无人艇冗余能源监控系统及监控方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无人艇冗余能源监控系统及监控方法，系统包括发电机监测模块、UPS监测控制模块、电池监测控制模块、总控单元、供电控制单元以及通讯单元；所述发电机监测模块，用于监测发电机输出交流电压、电流、频率及内部油压及油温信息；所述UPS监测控制模块，用于实时对UPS的输入和输出电压、电流、温度信息进行采集；所述电池监测控制模块，用于实时对电池的输入和输出电压、电流信息进行采集；所述总控单元，通过通讯单元将相关信息发送给控制人员查看；所述供电控制单元，在总控单元出现问题时，实现对能源系统的控制。本发明专利技术可以通过多模冗余的方式，实现对能源系统多通道，不同层级的控制，从而保证系统能源供给的安全性和可靠性。和可靠性。和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
无人艇冗余能源监控系统及监控方法


[0001]本专利技术属于海洋工程领域和电子工程领域的
，具体涉及一种无人艇冗余能源监控系统及监控方法。

技术介绍

[0002]无人艇是开发、观测海洋的重要工具，越来越多的无人艇被用于海洋资源勘探，地形测绘，航道安全监测。速度高、吨位大的无人艇，对能源安全性有很高的要求。能源系统具体包括为硬件系统及其控制方法。目前无人艇能源系统多数为电池、发电机或者ups的单供电方式，系统冗余度、安全性及可控性较低；能源系统控制相关的通信信息和状态监测数据流全部通过主控单元进行解析、处理和执行，系统对主控单元的依赖程度极高，造成主控单元复杂性提高、可靠性降低。在能源模块某一部件或者主控单元宕机情况下，很容易造成系统供电和相应信息流中断，无法实现执行机构的动作，进而引起全系统瘫痪，出现无人艇失控的安全事故。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种无人艇冗余能源监控系统及监控方法，本专利技术可以通过多模冗余的方式，实现对能源系统多通道、不同层级的控制，从而保证系统能源供给的安全性和可靠性；另外通过电压、电流测量设备，监测不同级别的能源系统工作状态，并使用卫星、无线、wifi和网桥等多种不同通信方式完成对信息的回传和控制命令的下发，以完成不同级别的能源系统控制。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]本专利技术一方面提供了一种无人艇冗余能源监控系统，包括发电机监测模块、UPS监测控制模块、电池监测控制模块、总控单元、供电控制单元以及通讯单元；
[0006]所述发电机监测模块，用于监测发电机输出交流电压、电流、频率及内部油压及油温信息；
[0007]所述UPS监测控制模块，用于实时对UPS的输入和输出电压、电流、温度信息进行采集，并发送给总控单元和供电控制单元，同时将输出电压转换为24V输出到供电控制单元JB1接口；
[0008]所述电池监测控制模块，用于实时对电池的输入和输出电压、电流信息进行采集，并发送给总控单元和供电控制单元，同时将输出电压转换为18V输出到供电控制单元JB2接口；
[0009]所述总控单元通过485总线和网络，收集发电机、UPS和电池的电压、电流的状态信息，根据供电电压或者电流的状态异常发生时，发送发电机重启命令或者关断相应的继电器以防止持续异常充放电对设备造成损坏，并通过通讯单元将相关信息发送给控制人员查看，供控制人员判断当前能源系统状态，同时执行控制人员下发的关断/闭合继电器、重启发电机指令；
[0010]所述供电控制单元，通过心跳包数据，实时监测总控单元状态，在总控单元出现问题时，实现对能源系统的控制；
[0011]所述通讯单元，通过供电控制单元供电，用于将能源系统的信息发送给控制人员，并接收控制人员指令，传输给相应的控制模块或者控制单元。
[0012]作为优选的技术方案，所述UPS监测控制模块包括：通信器件、电压转换器件、输入输出继电器、限流安全输入输出器件、输入电压电流监测电路、输出电压电流监测电路以及温度监测电路；
[0013]所述通信器件，用于接收总控单元、供电控制单元或者wifi、网桥连接设备发送的指令；
[0014]所述电压转换器件，用于将输入的电压转换为输出所需的电压；
[0015]所述输入输出继电器，用于实现UPS的输入输出线路的通断动作；
[0016]所述限流安全输入输出器件，用于实现UPS输入输出的限流；
[0017]所述输入电压电流监测电路，使用整流器和稳压电容将交流电压转换为直流电压，使用霍尔传感器和放大器将交流电流转化为电压信号，然后通过输出到AD采样端，统一将电压信号转化为总控单元可以识别的数字编码发送到485总线上，用于实现输入电压电流的实时监测；
[0018]所述输出电压电流监测电路，使用测流电阻将电流转化为电压，通过AD采样端统一将电压信号转化为总控单元可以识别的数字编码发送到485总线上，用于实现输出电压电流的实时监测；
[0019]所述温度监测电路，用于实现UPS内气温的监测。
[0020]作为优选的技术方案，所述输入电压电流检测电路、输出电压电流检测电路以及温度检测电路在同一条485通信总线上。
