一种水下数据采集器故障诊断及应急处理方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种水下数据采集器故障诊断及应急处理方法及系统，属于海洋观测技术领域，该方法为：以水下数据采集器供电线路的电气特性为基础，采集三级故障特征参数，构建电路模型；建立三级故障诊断字典；根据不同故障对水下数据采集器正常工作的危害程度，创建故障分级应急处理准则，建立故障应急处理字典；实时采集故障特征参数，与故障字典中的故障进行比对，判断出故障的位置，启动故障应急处理。本发明专利技术基于电路板故障字典法，在水下设备近故障端建立故障诊断与应急处理字典，不仅能对故障进行精准诊断定位，而且应急处理系统响应时间短，提高了网络稳定性，能够最大程度上保证了观测系统的正常运行，降低了观测系统的维修费用。费用。费用。

【技术实现步骤摘要】
一种水下数据采集器故障诊断及应急处理方法及系统


[0001]本专利技术属于海洋观测
，具体涉及一种水下数据采集器故障诊断及应急处理方法及系统。

技术介绍

[0002]随着海洋观测技术的发展, 海底观测系统已成为地球观测的第三个平台。海底观测系统通过光电复合海缆连接海底观测节点和海岸控制基站，将电力系统和通信系统直接从陆地延伸到海底，海陆间同时进行电能传输和双向通信，可解决大量科学仪器在海底长期运行面临的海量数据传输和持续电能供给两大难题。
[0003]数据采集器作为海底观测节点的控制终端，一方面能从水上岸基获取电能并通过水下光缆与岸基进行通讯，另一方面能够与不同类型的科学仪器进行连接，使种类繁多、接口不同的仪器能够在观测系统上正常工作。因此，数据采集器的稳定性成为海底观测系统稳定运行的关键之一。当数据采集器及其连接的科学仪器出现故障时，会导致数据采集不完整，甚至引起整个系统崩溃。同时由于设备布放在海底，当出现故障时，维护维修成本高。因此，开展水下数据采集器运行状态监控及故障诊断和处理方法研究，提高数据采集器的工作稳定性和可维护性，具有重要的研究意义和应用价值。
[0004]目前在海底观测系统的故障诊断研究领域，通过岸基接收海底接驳盒中监控电路返回的电压电流和故障类型等数据进行故障诊断定位，并对不同结果进行针对性处理，但其故障诊断定位需要岸基进行大量监测节点故障特征参数的采集处理，没有在近故障端设置故障诊断处理系统，诊断任务量大，故障处理响应时间长。还设计了水下运行监控与环境监测软硬件系统，针对异常运行情况进行监测及上报，并对出现故障的供电线路进行二值化处理，虽然该系统在海底近故障端设置故障诊断处理系统，但是系统构造简单，故障诊断采用简单的二值化方法，应急处理手段较为简略，无法对故障进行有效的定位。

