一種用於海洋物探拖纜的物探儀器控制設備的製作方法

2023-06-02 00:40:26 1

本發明涉及一種用於海洋物探拖纜的物探儀器控制設備，屬於海洋地球物理勘探技術領域。

背景技術：

根據作業需求，海洋物探電纜設備的長度一般可達到6到12公裡的量級。一般，海洋物探電纜設備由多根電纜單元通過數字包串接而成。數字包中有專用的電源系統，從而實現整條拖纜的正常供電。

作業的時候，由於拖纜長度所限，海洋物探電纜設備必須要經船上電源設備提供高壓電源，從而實現長距離供電能力。為保證水下系統正常、安全地供電，船載系統必須要有一套供電監測裝置。當出現供電異常的時候，需要及時切斷電源以達到保護水下電路的目的。

現有的電源監測的軟體比較方式如圖1所示，它是將數據監測部分的數據轉發給軟體，由軟體完成對數據的處理，實現對電源的監測控制。

這種方案應用在海洋物探拖纜設備中存在較大不足。首先上述方案在進行電源監測過程中需要一個確定的閾值。而海洋物探拖纜設備的供電方式比較特殊，它採用逐級上電的方式，前一級設備供電完成並且沒有錯誤，才進行下一級設備供電。在這個過程中，電源狀態會隨著設備的增加而改變，因此用來進行比較的閾值就不再是一個固定值，對於上述電源監測方案都需要不停的重新設定新的比較閾值。

因此，本發明提出一種可以自動判斷電源比較閾值、自動判斷海洋物探拖纜設備上電狀態，並能實現高實時性硬體監測的物探儀器控制設備。以此來實現對海洋物探拖纜設備的電源進行高交互性、安全、高效、便捷。

技術實現要素：

本發明的技術解決問題：克服現有軟體化電源監測需要手動設置比較閾值的問題，提供一種用於海洋物探拖纜的物探儀器控制設備，通過高壓電源自身的監測電路進行電源數據採集，根據當前數字包數量自主設置比較閾值，緊密結合海洋物探拖纜設備的特點，使海海洋物探拖纜設備的電源監測做高交互性、安全、高效、便捷。

本發明的技術解決方案是：一種用於海洋物探拖纜的物探儀器控制設備，其特徵在於：將物探儀器控制設備使用串行總線與海洋物探拖纜設備連接，物探儀器控制設備通過人機接口模塊接收海洋物探拖纜設備的工作信息；物探儀器控制設備開始正常進行海洋物探拖纜設備電源監測；在監測過程中，物探儀器控制設備根據海洋物探拖纜設備的工作信息，自主的設定監測使用的閾值，然後向高壓電源設備發送命令，讀取數據進行比較，比較結果傳給高壓電源設備，高壓電源設備響應後作出相關處理，再將相關處理結果返回給物探儀器控制設備，直至上電初態結束。使海洋物探拖纜設備的電源監測做到高交互性、安全、高效、便捷。

所述物探儀器控制設備的實現過程為：根據預設流程進行電源監測，預設流程是先進行電源電壓檢測，下發打開第一級數字包(海洋物探拖纜設備信號採集單元)電源命令至高壓電源設備，根據高壓電源設備的測量電壓值的返回，在物探儀器控制設備中進行對比，出現異常會通知高壓電源設備切斷電源，並再通過通知物探儀器控制設備，等待故障排查和清除；測量電壓值如果正常，會進入電流檢測，下發相關命令至高壓電源設備，等待高壓電源設備的測量電流值的返回，在物探儀器控制設備中進行對比，出現異常將通知高壓電源設備切斷電源，並再返回物探儀器控制設備，等待故障排查和清除；測量電流值如果正常，則完成了一次完整的電源監測流程，下發打開下一級數值包命令，轉回電壓檢測，等待下次電源監測流程的到來。完成一次完整電源監測流程代表完成一級數字包上電及電源監測。當所有數字包完成上電後，海洋物探拖纜設備進入上電穩態，之前的時刻稱為上電初態。

