一种电流模拟量信号分配器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种电流模拟量信号分配器，其特征在于：它包括DC/DC电源模块、信号接收及处理模块、故障诊断模块、隔离放大器、V/I模块和信号分配模块；DC/DC电源模块用于提供供电电压，输入的4～20mA电流信号分别发送到信号接收及处理模块和信号分配模块；信号接收及处理模块将输入的电流信号转换成电压信号并进行处理，并将处理后的电压信号分别发送到隔离放大器；隔离放大器将接收的电压信号进行隔离放大处理并将处理后得到的信号发送到V/I模块；V/I模块将电压信号转换为4～20mA电流信号，并将其发送到信号分配模块；故障诊断模块对信号接收及处理模块内部故障进行诊断，如果供电电压正常，三路输出4～20mA电流，如果供电电压发生故障，输出1路4～20mA电流信号，其它两路输出电流信号为0。
【专利说明】一种电流模拟量信号分配器
【技术领域】
[0001]本发明涉及模拟量信号分配装置【技术领域】，特别是关于一种适用于深水防喷器电液复合控制系统中传感器信号采集的电流模拟量信号分配器。
【背景技术】
[0002]水下防喷器电液复合控制系统是对可靠性要求极高的系统，通常采用两重冗余或是三重冗余设计，需要将一路传感器信号输入到两个或是三个信号接收模块中，而传统的电流模拟量信号分配器的电源模块在出现故障时，会造成传感器信号的失真或丢失，而水下设备是不能够随时更换故障元件的；另外，如果在钻井中出现问题，将会给后续的钻井操作带来很大的麻烦，这就需要一种故障处理机制，当故障出现时，自动跳过故障模块，保证信号的正常接收。因此，需要设计一种具有故障诊断和旁通功能的新型电流模拟量信号分配器来适应这种特殊工况。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有故障诊断和旁通功能的电流模拟量信号分配器。
[0004]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种电流模拟量信号分配器，其特征在于:它包括一个DC/DC电源模块、一个信号接收及处理模块、一个故障诊断模块、三个隔离放大器、三个V/I模块和一个信号分配模块，所述DC/DC电源模块用于为所述信号接收及处理模块供电；外部输入的4?20mA电流信号分别发送到所述信号接收及处理模块和信号分配模块，所述信号接收及处理模块将输入的4?20mA电流信号转换成I?5V电压信号同时对电压信号进行放大差分处理，并将处理后的电压信号分别发送到每一所述隔离放大器；每一所述隔离放大器将接收的电压信号进行隔离放大处理，并将处理后得到的信号发送到每一所述V/I模块；每一所述V/I模块将电压信号转换为4?20mA电流信号，并将电流信号发送到所述信号分配模块；所述故障诊断模块用于诊断所述信号接收及处理模块的供电电压是否正常，如果供电电压正常，每一所述V/I模块分别将4?20mA的电流信号经所述信号分配模块分成三路输出，如果供电电压发生故障，所述故障诊断模块对信号分配模块进行控制，所述信号分配模块阻断三个所述V/I模块输出的电流信号，直接将接收的外部输入的4?20mA电流信号输出，其它两路输出电流信号为O。
[0005]所述信号分配模块包括第一微型继电器、第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器；所述第一微型继电器常开触点的一端连接+12V输入电压，所述第一微型继电器的常开触点的另一端并联连接所述第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器的线圈的一端，所述第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器的线圈的另一端连接OV输入电压；当所述故障诊断模块检测到供电电压正常时，所述第一微型继电器线圈通电闭合，则所述第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器的线圈通电，此时所述第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器常开触点分别连接三路所述V/I模块的输出端，同时输出4?20mA三路电流信号；当供电发生电压故障时,所述第一微型继电器线圈断电，此时所述第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器线圈断电，所述第二微型继电器的常闭触点连接输入端输入4?20mA电流信号直接输出外部输入的不经处理的4?20mA电流信号，所述第三微型继电器和第四微型继电器的常开触点断开，其余两路输出信号为O。