技术实现思路

[0005]针对已有的海底观测系统电能监控及故障诊断方法上存在的问题，本专利技术提供一种针对海底观测节点数据采集器而设计的故障诊断及应急处理方法及系统，运用电路板故障字典方法，在水下设备近故障端建立故障诊断字典与故障应急处理字典，不仅能对故障进行精准诊断定位，而且应急处理系统响应时间短，提高了网络稳定性，能够很好地完成水下数据采集器的故障诊断与维护任务，最大程度上保证了观测系统的正常运行，降低了观测系统的维修费用，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：一种水下数据采集器故障诊断及应急处理方法，包括以下步骤：S1、基于水下数据采集器的硬件电路及供电工作流程，设置三级故障特征参数，构建数据采集系统供电电路模型；S2、建立三级故障特征参数与水下数据采集器电路故障的对应关系，创建三级故
障诊断字典；S3、建立故障分级应急处理准则，不同等级的故障对应不同的处理方式，将特征参数
‑
故障类型
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故障等级
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处理方式对应保存，创建故障诊断及应急处理字典；S4、实时采集故障特征参数，与故障诊断及应急处理字典中的故障进行比对，判断出故障的类型及位置，启动故障应急处理。
[0007]进一步地，在S1中，所述数据采集器供电电路模型由依次连接的开关电源、水下数据采集器和多个科学仪器构成，水下数据采集器设置在密封舱体内，在舱体输入端设置监测节点，监测3级故障参数V''和A''，水下数据采集器包括多个DC/DC转换器，在每个DC/DC转换器输出端设置监测节点，监测2级故障参数V'和A'，在每个科学仪器输入端设置监测节点，监测1级故障参数V和A。
[0008]进一步地，在S2中，包括以下子步骤：S2.1、建立一级故障诊断字典；每路科学仪器输入端设有电压传感器和电流传感器，采集1级故障参数V和A，根据水下数据采集器故障特点对V和A进行归一化处理，如下式所示：；；得到归一化处理后的故障特征参数，并对1级故障特征参数进行仿真故障注入，得到一级故障字典；S2.2、建立二级故障诊断字典；每路DC/DC转换器输出端设有电压传感器和电流传感器，采集2级故障参数V'和A'，并进行归一化处理：；；与一级故障字典配合仿真故障注入后形成二级故障字典；S2.3、建立三级故障诊断字典；每路科学仪器输入端设有电压传感器和电流传感器，采集3级故障参数V''和A''，并进行归一化处理：；
；与二级故障字典配合仿真故障注入后形成三级故障字典。
[0009]进一步地，在S3中，根据不同故障对水下数据采集器正常工作的危害程度，将故障危害等级分为3级，第1级包括水下数据采集器启动、水下数据采集器关闭、科学仪器功能异常的强制隔离，第2级包括科学仪器功能发生异常和功率异常，第3级包括供电线路发生过压和短路，从第1级到第3极故障危害程度逐级升高。
[0010]进一步地，在S3中，构建的故障分级应急处理准则具体为：针对第1级故障，将故障信息发送给岸基，对故障进行人工处理；针对第2级故障，设计故障能源投切电路，设置在开关电源和各科学仪器的供电线路中，并在单片机的控制作用下进行供电线路的通断控制；所述故障能源投切电路包括光电耦合器、继电器和二极管D1，继电器包括继电器线圈和继电器开关，光电耦合器的输入端与单片机连接，其输出端与二极管D1的正极和继电器线圈的一端连接，继电器线圈的另一端连接+5V电源和二极管D1的负极，继电器开关的动触点连接科学仪器的正极电源输入端，继电器开关的常闭触点连接经DC/DC转换器转换后的供电电源；当供电线路正常运行时，单片机输出高电平控制信号给光电耦合器，此时光电耦合器不导通，继电器的线圈无电流通过，继电器的常闭触点保持关闭状态，从而使科学仪器的正极输入端与供电电源连通；当供电线路发生2级故障时，单片机输出低电平控制信号给光电耦合器，控制光电耦合器导通，连通继电器的线圈供电回路，控制继电器的常闭触点断开，从而将发生故障的科学仪器断电；针对第3级故障，设计过压保护电路和短路故障保护电路，设置在开关电源和各科学仪器的供电线路中；所述过压保护电路包括稳压二极管D1、电阻R1~R4、PMOS管Q1和三极管Q2，D1阳极接地，D1阴极连接R1的第一端和R2的第一端，R1的第二端连接Q2的发射极、R3的第一端、Q1的源极和电压输入端，R2的第二端连接Q2的基极，R3的第二端连接Q2的集电极、R4的第一端和Q1的栅极，Q1的漏极连接电压输出端，R4的第二端接地；当电压输入端输入的电压在正常范围时，D1没有被击穿，未进入稳压状态，流过R1的电流基本为0，Q2的Vbe＝0，此时Q2处于截止状态，Q1的Vgs由R3和R4分压决定，PMOS管导通，即电源正常工作；当电压输入端输入的电压大于正常输入电压，此时Vin＞Vbr，D1被击穿，其上电压为Vbr，Q1导通，Vce≈0，Q1的Vgs≈0，PMOS管关闭电源电路，从而实现过压保护；所述短路故障保护电路包括三极管Q3和Q4，电阻R5~R7，电容C1和C2，所述Q3集电极连接电压输入端、C1的第一端、C2的第一端和Q4的发射极，Q3的发射极连接R5的第一端、C2的第二端和Q4的基极，R5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下数据采集器故障诊断及应急处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于水下数据采集器的硬件电路及供电工作流程，设置三级故障特征参数，构建数据采集系统供电电路模型；S2、建立三级故障特征参数与水下数据采集器电路故障的对应关系，创建三级故障诊断字典；S3、建立故障分级应急处理准则，不同等级的故障对应不同的处理方式，将特征参数
