本发明涉及一种深海空间站用多总线多模式电气控制柜，属于综合型大型海洋科研领域。

背景技术：

深海空间站是可以提供工作人员在深海长期停留居住和从事科研工作的大型水下空间平台，其能够承接起多种海洋运载平台的满足长周期、全天候、高效率执行科学研究与军事任务的综合型大型海洋运载平台而被提出，许多国家都积极研究相关技术。

船舶电力推进系统主要是控制推进电机驱动推进器，实现各种船舶电力推进。电力推进，较传统的推进方式相比，省去了主机与螺旋桨之间的长传动轴系。

永磁同步电机的功率密度高，体积相对较小，具有很高的转矩密度，重量大幅降低，噪声明显下降，更适合大功率低速推进的要求。pmsm电力推进系统结合电机与电力推进的众多优点，推进系统机动性好，高可靠性和高水平自动化。逐渐成为各类船舶所趋向的推进方式，将成为未来主流的船用推进电机。

现有电气控制柜一般功能比较单一，系统结构简单，只具备对应电机的控制和安全保护等功能。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统电气控制柜功能单一、结构简单的问题，提出了一种深海空间站用多总线多模式电气控制柜。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种深海空间站用三总线复杂控制模式电气控制柜，包括回转电机驱动器、plc控制器、传感器模块、操作面板及触摸屏、一体化信息系统、信号调理器、回转电机，其中：

传感器模块：对回转电机的旋转角度双向范围进行监控，当达到临界值时，向plc控制器发送电压信号；同时实时采集回转电机旋转的角度并向信号调理器输出，并对回转电机工作环境是否漏水进行检测，若出现漏水情况，则向信号调理器发送电压信号；

信号调理器：接收传感器模块发送的电压信号，并向plc控制器发送转换后的开关信号，同时接收传感器模块发送的包含回转电机实时角度信息的电流信号并向plc控制器发送；

回转电机驱动器：通过外部电源供电，根据plc控制器的控制指令对回转电机进行控制；

回转电机：接收回转电机驱动器发送的控制信号进行旋转；

操作面板及触摸屏：根据用户需求通过触摸屏输入控制指令，并通过plc控制器对回转电机发送控制信号；

一体化信息系统：根据用户需求通过外部上位机向plc控制器发送控制指令，通过回转电机驱动器向回转电机发送控制信号；

plc控制器：接收操作面板及触摸屏或一体化信息系统发送的控制指令，根据rs485自由协议或opu—ua协议对控制指令进行转换，并向回转电机驱动器通过modbus协议发送转换后的控制信号，同时接收信号调理器发送的电流信号对回转电机旋转角度进行监控，接收开关信号对回转电机工作环境漏水情况进行监测。

