號發(fā)送到每一 V/I模塊；每一 V/I模塊將電壓信號轉換為4?20mA電流信號，并將電流信號發(fā)送到信號分配模塊；故障診斷模塊對信號接收及處理模塊的供電電壓進行診斷，如果供電電壓正常，每一 V/I模塊分別將4?20mA的電流信號經(jīng)信號分配模塊分成三路輸出，如果供電電壓發(fā)生故障，故障診斷模塊對信號分配模塊進行控制，信號分配模塊阻斷三個V/I模塊輸出的電流信號，直接將接收的外部輸入的4?20mA電流信號輸出，其它兩路輸出電流信號為0，因此本實用新型可以實現(xiàn)一路4?20mA電流模擬量信號輸入，三路相等的4?20mA電流信號輸出，達到模擬量信號的冗余分配，具有故障診斷和旁通功能、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，滿足工業(yè)現(xiàn)場要求，特別適用于深水防噴器電液復合控制系統(tǒng)中傳感器信號的采集。本實用新型可以廣泛應用于深水防噴器電液復合控制系統(tǒng)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]以下結合附圖來對本實用新型進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本實用新型，它們不應該理解成對本實用新型的限制。[0010]圖1是本實用新型電流模擬量信號分配器的結構框圖；
[0011]圖2是本實用新型的信號分配模塊的結構示意圖；
[0012]圖3是本實用新型的信號分配模塊的原理示意圖；
[0013]圖4是本實用新型故障診斷模塊的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0015]如圖1所示，本實用新型的電流模擬量信號分配器包括一個DC/DC電源模塊1、一個信號接收及處理模塊2、一個故障診斷模塊3、三個隔離放大器4、三個V/I (電壓/電流轉換)模塊5和一個信號分配模塊6, DC/DC電源模塊I用于為信號接收及處理模塊2提供供電電壓；外部輸入的4?20mA電流信號分別發(fā)送到信號接收及處理模塊2和信號分配模塊3 ;信號接收及處理模塊2將輸入的4?20mA電流信號轉換成I?5V電壓信號同時對電壓信號進行放大差分處理，并將處理后的電壓信號分別發(fā)送到每一隔離放大器4;每一隔離放大器4將接收的電壓信號進行隔離放大處理，并將隔離放大處理后得到的信號發(fā)送到每一 V/I模塊5 ;每一 V/I模塊5將電壓信號轉換為4?20mA電流信號，并將電流信號發(fā)送到信號分配模塊3 ;故障診斷模塊3用于對信號接收及處理模塊I的供電電壓進行診斷，如果供電電壓正常，故障診斷模塊3不對信號分配模塊6進行控制，每一 V/I模塊5分別將4?20mA的電流信號經(jīng)信號分配模塊6分成三路輸出，如果供電電壓發(fā)生故障，故障診斷模塊3對信號分配模塊6進行控制，信號分配模塊6阻斷三個V/I模塊5輸出的電流信號，直接將接收的外部輸入的4?20mA電流信號輸出，其它兩路輸出電流信號為O。
[0016]在一個優(yōu)選的實施例中，信號接收及處理模塊2包括一信號接收模塊和一儀表放大器，信號接收模塊用于將輸入的4?20mA電流信號轉換成I?5V電壓信號。儀表放大器可以選用TI公司的INA128，能夠放大差分信號，衰減共模電壓，其中，儀表放大器輸入端連接信號接收模塊的輸出端，儀表放大器的輸出端連接每一隔離放大器4的輸入端。
[0017]在一個優(yōu)選的實施例中，如圖2、圖3所不,信號分配模塊6包括第一微型繼電器J1、第二微型繼電器J2、第三微型繼電器J3和第四微型繼電器J4，第一微型繼電器Jl常開觸點的一端連接+12V輸入電壓，第一微型繼電器Jl常開觸點的另一端并聯(lián)連接第二微型繼電器J2、第三微型繼電器J3和第四微型繼電器J4的線圈的一端，第二微型繼電器J2、第三微型繼電器J3和第四微型繼電器J4的線圈的另一端連接OV輸入電壓。