[0021]作为优选的技术方案，所述供电控制单元通过网络与总控单元通信，接收到心跳包以后，验证包头、完成CRC校验，对有效心跳包数据，将其中时间数据与当前时间进行对比，如果时间信息相符并且总控单元状字节为有效，判断主控单元是否正常工作；总控单元正常情况下供电控制单元只是执行总控单元的指令，不进行其他任何操作，否则通过向UPS监测控制模块、电池监测控制模块发送状态读取指令并接收器返回信息的方式实现冗余状态监测，对UPS监测控制模块和电池监测控制模块进行监测并保证通信单元供电正常，将异常信息发送给控制人员供其判断系统状态；能够实现冗余供电，电池监测控制模块作为后备电源在UPS监测控制模块输出不正常情况下能够实现电源的无缝切换；在电池不正常的极端情况下，通过内部电容C1储能实现无外部电源情况下的控制指令发送，使发动机、UPS完成停机操作，防止无人艇失控状态下继续航行。
[0022]作为优选的技术方案，所述的总控单元通过485总线实现对发电机的状态监测和启动控制，通过读取总线和网络上的数据信号，对UPS监测控制模块和电池监测控制模块的输入、输出电压和电流等信息进行监测和控制，并且根据系统当前状态和异常情况，自动触发相应继电器动作，发送相应异常码，实现对不同设备的监测控制。
[0023]作为优选的技术方案，所述供电控制单元具有电源输入接口，JB1电压高于JB2情况下D2截止由JB1供电，JB1无输入情况下D2导通由JB2供电；JB1电源正负接反的情况下，F1自恢复保险丝短路后断开，实现电路防反接保护，电源接入正确后可以恢复供电。
[0024]作为优选的技术方案，所述发电机监测模块通过485监测总线与总控单元连接，所述总控单元通过485控制总线与发电机连接。
[0025]作为优选的技术方案，所述通讯单元包括无线电通讯单元、卫星通讯单元、wifi通讯单元以及网桥通讯单元。
[0026]本专利技术另一方面提供了一种无人艇冗余能源控制方法，拥有发电机、UPS及电池三种冗余供电方式，并对三种冗余能源进行自动控制，包括下述步骤：
[0027]判定发电机是否工作正常，若电压纹波小于预定值，电压均值大于200V，电流数值没有超过预定值则判断正常，使用发电机为UPS监测控制模块充电，否则判断不正常，则执行异常操作1——即断开网络继电器，并发送异常码0x01；
[0028]判定UPS监测控制模块是否工作正常，若输入220V且输出24V电压稳定，输入和输出电流没有超过预定值则判断正常，使用UPS为电池充电，并为供电控制单元供电，若判断不正常则执行异常操作2——即断开UPS监测控制单元输入输出继电器，并发送异常代码0x02；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无人艇冗余能源监控系统，其特征在于，包括发电机监测模块、UPS监测控制模块、电池监测控制模块、总控单元、供电控制单元以及通讯单元；所述发电机监测模块，用于监测发电机输出交流电压、电流、频率及内部油压及油温信息；所述UPS监测控制模块，用于实时对UPS的输入和输出电压、电流、温度信息进行采集，并发送给总控单元和供电控制单元，同时将输出电压转换为24V输出到供电控制单元JB1接口；所述电池监测控制模块，用于实时对电池的输入和输出电压、电流信息进行采集，并发送给总控单元和供电控制单元，同时将输出电压转换为18V输出到供电控制单元JB2接口；所述总控单元通过485总线和网络，收集发电机、UPS和电池的电压、电流的状态信息，根据供电电压或者电流的状态异常发生时，发送发电机重启命令或者关断相应的继电器以防止持续异常充放电对设备造成损坏，并通过通讯单元将相关信息发送给控制人员查看，供控制人员判断当前能源系统状态，同时执行控制人员下发的关断/闭合继电器、重启发电机指令；所述供电控制单元，通过心跳包数据，实时监测总控单元状态，在总控单元出现问题时，实现对能源系统的控制；所述通讯单元，通过供电控制单元供电，用于将能源系统的信息发送给控制人员，并接收控制人员指令，传输给相应的控制模块或者控制单元。2.根据权利要求1所述无人艇冗余能源监控系统，其特征在于，所述UPS监测控制模块包括：通信器件、电压转换器件、输入输出继电器、限流安全输入输出器件、输入电压电流监测电路、输出电压电流监测电路以及温度监测电路；所述通信器件，用于接收总控单元、供电控制单元或者wifi、网桥连接设备发送的指令；所述电压转换器件，用于将输入的电压转换为输出所需的电压；所述输入输出继电器，用于实现UPS的输入输出线路的通断动作；所述限流安全输入输出器件，用于实现UPS输入输出的限流；所述输入电压电流监测电路，使用整流器和稳压电容将交流电压转换为直流电压，使用霍尔传感器和放大器将交流电流转化为电压信号，然后通过输出到AD采样端，统一将电压信号转化为总控单元可以识别的数字编码发送到485总线上，用于实现输入电压电流的实时监测；所述输出电压电流监测电路，使用测流电阻将电流转化为电压，通过AD采样端统一将电压信号转化为总控单元可以识别的数字编码发送到485总线上，用于实现输出电压电流的实时监测；所述温度监测电路，用于实现UPS内气温的监测。3.根据权利要求2所述无人艇冗余能源监控系统，其特征在于，所述输入电压电流检测电路、输出电压电流检测电路以及温度检测电路在同一条485通信总线上。4.根据权利要求1所述无人艇冗余能源监控系统，其特征在于，所述供电控制单元通过网络与总控单元通信，接收到心跳包以后，验证包头、完成CRC校验，对有效心跳包数据，将其中时间数据与当前时间进行对比，如果时间信息相符并且总控单元状字节为有效，判断
主控单元是否正常工作；总控单元正常情况下供电控制单元只是执行总...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文涛，苑明哲，俞建成，张吟龙，肖金超，赵宝德，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：