所述回转电机包括三种控制模式，分别为：本地控制，遥控控制，智能控制，其中：

本地控制通过回转电机，回转电机驱动器，plc控制器，操作面板及触摸屏实现；根据外部用户需求通过操作面板及触摸屏向plc控制器发送控制信号；

遥控控制通过回转电机，回转电机驱动器，plc控制器，一体化信息系统实现；根据外部用户需求通过一体化信息系统远程向plc控制器发送控制信号；

所述智能控制通过操作面板及触摸屏中的预设程序自动向plc控制器发送控制信号。

所述传感器模块包括第一接近开关，第二接近开关，漏水检测器，旋转角度传感器，其中：

第一接近开关：对回转电机的旋转角度临界值进行监控，当达到最小临界值时，向plc控制器发送电压信号；

第二接近开关：对回转电机的旋转角度临界值进行监控，当达到最大临界值时，向plc控制器发送电压信号；

漏水检测器：对回转电机工作环境进行漏水情况监测，若出现漏水，则向向信号调理器发送电压信号：

旋转角度传感器：实时采集回转电机旋转的角度并向信号调理器输出。

所述信号调理器包括旋转变压器解码板、漏水报警器变送器，其中：

旋转变压器解码板：接收旋转角度传感器发送的包含回转电机实时角度信息的电流信号并向plc控制器发送；

漏水报警器变送器：接收漏水检测器发送的电压信号，并向plc控制器发送转换后的开关信号。

所述回转电机通过440vdc电源进行配电，plc控制器，回转电机驱动器，操作面板及触摸屏，一体化信息系统，信号调理器，传感器模块均通过24vdc电源配电。

所述plc控制器，回转电机驱动器，操作面板及触摸屏，信号调理器均安装于电气柜柜体内，一体化信息系统由外部用户控制，传感器模块安装于回转电机工作环境内，操作面板及触摸屏设置于电气柜柜体门上，plc控制器、信号调理器及回转电机驱动器固定连接于柜体内背板上。

所述plc控制器与操作面板及触摸屏通过网线连接，其余模块均通过数字电缆或模拟电缆连接。

所述操作面板及触摸屏包括蜂鸣器、报警灯、触摸屏，当出现故障时，蜂鸣器工作，可通过触摸屏对蜂鸣器进行控制，报警灯工作直至故障消除。

所述旋转变压器解码板发送的电流信号为4-20ma电流信号。

所述回转电机驱动器通过柜体内设置的水冷板进行散热。

所述电气柜柜体的尺寸为750mm-600mm-280mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明提供的一种深海空间站用多总线多模式电气控制柜，将多种现代总线通信方式结合，对外采用opc-ua技术协议与上位机通信，对内采用多路modbus协议及485通信的多总线、多控制模式、智能化、集成化、高可靠的辅助推进系统电气控制柜产品尚属首次，同时能够实现辅推进装置在指定角度、转速工况下，电机的正转和反转功能，且要求转速均匀可调的功能，具备转速反馈、温度反馈及报警、漏水报警、能源管理、数据交互、智能控制、信息显示等多种产品智能化要求，同时通过opc-ua技术规范能够实现与上位机一体化信息系统的实时通讯。

附图说明

图1为发明提供的深海空间站用多总线多模式电气控制柜结构图；

图2为发明提供的电气控制柜柜体结构示意图；

具体实施方式

一种深海空间站用多总线多模式电气控制柜，如图1所示，主要由plc控制器，回转电机驱动器，操作面板及触摸屏，一体化信息系统，信号调理器，回转电机，传感器模块组成，由传感器模块相信号调理器发送电压或电流信号，经由信号调理器处理后回传至plc控制器，对回转电机实施漏水情况及电机旋转角度监测，由操作面板及触摸屏，一体化信息系统根据外部用户需求实现本地控制或智能控制或遥控控制的不同工作模式，经由plc控制器、回转电机驱动器向回转电机发送控制信号进行工作，其中：

传感器模块：对回转电机的旋转角度双向范围进行监控，当达到临界值时，向plc控制器发送电压信号；同时实时采集回转电机旋转的角度并向信号调理器输出，并对回转电机工作环境是否漏水进行检测，若出现漏水情况，则向信号调理器发送电压信号；

传感器模块包括第一接近开关，第二接近开关，漏水检测器，旋转角度传感器，具体为：

第一接近开关：对回转电机的旋转角度临界值进行监控，当达到最小临界值时，向plc控制器发送电压信号；

第二接近开关：对回转电机的旋转角度临界值进行监控，当达到最大临界值时，向plc控制器发送电压信号；

漏水检测器：对回转电机工作环境进行漏水情况监测，若出现漏水，则向向信号调理器发送电压信号：

旋转角度传感器：实时采集回转电机旋转的角度并向信号调理器输出；

信号调理器：接收传感器模块发送的电压信号，并向plc控制器发送转换后的开关信号，同时接收传感器模块发送的包含回转电机实时角度信息的电流信号并向plc控制器发送；

信号调理器包括旋转变压器解码板、漏水报警器变送器，具体为：

旋转变压器解码板：接收旋转角度传感器发送的包含回转电机实时角度信息的电流信号并向plc控制器发送；

漏水报警器变送器：接收漏水检测器发送的电压信号，并向plc控制器发送转换后的开关信号；

回转电机驱动器：通过外部电源供电，根据plc控制器的控制指令对回转电机进行控制；

回转电机：接收回转电机驱动器发送的控制信号进行旋转；回转电机通过440vdc电源进行配电，plc控制器，回转电机驱动器，操作面板及触摸屏，一体化信息系统，信号调理器，传感器模块均通过24vdc电源配电；

