一种基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备制造技术

本发明专利技术涉及一种基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备，包括：物探仪器控制设备、FPGA系统和高压电源设备；海洋物探拖缆设备处在上电稳态过程中，通过FPGA系统进行电源监测，比较结果通过高压电源设备响应后作出相关处理，高压电源设备再将相关处理结果返回给物探仪器控制设备。本发明专利技术通过高压电源自身的监测电路进行电源数据采集，紧密结合海洋物探拖缆设备的供电特点，通过FPGA系统进行电源监测，使海海洋物探拖缆设备的电源监测做到实时、安全、高效、便捷。

A real time power supply monitoring equipment for marine geophysical streamer based on FGPA

The invention relates to a FGPA based marine geophysical streamer real time power monitoring equipment, including: geophysical instrument control equipment, FPGA system and high voltage power supply equipment; towing equipment in marine geophysical power steady process, power monitoring through FPGA system, through the comparison results make the relevant processing of high voltage power supply device in response, high pressure the power equipment will be associated with the results returned to the geophysical instrument control equipment. The invention of power data acquisition through high voltage power monitoring circuit the power supply characteristics combined with marine geophysical towing equipment, power monitoring through FPGA system, power monitoring the sea marine geophysical towing equipment to achieve real-time, safe, efficient and convenient.

【技术实现步骤摘要】
一种基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备
本专利技术涉及一种基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备，属于海洋地球物理勘