[0006]所述故障诊断模块包括第一可变电阻器、第二可变电阻器，与非门逻辑电路、第一稳压管、第二稳压管、二极管、三极管和电阻，其中，所述与非门逻辑电路包括第一与非门、第二与非门和第三与非门；所述故障诊断模块的输入端0V、24V+连接所述DC/DC电源模块的直流24V输出端，所述第一可变电阻器的一端连接OV电压，所述第一可变电阻器的另一端连接24V+电压，所述第一可变电阻器的滑动端连接所述第一与非门的两个输入端，所述第一与非门的输出端连接所述第二与非门的一输入端，所述第二与非门的另一输入端连接所述第二可变电阻器的滑动端，所述第二可变电阻器的一端连接OV电压，所述第二可变电阻器的另一端连接24V+电压，所述第二与非门的输出端连接所述第三与非门的一输入端，所述第三与非门的另一输入端并联连接与所述非门逻辑电路的电源正极和所述第二稳压管的输出端，所述第三与非门的输出端通过电阻连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极连接OV电压，所述三极管的集电极并联连接所述第一微型继电器的线圈一端和所述二极管的正极，所述第一微型继电器的线圈另一端和所述二极管的负极分别连接所述第一稳压管的输出端和所述第二稳压管的输入端，所述第一稳压管和第二稳压管的接地端连接OV电压。
[0007]所述隔离放大器采用TI公司的IS0124。
[0008]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:本发明包括DC/DC电源模块、信号接收及处理模块、故障诊断模块、隔离放大器、V/I模块和信号分配模块；DC/DC电源模块用于为信号接收及处理模块提供供电电压，外部输入的4?20mA电流信号分别发送到信号接收及处理模块和信号分配模块；信号接收及处理模块将输入的4?20mA电流信号转换成I?5V电压信号同时对电压信号进行放大差分处理，并将处理后的电压信号分别发送到每一隔离放大器；每一隔离放大器将接收的电压信号进行隔离放大处理，并将处理后得到的信号发送到每一 V/I模块；每一 V/I模块将电压信号转换为4?20mA电流信号，并将电流信号发送到信号分配模块；故障诊断模块对信号接收及处理模块的供电电压进行诊断，如果供电电压正常，每一 V/I模块分别将4?20mA的电流信号经信号分配模块分成三路输出，如果供电电压发生故障，故障诊断模块对信号分配模块进行控制，信号分配模块阻断三个V/I模块输出的电流信号，直接将接收的外部输入的4?20mA电流信号输出，其它两路输出电流信号为0，因此本发明可以实现一路4?20mA电流模拟量信号输入，三路相等的4?20mA电流信号输出，达到模拟量信号的冗余分配，具有故障诊断和旁通功能、工作稳定可靠的优点，满足工业现场要求，特别适用于深水防喷器电液复合控制系统中传感器信号的采集。本发明可以广泛应用于深水防喷器电液复合控制系统中。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。[0010]图1是本发明电流模拟量信号分配器的结构框图；
[0011]图2是本发明的信号分配模块的结构示意图；
[0012]图3是本发明的信号分配模块的原理示意图；
[0013]图4是本发明故障诊断模块的原理示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0015]如图1所示，本发明的电流模拟量信号分配器包括一个DC/DC电源模块1、一个信号接收及处理模块2、一个故障诊断模块3、三个隔离放大器4、三个V/I (电压/电流转换)模块5和一个信号分配模块6,DC/DC电源模块I用于为信号接收及处理模块2提供供电电压；外部输入的4?20mA电流信号分别发送到信号接收及处理模块2和信号分配模块3 ；信号接收及处理模块2将输入的4?20mA电流信号转换成I?5V电压信号同时对电压信号进行放大差分处理，并将处理后的电压信号分别发送到每一隔离放大器4;每一隔离放大器4将接收的电压信号进行隔离放大处理，并将隔离放大处理后得到的信号发送到每一V/I模块5 ;每一 V/I模块5将电压信号转换为4?20mA电流信号，并将电流信号发送到信号分配模块3 ;故障诊断模块3用于对信号接收及处理模块I的供电电压进行诊断，如果供电电压正常，故障诊断模块3不对信号分配模块6进行控制,每一 V/I模块5分别将4?20mA的电流信号经信号分配模块6分成三路输出，如果供电电压发生故障，故障诊断模块3对信号分配模块6进行控制，信号分配模块6阻断三个V/I模块5输出的电流信号，直接将接收的外部输入的4?20mA电流信号输出，其它两路输出电流信号为O。