當故障診斷模塊3檢測到供電電壓正常時，第一微型繼電器Jl通電閉合，則第二微型繼電器J2、第三微型繼電器J3和第四微型繼電器J4的線圈通電，第二微型繼電器J2、第三微型繼電器J3和第四微型繼電器J4線圈通電，此時第二微型繼電器J2、第三微型繼電器J3和第四微型繼電器J4的常開觸點分別連接三路V/I模塊的輸出端，同時輸出4?20mA三路電流信號；當供電發(fā)生電壓故障時，第一微型繼電器Jl線圈斷電，此時第二微型繼電器J2、第三微型繼電器J3和第四微型繼電器J4線圈斷電，第二微型繼電器J2的常開觸點斷開，且常閉觸點連接輸入端輸入4?20mA電流信號直接輸出外部輸入的不經(jīng)處理的4?20mA電流信號,第三微型繼電器J3和第四微型繼電器J4的常開觸點斷開，其余兩路輸出信號為O。
[0018]在一個優(yōu)選的實施例中，如圖4表示，故障診斷模塊3包括第一可變電阻器W1、第二可變電阻器W2，與非門邏輯電路、第一穩(wěn)壓管U2、第二穩(wěn)壓管U3、二極管D1、三極管Ql和電阻Rl，其中，與非門邏輯電路可以采用74LS00，包括第一與非門YA、第二與非門YB和第三與非門YC ;第一穩(wěn)壓管U2可以采用78L05，第二穩(wěn)壓管U3可以采用78L12 ;故障診斷模塊
3的輸入端0V、24V+連接DC/DC電源模塊I的直流24V輸出端，第一可變電阻器Wl的一端a連接OV電壓、第一可變電阻器Wl的另一端b連接24V+電壓，第一可變電阻器Wl的滑動端c連接第一與非門YA的兩個輸入端a和b,第一與非門YA的輸出端c連接第二與非門YB的一輸入端b，第二與非門YB的另一輸入端a連接第二可變電阻器W2的滑動端C，第二可變電阻器W2的一端a連接OV電壓，第二可變電阻器W2的另一端b連接24V+電壓，第二與非門YB的輸出端c連接第三與非門YC的一輸入端b，第三與非門YC的另一輸入端a并聯(lián)連接與非門邏輯電路的電源正極和第二穩(wěn)壓管U3的輸出端，第三與非門YC的輸出端通過電阻Rl連接三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極連接OV電壓，三極管Ql的集電極并聯(lián)連接第一微型繼電器Jl線圈的一端和二極管Dl的正極，第一微型繼電器Jl線圈的另一端和二極管Dl的負極分別連接第一穩(wěn)壓管U2的輸出端和第二穩(wěn)壓管U3的輸入端，第一穩(wěn)壓管U2和第二穩(wěn)壓管U3的接地端連接OV電壓。當輸入電壓為24V時，第一可變電阻器Wl的滑動端c的電壓為高電平電壓，第二可變電阻器W2的滑動端c的電壓為低電平電壓。第一可變電阻器Wl的滑動端c用于檢測高電壓，當輸入端電壓高于30V時，滑動端c給第一非門YA的a和b輸入高電平，此時第三與非門YC的c輸出低電平，第一微型繼電器Jl線圈斷電；第二可變電阻器W2的滑動端c用于檢測低電壓，當輸入端電壓低于18V時，滑動端c給與第二與非門的a輸入低電平，此時與第三非門YC的c也輸出低電平，第一微型繼電器Jl線圈斷電；當檢測到輸入電壓在18V到30V之間時，第一可變電阻器Wl滑動端c給與第一與非門YA的a和b輸入低電平，第二滑動變阻器W2滑動端c給與第二與非門的a輸入高電平，此時第三與非門YC的c輸出高電平，第一微型繼電器Jl線圈通電；當檢測到電壓高壓30V或是低于18V時，判斷為供電電壓故障。
[0019]在一個優(yōu)選的實施例中，隔離放大器4可以采用TI公司的IS0124，它是一個高精度電容型模擬量隔離放大器，實現(xiàn)輸出信號與輸入信號的隔離。
[0020]上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
【權利要求】