技术介绍
根据作业需求，海洋物探电缆设备的长度一般可达到6到12公里的量级。一般，海洋物探电缆设备由多根电缆单元通过数字包串接而成。数字包中有专用的电源系统，从而实现整条拖缆的正常供电。作业的时候，由于拖缆长度所限，海洋物探电缆设备必须要经船上电源设备提供高压电源，从而实现长距离供电能力。为保证水下系统正常、安全地供电，船载系统必须要有一套供电监测装置。当出现供电异常的时候，需要及时切断电源以达到保护水下电路的目的。现有的电源监测装置，一般分为两种方案，即硬件化方案和软件化方案。对于硬件化的方案，如图1所示，电源系统利用定制的专用电压、电流监测模块实现监测功能，完全独立于物探仪器系统。当水下系统发生电源故障时，电源监测模块根据事先设定好的参数，自动进行电源切断以保护水下电路系统；对于软件化的方案，如图2所示，电源监测功能通过软件实现，并实时显示电源的状态信息。当软件发现电源状态异常时，会首先通过专用命令通道将电源切断，同时还会在软件界面上进行异常报警和显示。海洋物探拖缆设备的供电方式比较特殊，它采用逐级上电的方式，前一级设备供电完成并且没有错误，才进行下一级设备供电。在这个过程中，海洋物探电缆设备需要一个反馈信息来控制上电过程，这个反馈信息就是电源监测正常的信号；其次电源状态会随着设备的增加而改变，因此用来进行比较的阈值就不再是一个固定值，对于上述电源监测方案都需要不停的重新设定新的比较阈值。海洋物探拖缆设备要求电源监测必须要有高的实时性，保证电源出现故障时，能在第一时间切断电源。对于海洋物探拖缆设备的上电监测，现有的方案，无论是硬件化方案，还是软件化方案，都存在技术上的缺陷。首先，对于硬件化的方案，虽然能够实现电源状态的实时监测并进行切断保护，但当水下系统发生电源故障时，高压供电系统无法形成与物探装备之间的联动。另一方面，该定制化的监测模块限制了高压电源的选择范围。其次，对于软件化的方案，其最大的优点是能够实现非常好的高压电源系统和物探装备之间的联动控制，并且通过利用标准通信接口(如RS232、USB、GPIO等)降低了对电源设备的依赖。但是，该方案的最大问题是实时性无法做到很好，由于软件的参与，当发生电源系统故障的时候，软件无法在确定的时间内实现电源实时切断处理。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足(硬件化方案联动性差、阈值固定；软件化方案实时性差)，提供一种基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备，通过高压电源自身的监测电路进行电源数据采集，通过FPGA系统的可编程特性以及高实时性，使海洋物探拖缆设备的电源监测做到实时、安全、高效、便捷。本专利技术的技术解决方案是：一种基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备，包括FGPA系统和高压电源设备；将物探仪器控制设备通过解析海洋物探拖缆设备下发的命令，以此来确定海洋物探拖缆设备的工作状态和相关电源监测参数；海洋物探拖缆设备处在上电稳态过程中，FPGA系统以一定的时间间隔，循环对海洋物探拖缆设备进行电源监测；监测结果通过高压电源设备响应后作出相关处理，高压电源设备再将相关处理结果返回给FPGA系统；海洋物探拖缆设逐级上电的过程称为上电初态，将逐级上电完成后的稳定状态称为上电稳态；所述电源监测包括：实时电源数据采集、电源数据处理即阈值比较，及根据电源数据处理结果做出相应反应。所述FGPA系统能够根据当前海洋物探拖缆设备的数字包数数量自主计算出当前的电源监测需要的阈值；数字包为海洋物探电缆设备采集和传输单元。所述在FPGA实现过程为：根据预设流程进行电源监测，预设流程是先进行电压检测，下发相关命令给高压电源设备，根据高压电源设备的测量电压值的返回，再进行对比，出现异常会直接通过高压电源设备切断电源，并通知物探仪器控制设备，等待故障排查和清除；电压如果正常，会进入电流检测，下发相关命令给高压电源设备，等待高压电源设备的测量电流值的返回，再进行对比，出现异常会直接通过高压电源设备切断电源，并通知物探仪器控制设备，等待故障排查和清除；电流如果正常，则完成了一次完整的电源监测流程，转回电压检测，等待下次电源监测流程的到来。所述FGPA系统包括：第二通信模块、协议解析模块、命令生成模块、监测状态机模块、阈值计算模块、电源协议模块、比较状态机模块、电源通信接口模块；第二通信模块，实现与物探仪器控制设备的物理接口，采用通用的RS232解析逻辑，对物探仪器控制设备中第一通信模块传来的命令进行解析，然后传送至协议解析模块；同时将协议解析模块封装后的测量电压值和测量电流值转换成RS232信号，上传至物探仪器控制设备的第一通信模块中；协议解析模块，接收第二通信模块的信号后进一步解析得到的上电命令，将上电命令送给命令生成模块、监测状态机模块和阈值计算模块；接收第二通信模块的信号进一步解析得到电压正常或异常命令、电流正常或异常命令，并将命令送给命令生成模块；通过电源协议模块上传的测量电压值和测量电流值，将测量电压值和测量电流值传给监测状态机模块；同时接收比较状态机模块的比较结果，并将比较结果上传给物探仪控制设备；监测控制状态机模块，根据协议解析模块给出的相应命令，自主的选择软件比较和硬件比较，上电初态给出初始状态命令和软件标志状态命令，此时为软件比较；上电稳定后进入硬件比较，根据协议解析模块传来的测量电压值和测量电流值生成电压查询状态、等待电压比较状态，电流查询状态、等待电流比较状态和关闭电源状态命令给命令生成模块；同时将命令生成模块上传的测量电压值和测量的电流值通过协议解析模块传至物探仪器控制设备；命令生成模块，根据协议解析模块的上电命令生成打开电源命令；根据监测控制状态机模块输出的命令状态生成相应的电压查询命令、电压比较命令，电流查询命令、电流比较命令和关闭电源状态信号；然后送给电源协议模块；根据比较状态机模块的输出生成电压正常，电流正常或关闭电源命令；电源协议模块，一方面，对来自命令生成模块下传给的各种电源命令进行协议封装，翻译成高压电源设备可以识别的格式，并送入电源通信接口块中；另一方面，接收来自电源通信接口模块的测量的电源数据，测量的电源数据包括测量电压值和测量电流值，在软件比较时将相应的电源数据送至送入协议解析模块，在硬件比较进送入比较状态机模块中；电源通信接口模块，将电源协议模块输出的相关命令转换成RS232信号输出给高压电源设备；同时对高压电源设备传回的RS232信号解析得到测量电源数据，送给电源协议模块；高压电源设备，接收电源通信接口模块传来的RS232信号并解析到电压查询命令，电流查询、打开电源和关闭电源命令后，对当前输出电压值、电流值进行测量；同时将测量的电压值和电流值转换成RS232信号送给电源通信接口模块；比较状态机模块，根据电源协议模块传来的测量电压值和测量电流值与阈值计算模块给出的阈值进行比较；如果比较结果异常，输出异常命令，实时通知监测状态机模块机模块输出关闭电源，并将异常情况通过协议解析模块上报给物探仪控制设备；如果比较正常，输出正常命令，只会将实时的电源参数，即测量电压和测量电流值通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备，其特征在于：FGPA系统和高压电源设备；将物探仪器控制设备通过解析海洋物探拖缆设备下发的命令，以此来确定海洋物探拖缆设备的工作状态和相关电源监测参数；海洋物探拖缆设备处在上电稳态过程中，FPGA系统以一定的时间间隔，循环对海洋物探拖缆设备进行电源监测；监测结果通过高压电源设备响应后作出相关处理，高压电源设备再将相关处理结果返回给FPGA系统；海洋物探拖缆设逐级上电的过程称为上电初态，将逐级上电完成后的稳定状态称为上电稳态；所述电源监测包括：实时电源数据采集、电源数据处理即阈值比较，及根据电源数据处理结果做出相应反应。