[0016]在一个优选的实施例中，信号接收及处理模块2包括一信号接收模块和一仪表放大器，信号接收模块用于将输入的4?20mA电流信号转换成I?5V电压信号。仪表放大器可以选用TI公司的INA128，能够放大差分信号，衰减共模电压，其中，仪表放大器输入端连接信号接收模块的输出端，仪表放大器的输出端连接每一隔离放大器4的输入端。
[0017]在一个优选的实施例中，如图2、图3所不,信号分配模块6包括第一微型继电器J1、第二微型继电器J2、第三微型继电器J3和第四微型继电器J4，第一微型继电器Jl常开触点的一端连接+12V输入电压，第一微型继电器Jl常开触点的另一端并联连接第二微型继电器J2、第三微型继电器J3和第四微型继电器J4的线圈的一端，第二微型继电器J2、第三微型继电器J3和第四微型继电器J4的线圈的另一端连接OV输入电压。当故障诊断模块3检测到供电电压正常时，第一微型继电器Jl通电闭合，则第二微型继电器J2、第三微型继电器J3和第四微型继电器J4的线圈通电，第二微型继电器J2、第三微型继电器J3和第四微型继电器J4线圈通电，此时第二微型继电器J2、第三微型继电器J3和第四微型继电器J4的常开触点分别连接三路V/I模块的输出端，同时输出4?20mA三路电流信号；当供电发生电压故障时，第一微型继电器Jl线圈断电，此时第二微型继电器J2、第三微型继电器J3和第四微型继电器J4线圈断电，第二微型继电器J2的常开触点断开，且常闭触点连接输入端输入4?20mA电流信号直接输出外部输入的不经处理的4?20mA电流信号,第三微型继电器J3和第四微型继电器J4的常开触点断开，其余两路输出信号为O。
[0018]在一个优选的实施例中，如图4表示，故障诊断模块3包括第一可变电阻器W1、第二可变电阻器W2，与非门逻辑电路、第一稳压管U2、第二稳压管U3、二极管D1、三极管Ql和电阻Rl，其中，与非门逻辑电路可以采用74LS00，包括第一与非门YA、第二与非门YB和第三与非门YC ;第一稳压管U2可以采用78L05，第二稳压管U3可以采用78L12 ;故障诊断模块3的输入端0V、24V+连接DC/DC电源模块I的直流24V输出端，第一可变电阻器Wl的一端a连接OV电压、第一可变电阻器Wl的另一端b连接24V+电压，第一可变电阻器Wl的滑动端c连接第一与非门YA的两个输入端a和b,第一与非门YA的输出端c连接第二与非门YB的一输入端b，第二与非门YB的另一输入端a连接第二可变电阻器W2的滑动端C，第二可变电阻器W2的一端a连接OV电压，第二可变电阻器W2的另一端b连接24V+电压，第二与非门YB的输出端c连接第三与非门YC的一输入端b，第三与非门YC的另一输入端a并联连接与非门逻辑电路的电源正极和第二稳压管U3的输出端，第三与非门YC的输出端通过电阻Rl连接三极管Ql的基极，三极管Ql的发射极连接OV电压，三极管Ql的集电极并联连接第一微型继电器Jl线圈的一端和二极管Dl的正极，第一微型继电器Jl线圈的另一端和二极管Dl的负极分别连接第一稳压管U2的输出端和第二稳压管U3的输入端，第一稳压管U2和第二稳压管U3的接地端连接OV电压。当输入电压为24V时，第一可变电阻器Wl的滑动端c的电压为高电平电压，第二可变电阻器W2的滑动端c的电压为低电平电压。第一可变电阻器Wl的滑动端c用于检测高电压，当输入端电压高于30V时，滑动端c给第一非门YA的a和b输入高电平，此时第三与非门YC的c输出低电平，第一微型继电器Jl线圈断电；第二可变电阻器W2的滑动端c用于检测低电压，当输入端电压低于18V时，滑动端c给与第二与非门的a输入低电平，此时与第三非门YC的c也输出低电平，第一微型继电器Jl线圈断电；当检测到输入电压在18V到30V之间时，第一可变电阻器Wl滑动端c给与第一与非门YA的a和b输入低电平，第二滑动变阻器W2滑动端c给与第二与非门的a输入高电平，此时第三与非门YC的c输出高电平，第一微型继电器Jl线圈通电；当检测到电压高压30V或是低于18V时，判断为供电电压故障。
[0019]在一个优选的实施例中，隔离放大器4可以采用TI公司的IS0124，它是一个高精度电容型模拟量隔离放大器，实现输出信号与输入信号的隔离。