所述軟體比較模塊包括第一通信模塊、比較模塊、協議模塊、命令模塊、人機接口模塊；

人機接口模塊，接收到來自鍵盤輸入的開始工作指令後，直接轉發給命令模塊；

命令模塊，根據人機接口模塊的工作指令生成上電命令；根據比較模塊的比較結果生成正常或異常命令；然後將上述命令傳給協議模塊；

協議模塊，對命令模塊傳來的命令進行協議封裝，將封裝好的命令送給第一通信模塊；同時對第一通信模塊上傳來的封裝後的測量電壓值和測量電流值進行解析，得到解析後的測量電壓值和測量電流值送給比較模塊；

比較模塊，對協議模塊傳來封裝後的上電命令中的數字包進行實時計算，計算出電流閾值和電壓閾值，並將協議模塊上傳的測量電壓值和電流值與所述電流閾值和電壓閾值進行比較，將比較結果傳給命令模塊；

第一通信模塊，將協議模塊傳來的封裝好的命令轉換成RS232信號輸出；同時對上傳的RS232信號解析出封裝後測量電壓值和測量電流值，並將封裝後的測量電壓值、測量電流值送至協議模塊中。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、自主設置比較閾值：

現有軟體化電源監測方案中往往需要一個明確的比較閾值。但在海洋物探拖纜設備上電初態過程中，因為逐級上電機制的存在，這個比較閾值時隨數字包數量而改變的。本發明的物探監測控制設備，可以通過數字包總數以及完成上電的數字數量自主的計算出當前電源監測需要的比較閾值。

2、自主判斷海洋物探拖纜設備上電狀態：

海洋物探拖纜設備上電過程存在上電初態、上電穩態兩個過程。這兩個過程中，海洋物探拖纜設備對電源監測的要求不同。本發明的物探監測控制設備能根據當前上電數字包數量自主的判斷出海洋物探拖纜設備目前處在的上電狀態。

附圖說明

圖1為現有技術中的軟體比較圖；

圖2為海洋物探拖纜設備示意圖；

圖3為本發明物探儀器控制設備實現流程圖；

圖4為本發明用於海洋物探拖纜的物探儀器控制設備組成框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細地描述：

如圖2所示，海洋物探設備主要由物探船上的儀器設備(圖上未標出)和水下拖纜組成。水下拖纜在正常作業過程中採用物探船上380V高壓電源供電，在這個過程中為了保證儀器設備的安全，需要對供電過程進行實時監控，這也是本發明的背景和應用領域。

一、海洋物探電纜設備上電過程

如圖2所示，海洋物探電纜由多級數字包組成，從安全角度考慮物探船上的高壓電源在給水下海洋物探電纜設備供電時，並不是採用直接給所有數字包(數字包為海洋物探電纜設備採集和傳輸單元)同時供電，而是採用在前一個數字包供電完成且正常的情況下再對下一個數字包進行供電的逐級上電方式。

在逐級上電過程中，因為用電的海洋物探電纜設備(數字包)的增加，海洋物探電纜設備的電源狀態也是隨之改變，電源監測的閾值也隨之改變。上電完成後，海洋物探電纜設備就進入相對比較穩定的狀態，電源供電也比較穩定。為了方便下面描述，將水下設備逐級上電的過程稱為上電初態，將逐級上電完成後的穩定狀態稱為上電穩態。

二、高壓電源設備

高壓電源設備就是安裝在物探船上為水下物探拖纜設備即被監測設備進行高壓供電的設備。此外，高壓電源設備帶有電壓、電流檢測功能，本發明中涉及的實時工作電壓、電流檢測是通過高壓電源設備實現的，即本發明實時電源數據是由高壓電源設備提供的。

三、物探儀器控制設備

物探儀器控制設備它主要負責控制整個物探拖纜設備的工作狀態：如物探拖纜設備什麼時候開始工作、傳輸數據、結束工作等。此外物探儀器控制設備的部分也參與本發明提及的電源實時監測部分。

四、本發明實施例

如圖3所示，在物探儀器控制設備中軟體比較模塊進行軟體比較過程為：根據預設流程進行電源監測，預設流程是先進行電源電壓檢測，下發相關命令給高壓電源設備，根據高壓電源設備的測量電壓值的返回，在物探儀器控制設備中進行對比，出現異常會通過通知高壓電源設備切斷電源，並再通知物探儀器控制設備，等待故障排查和清除；測量電壓值如果正常，會進入電流檢測，下發相關命令給高壓電源設備，等待高壓電源設備的測量電流值的返回，在物探儀器控制設備中進行對比，出現異常會通過通知高壓電源設備切斷電源，並再返回物探儀器控制設備，等待故障排查和清除；測量電流值如果正常，則完成了一次完整的電源監測流程，轉回電壓檢測，等待下次電源監測流程的到來。