【技术特征摘要】
1.一种基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备，其特征在于：FGPA系统和高压电源设备；将物探仪器控制设备通过解析海洋物探拖缆设备下发的命令，以此来确定海洋物探拖缆设备的工作状态和相关电源监测参数；海洋物探拖缆设备处在上电稳态过程中，FPGA系统以一定的时间间隔，循环对海洋物探拖缆设备进行电源监测；监测结果通过高压电源设备响应后作出相关处理，高压电源设备再将相关处理结果返回给FPGA系统；海洋物探拖缆设逐级上电的过程称为上电初态，将逐级上电完成后的稳定状态称为上电稳态；所述电源监测包括：实时电源数据采集、电源数据处理即阈值比较，及根据电源数据处理结果做出相应反应。2.根据权利要求1所述的基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备，其特征在于：所述FGPA系统能够根据当前海洋物探拖缆设备的上电状态,自主选择电源监测方案，根据海洋物探拖缆设备的数字包数数量自主计算出当前的电源监测需要的阈值；数字包为海洋物探电缆设备采集和传输单元。3.根据权利要求1所述的基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备，其特征在于：所述在FPGA实现过程为：根据预设流程进行电源监测，预设流程是先进行电压检测，下发相关命令给高压电源设备，根据高压电源设备的测量电压值的返回，再进行对比，出现异常会直接通过高压电源设备切断电源，并通知物探仪器控制设备，等待故障排查和清除；电压如果正常，会进入电流检测，下发相关命令给高压电源设备，等待高压电源设备的测量电流值的返回，再进行对比，出现异常会直接通过高压电源设备切断电源，并通知物探仪器控制设备，等待故障排查和清除；电流如果正常，则完成了一次完整的电源监测流程，转回电压检测，等待下次电源监测流程的到来。4.根据权利要求1所述的基于FGPA的海洋物探拖缆实时供电监测装备，其特征在于：所述FGPA系统包括：第二通信模块、协议解析模块、命令生成模块、监测状态机模块、阈值计算模块、电源协议模块、比较状态机模块、电源通信接口模块；第二通信模块，实现与物探仪器控制设备的物理接口，采用通用的RS232解析逻辑，对物探仪器控制设备中第一通信模块传来的命令进行解析，然后传送至协议解析模块；同时将协议解析模块封装后的测量电压值和测量电流值转换成RS232信号，上传至物探仪器控制设备的第一通信模块中；协议解析模块，接收第二通信模块的信号后进一步解析得到的上电命令，将上电命令送给命令生成模块、监测状态机模块和阈值计算模块；接收第二通信模块的信号进一步解析得到电压正常或异常命令、电流正常或异常命令，并将命令送给命令生成模块；通过电源协议模块上传的测量电压值和测量电流值，将测量电压值和测量电流值传给监测状态机模块；同时接收比较状态机模块的比较结果，并将比较结果上传给物探仪控制设备；监测控制状态机模块，根据协议解析模块给出的相应命令，自主的选择电源比较方式；通过FPGA系统进行电源监测时，根据协议解析模块传来的测量电压值和测量电流值生成电压查询状态、等待电压比较状态，电流查询状态、等待电流比较状态和关闭电源状态命令给命令生成模块；同时将命令生成模块上传的测量电压值和测量的电流值通过协议解析模块传至物探仪器控制设备；为保证监测的有效和实时性，硬件...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国才，华波，颜晗，宋明玉，高菲，李遥，韦佳利，陈曦，姜坤，张可立，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，北京优科海青技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11