1.一種電流模擬量信號分配器,其特征在于:它包括一個DC/DC電源模塊、一個信號接收及處理模塊、一個故障診斷模塊、三個隔離放大器、三個V/I模塊和一個信號分配模塊，所述DC/DC電源模塊用于為所述信號接收及處理模塊供電；外部輸入的4~20mA電流信號分別發(fā)送到所述信號接收及處理模塊和信號分配模塊，所述信號接收及處理模塊將輸入的4~20mA電流信號轉換成I~5V電壓信號同時對電壓信號進行放大差分處理,并將處理后的電壓信號分別發(fā)送到每一所述隔離放大器；每一所述隔離放大器將接收的電壓信號進行隔離放大處理，并將處理后得到的信號發(fā)送到每一所述V/I模塊；每一所述V/I模塊將電壓信號轉換為4~20mA電流信號，并將電流信號發(fā)送到所述信號分配模塊；所述故障診斷模塊用于診斷所述信號接收及處理模塊的供電電壓是否正常，如果供電電壓正常，每一所述V/I模塊分別將4~20mA的電流信號經(jīng)所述信號分配模塊分成三路輸出，如果供電電壓發(fā)生故障，所述故障診斷模塊對信號分配模塊進行控制，所述信號分配模塊阻斷三個所述V/I模塊輸出的電流信號，直接將接收的外部輸入的4~20mA電流信號輸出，其它兩路輸出電流信號為O。
2.如權利要求1所述的電流模擬量信號分配器，其特征在于:所述信號分配模塊包括第一微型繼電器、第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器；所述第一微型繼電器常開觸點的一端連接+12V輸入電壓，所述第一微型繼電器的常開觸點的另一端并聯(lián)連接所述第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器的線圈的一端，所述第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器的線圈的另一端連接OV輸入電壓；當所述故障診斷模塊檢測到供電電壓正常時，所述第一微型繼電器線圈通電閉合，則所述第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器的線圈通電，此時所述第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器常開觸點分別連接三路所述V/I模塊的輸出端，同時輸出4~20mA三路電流信號；當供電發(fā)生電壓故障時，所述第一微型繼電器線圈斷電，此時所述第二微型繼電器、第三微型繼電器和第四微型繼電器線圈斷電，所述第二微型繼電器的常閉觸點連接輸入端輸入4~20mA電流信號直接輸出外部輸入的不經(jīng)處理的4~20mA電流信號，所述第三微型繼電器和第四微型繼電器的常開觸點斷開，其余兩路輸出信號為O。
3.如權利要求2所述的電流模擬量信號分配器，其特征在于:所述故障診斷模塊包括第一可變電阻器、第二可變電阻器，與非門邏輯電路、第一穩(wěn)壓管、第二穩(wěn)壓管、二極管、三極管和電阻，其中，所述與非門邏輯電路包括第一與非門、第二與非門和第三與非門；所述故障診斷模塊的輸入端0V、24V+連接所述DC/DC電源模塊的直流24V輸出端，所述第一可變電阻器的一端連接OV電壓，所述第一可變電阻器的另一端連接24V+電壓，所述第一可變電阻器的滑動端連接所述第一與非門的兩個輸入端，所述第一與非門的輸出端連接所述第二與非門的一輸入端，所述第二與非門的另一輸入端連接所述第二可變電阻器的滑動端，所述第二可變電阻器的一端連接OV電壓，所述第二可變電阻器的另一端連接24V+電壓，所述第二與非門的輸出端連接所述第三與非門的一輸入端，所述第三與非門的另一輸入端并聯(lián)連接與所述非門邏輯電路的電源正極和所述第二穩(wěn)壓管的輸出端，所述第三與非門的輸出端通過電阻連接所述三極管的基極，所述三極管的發(fā)射極連接OV電壓，所述三極管的集電極并聯(lián)連接所述第一微型繼電器的線圈一端和所述二極管的正極，所述第一微型繼電器的線圈另一端和所述二極管的負極分別連接所述第一穩(wěn)壓管的輸出端和所述第二穩(wěn)壓管的輸入端，所述第一穩(wěn)壓管和第二穩(wěn)壓管的接地端連接OV電壓。
4.如權利要求1或2或3所述的電流模擬量信號分配器，其特征在于:所述隔離放大器采用TI公司的I S0124。
【文檔編號】G05B9/03GK203759446SQ201420164086
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】劉立兵, 許宏奇, 粟京, 李迅科, 劉健, 牛海峰, 陳艷東, 高肇凌 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院, 河北華北石油榮盛機械制造有限公司