如圖4所示，本發明物探儀器控制設備包括第一通信模塊5、比較模塊4、協議模塊3、命令模塊2、人機接口模塊1。

1、操作人員通過鍵盤輸入開始工作指令，輸入數字包總數量，整個實時電源監供裝置就會進入工作狀態。高壓電源設備給海洋物探拖纜設備上電時會處在逐級上電過程，即上電初態，此時選擇進行軟體比較。

2、物探儀器控制設備的人機接口模塊1接收到來自鍵盤輸入的開始工作指令後，直接轉發給命令模塊2，在命令模塊2中生成上電命令，此時為上電初態過程；然後輸出給協議模塊3，在協議模塊3中完成對上電命令的協議封裝；將封裝後的上電命令送給第一通信模塊5，在第一通信模塊5將封裝後的上電命令轉換成RS232信號，並輸出傳遞給高壓電源。

3、上電命令會通過不同通道同時分發給不同模塊：

高壓電源設備接收電壓查詢命令後，立即對海洋物探拖纜設備當前輸出電壓值進行測量，因為現在處在軟體比較過程，高壓電源設備會將當前電壓值返回給第一通信模塊5接收RS232信號並解析出封裝後的測量電壓值，再送入協議模塊3解析出測量電壓值，最後將測量電壓值送給物探儀器設備中的比較模塊4。

4.在比較模塊4中將測量電壓值與計算的閾值進行比較，如果比較結果正常，會輸出電壓比較正常信號給命令模塊2，在命令模塊2中生成電流查詢命令，然後送給協議模塊3進行協議封裝，再送入第一通信模塊5將封裝後的電流查詢命令轉換成RS232信號，再通過FPGA電路送給高壓電源.

如果在比較模塊4中比較的結果不正常，會輸出電壓異常信號給命令模塊2，在命令模塊2中生成關閉電源命令，然後將關閉電源命令送給協議模塊3進行協議封裝，然後將封裝好的命令傳送給第一通信模塊5，在第一通信模塊5中將封裝好的命令轉換成RS232信號送給高壓電源設備，高壓電源設備接收關閉電源命令，後關閉電源輸出。

5.接著步驟4中，如果電壓監測結果正常.高壓電源設備收到電流檢測命令,立即對海洋物探拖纜設備當前輸出電流值進行測量，因為現在處在軟體比較過程，高壓電源設備會將當前電流值返回給第一通信模塊5接收RS232信號並解析出封裝後的測量電流值，再送入協議模塊3解析出測量電流值，最後將測量電流值送給物探儀器設備中的比較模塊4。

6.在比較模塊4中將實測的當前電流值與預先設置的閾值進行比較：如果比較結果正常，當前數字包上電正常,會輸出電流比較正常信號給命令模塊2，在命令模塊2中生成電流檢測命令，然後送給協議模塊3進行協議封裝，再送入第一通信模塊5將封裝後的電流正常命令轉換成RS232信號送給高壓電源,高壓電源接收到命令後打開下一級數字包供電,進行下一輪電源監測，直至所有逐級上電過程結束；

如果在比較模塊4中比較的結果不正常，會輸出電流異常信號給命令模塊2，在命令模塊2中生成關閉電源命令，然後將關閉電源命令送給協議模塊3進行協議封裝，然後將封裝好的命令傳送給第一通信模塊5，在第一通信模塊5中將封裝好的命令轉換成RS232信號，再送給高壓電源設備，高壓電源設備接收關閉電源命令，後關閉電源輸出。

7.接著步驟6中，在進行完最後一級上電檢測後，命令模塊2會產生上電完成命令，該命令標誌著電源監測由軟體比較轉換到硬體比較。然後將上電完成命令送給協議模塊3進行協議封裝，送入第一通信模塊5將封裝後的電流正常命令轉換成RS232信號，至此物探儀器控制設備上電初態電源監測工作結束。

本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。