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故障类型
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故障等级
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处理方式对应保存，创建故障诊断及应急处理字典；S4、实时采集故障特征参数，与故障诊断及应急处理字典中的故障进行比对，判断出故障的类型及位置，启动故障应急处理。2.根据权利要求1所述的一种水下数据采集器故障诊断及应急处理方法，其特征在于，在S1中，所述数据采集器供电电路模型由依次连接的开关电源、水下数据采集器和多个科学仪器构成，水下数据采集器设置在密封舱体内，在舱体输入端设置监测节点，监测3级故障参数V''和A''，水下数据采集器包括多个DC/DC转换器，在每个DC/DC转换器输出端设置监测节点，监测2级故障参数V'和A'，在每个科学仪器输入端设置监测节点，监测1级故障参数V和A。3.根据权利要求2所述的一种水下数据采集器故障诊断及应急处理方法，其特征在于，在S2中，包括以下子步骤：S2.1、建立一级故障诊断字典；每路科学仪器输入端设有电压传感器和电流传感器，采集1级故障参数V和A，根据水下数据采集器故障特点对V和A进行归一化处理，如下式所示：；；得到归一化处理后的故障特征参数，并对1级故障特征参数进行仿真故障注入，得到一级故障字典；S2.2、建立二级故障诊断字典；每路DC/DC转换器输出端设有电压传感器和电流传感器，采集2级故障参数V'和A'，并进行归一化处理：；；与一级故障字典配合仿真故障注入后形成二级故障字典；S2.3、建立三级故障诊断字典；
每路科学仪器输入端设有电压传感器和电流传感器，采集3级故障参数V''和A''，并进行归一化处理：；；与二级故障字典配合仿真故障注入后形成三级故障诊断字典。4.根据权利要求3所述的一种水下数据采集器故障诊断及应急处理方法，其特征在于，在S3中，根据不同故障对水下数据采集器正常工作的危害程度，将故障危害等级分为3级，第1级包括水下数据采集器启动、水下数据采集器关闭、科学仪器功能异常的强制隔离，第2级包括科学仪器功能发生异常和功率异常，第3级包括供电线路发生过压和短路，从第1级到第3极故障危害程度逐级升高。5.根据权利要求4所述的一种水下数据采集器故障诊断及应急处理方法，其特征在于，在S3中，构建的故障分级应急处理准则具体为：针对第1级故障，将故障信息发送给岸基，对故障进行人工处理；针对第2级故障，设计故障能源投切电路，设置在开关电源和各科学仪器的供电线路中，并在单片机的控制作用下进行供电线路的通断控制；所述故障能源投切电路包括光电耦合器、继电器和二极管D1，继电器包括继电器线圈和继电器开关，光电耦合器的输入端与单片机连接，其输出端与二极管D1的正极和继电器线圈的一端连接，继电器线圈的另一端连接+5V电源和二极管D1的负极，继电器开关的动触点连接科学仪器的正极电源输入端，继电器开关的常闭触点连接经DC/DC转换器转换后的供电电源；当供电线路正常运行时，单片机输出高电平控制信号给光电耦合器，此时光电耦合器不导通，继电器的线圈无电流通过，继电器的常闭触点保持关闭状态，从而使科学仪器的正极输入端与供电电源连通；当供电线路发生2级故障时，单片机输出低电平控制信号给光电耦合器，控制光电耦合器导通，连通继电器的线圈供电回路，控制继电器的常闭触点断开，从而将发生故障的科学仪器断电；针对第3级故障，设计过压保护电路和短路故障保护电路，设置在开关电源和各科学仪器的供电线路中；所述过压保护电路包括稳压二极管D1、电阻R1~R4、PMOS管Q1和三极管Q2，D1阳极接地，D1阴极连接R1的第一端和R2的第一端，R1的第二端连接Q2的发射极、R3的第一端、Q1的源极和电压输入端，R2的第二端连接Q2的基极，R3的第二端连接Q2的集电极、R4的第一端和Q1的栅极，Q1的漏极连接电压输出端，R4的第二端接地；当电压输入端输入的电压在正常范围时，D1没有被击穿，未进入稳压状态，流过R1的电流基本为0，Q2的Vbe＝0，此时Q2处于截止状态，Q1的Vgs由R3和R4分压决定，PMOS管导通，即电源正常工作；当电压输入端输入的电压大于正常输入电压，此时Vin＞Vbr，D1被击穿，其上电压为
Vbr，Q1导通，Vce≈0，Q1的Vgs≈0，PMOS管关闭电源电路，从而实现过压保护；所述短路故障保护电路包括三极管Q3和Q4，电阻R5~R7，电容C1和C2，Q3集电极连接电压输...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜立彬，郑宇，李正宝，戴建峰，马凯，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：