[0020]上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种电流模拟量信号分配器,其特征在于:它包括一个DC/DC电源模块、一个信号接收及处理模块、一个故障诊断模块、三个隔离放大器、三个V/I模块和一个信号分配模块，所述DC/DC电源模块用于为所述信号接收及处理模块供电；外部输入的4~20mA电流信号分别发送到所述信号接收及处理模块和信号分配模块，所述信号接收及处理模块将输入的4~20mA电流信号转换成I~5V电压信号同时对电压信号进行放大差分处理,并将处理后的电压信号分别发送到每一所述隔离放大器；每一所述隔离放大器将接收的电压信号进行隔离放大处理，并将处理后得到的信号发送到每一所述V/I模块；每一所述V/I模块将电压信号转换为4~20mA电流信号，并将电流信号发送到所述信号分配模块；所述故障诊断模块用于诊断所述信号接收及处理模块的供电电压是否正常，如果供电电压正常，每一所述V/I模块分别将4~20mA的电流信号经所述信号分配模块分成三路输出，如果供电电压发生故障，所述故障诊断模块对信号分配模块进行控制，所述信号分配模块阻断三个所述V/I模块输出的电流信号，直接将接收的外部输入的4~20mA电流信号输出，其它两路输出电流信号为O。
2.如权利要求1所述的一种电流模拟量信号分配器，其特征在于:所述信号分配模块包括第一微型继电器、第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器；所述第一微型继电器常开触点的一端连接+12V输入电压，所述第一微型继电器的常开触点的另一端并联连接所述第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器的线圈的一端，所述第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器的线圈的另一端连接OV输入电压；当所述故障诊断模块检测到供电电压正常时，所述第一微型继电器线圈通电闭合，则所述第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器的线圈通电，此时所述第二微型继电器、第三微型继电器和 第四微型继电器常开触点分别连接三路所述V/I模块的输出端，同时输出4~20mA三路电流信号；当供电发生电压故障时，所述第一微型继电器线圈断电，此时所述第二微型继电器、第三微型继电器和第四微型继电器线圈断电，所述第二微型继电器的常闭触点连接输入端输入4~20mA电流信号直接输出外部输入的不经处理的4~20mA电流信号，所述第三微型继电器和第四微型继电器的常开触点断开，其余两路输出信号为O。
3.如权利要求2所述的一种电流模拟量信号分配器，其特征在于:所述故障诊断模块包括第一可变电阻器、第二可变电阻器，与非门逻辑电路、第一稳压管、第二稳压管、二极管、三极管和电阻，其中，所述与非门逻辑电路包括第一与非门、第二与非门和第三与非门；所述故障诊断模块的输入端0V、24V+连接所述DC/DC电源模块的直流24V输出端，所述第一可变电阻器的一端连接OV电压，所述第一可变电阻器的另一端连接24V+电压，所述第一可变电阻器的滑动端连接所述第一与非门的两个输入端，所述第一与非门的输出端连接所述第二与非门的一输入端，所述第二与非门的另一输入端连接所述第二可变电阻器的滑动端，所述第二可变电阻器的一端连接OV电压，所述第二可变电阻器的另一端连接24V+电压，所述第二与非门的输出端连接所述第三与非门的一输入端，所述第三与非门的另一输入端并联连接与所述非门逻辑电路的电源正极和所述第二稳压管的输出端，所述第三与非门的输出端通过电阻连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极连接OV电压，所述三极管的集电极并联连接所述第一微型继电器的线圈一端和所述二极管的正极，所述第一微型继电器的线圈另一端和所述二极管的负极分别连接所述第一稳压管的输出端和所述第二稳压管的输入端，所述第一稳压管和第二稳压管的接地端连接OV电压。
4.如权利要求1或2或3所述的一种 电流模拟量信号分配器，其特征在于:所述隔离放大器采用TI公司的IS0124。
【文档编号】G05B9/03GK103913988SQ201410135855
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】刘立兵, 许宏奇, 粟京, 李迅科, 刘健, 牛海峰, 陈艳东, 高肇凌 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院, 河北华北石油荣盛机械制造有限公司