操作面板及触摸屏：根据用户需求通过触摸屏输入控制指令，并通过plc控制器对回转电机发送控制信号；

一体化信息系统：根据用户需求通过外部上位机向plc控制器发送控制指令，通过回转电机驱动器向回转电机发送控制信号；

plc控制器：接收操作面板及触摸屏或一体化信息系统发送的控制指令，根据rs485自由协议或opu—ua协议对控制指令进行转换，并向回转电机驱动器发送转换后的控制信号，同时接收信号调理器发送的电流信号对回转电机旋转角度进行监控，接收开关信号对回转电机工作环境漏水情况进行监测；

在三种控制模式中，本地控制通过回转电机，回转电机驱动器，plc控制器，操作面板及触摸屏实现；根据外部用户需求通过操作面板及触摸屏向plc控制器发送控制信号；

遥控控制通过回转电机，回转电机驱动器，plc控制器，一体化信息系统实现；根据外部用户需求通过一体化信息系统远程向plc控制器发送控制信号；

所述智能控制通过操作面板及触摸屏中的预设程序自动向plc控制器发送控制信号。

在硬件设施方面，如图2所示，plc控制器，回转电机驱动器，操作面板及触摸屏，信号调理器均安装于电气柜柜体内，一体化信息系统由外部用户控制，传感器模块安装于回转电机工作环境内，操作面板及触摸屏设置于电气柜机箱门上，plc控制器、信号调理器及回转电机驱动器固定连接于机箱背板上，同时，plc控制器与操作面板及触摸屏通过网线连接，其余模块均通过数字电缆或模拟电缆连接；

操作面板及触摸屏包括蜂鸣器、报警灯、触摸屏，当出现故障时，蜂鸣器工作，可通过触摸屏对蜂鸣器进行控制，报警灯工作直至故障消除，旋转变压器解码板发送的电流信号为4-20ma电流信号，回转电机驱动器通过机箱内设置的水冷板进行散热。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

plc控制器在选型时已经充分考虑技术可实现性、通信接口和产品可靠性等性能指标，通过技术对比分析，最终选择德国倍福公司的型号为cx8090的工业plc控制器，该控制器满足各开关器件的控制、与电机控制器通信、采集漏水信号和旋变信号的要求；

控制柜内以plc为主机，与回转电机驱动器，操作面板及触摸屏，传感器模块行数据及模拟信号通信，涉及到的通信方式、协议及信号传输方式有opc_ua规范、rs485协议、modbus协议、4-20ma电流模拟信号、开关电平信号等多种在各领域广泛应用的通信及信号传输方式。

控制柜可以通过触摸屏完成多种智能控制模式选择。

本地控制，即通过操作面板及触摸屏直接输入控制指令，控制柜完成一次指令执行操作后即保持当前状态等待下次操作指令；

遥控控制，该控制模式下，操作人员可以在控制室内利用一体化信息系统通过opu_ua总线完成对控制柜的控制，不必在控制柜现场前就能完成控制；

智能控制，该控制模式下，操作人员可以在触摸屏上设计一种或一组动作响应曲线，如扫频、正弦波、方波、梯形波运动等，并设计完成时间，设置完成后，控制柜即在设置的时间内控制电机完成相应的动作指令。

根据本实施例的设计，实现了同时具备转速反馈、温度反馈及报警、漏水报警、数据交互、智能控制、信息显示等多种产品智能化要求，通过opc-ua技术规范实现与上位机一体化信息系统的实时通讯。

本发明未详细说明内容为本领域内技术人员公知内容。