CN112130449A - 冗余控制***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种冗余控制***及其方法，所述冗余控制***包括电力单元以及水下控制模块；所述电力单元包括第一供电模块、第一通讯模块、第二供电模块、第二通讯模块、第一冗余切换装置以及冗余控制模块；所述水下控制模块包括第一水下电子模块、第二水下电子模块以及第二冗余切换装置；所述第一供电模块与所述第一通讯模块通过第一脐带缆与所述第一水下电子模块连接以形成第一支路；所述第二供电模块与所述第二通讯模块通过第二脐带缆与所述第二水下电子模块连接以形成第二支路。本申请通过冗余控制模块控制第一冗余切换装置和/或第二冗余切换装置进行切换操作，实现了电力单元对水下控制模块的供电和通讯的冗余，保证了水下控制模块的可靠运行。

Description

冗余控制***及其方法
技术领域
本申请涉及海洋油气设备技术领域，尤其涉及一种冗余控制***及其方法。
背景技术
SCM(Subsea Control Module，水下控制模块)是海洋油气田用来控制水下采油树、管汇等石油钻采设备的核心控制部件，其具备以下基本功能：1)监测位于水下钻采设备上的各项传感器参数，并将参数信息传输至海面平台主控站；2)基于海面平台主控站发送的控制信号，控制位于水下钻采设备上的液压驱动器及阀门的开闭状态。
EPU(Electrical Power Unit，电力单元)是为SCM提供电源以及通讯的关键部件，一般是通过脐带缆分两路独立电源给SCM进行供电。然而当其中一路脐带缆出现不可恢复故障时，这一路的供电及通讯将处于长时间的停止运行状态，进而使得该路对应的SEM(Subsea Electronic Module，水下电子模块)处于闲置状态，这将给供电安全可靠性、数据通讯、线路损耗等方面带来了挑战。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种冗余控制***及其方法，以解决水下控制模块的供电及通讯的故障问题。
本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本申请的一个方面，提供的一种冗余控制***，所述冗余控制***包括电力单元以及水下控制模块；
所述电力单元包括第一供电模块、第一通讯模块、第二供电模块、第二通讯模块、第一冗余切换装置以及冗余控制模块；所述水下控制模块包括第一水下电子模块、第二水下电子模块以及第二冗余切换装置；
所述第一供电模块与所述第一通讯模块通过第一脐带缆与所述第一水下电子模块连接以形成第一支路；所述第二供电模块与所述第二通讯模块通过第二脐带缆与所述第二水下电子模块连接以形成第二支路；
所述冗余控制模块被配置为：
获取所述第一供电模块、所述第一通讯模块、所述第一脐带缆、所述第二供电模块、所述第二通讯模块以及所述第二脐带缆的状态信息；根据所述状态信息确定所述第一支路以及所述第二支路的故障信息；根据所述第一支路以及所述第二支路的故障信息，控制所述第一冗余切换装置和/或所述第二冗余切换装置进行切换操作，以实现所述电力单元对所述水下控制模块的供电和通讯的冗余。
在一种实施方式中，所述冗余控制模块被配置：
当所述第一供电模块和/或所述第一通讯模块出现故障时，控制所述第一冗余切换装置进行切换操作，以通过所述第二供电模块和所述第二通讯模块对所述第一水下电子模块进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述冗余控制模块被配置：
当所述第二供电模块和/或所述第二通讯模块出现故障时，控制所述第一冗余切换装置进行切换操作，以通过所述第一供电模块和所述第一通讯模块对所述第二水下电子模块进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述第一供电模块和所述第二供电模块的故障类型包括以下至少之一：供电电流瞬间变大、供电模块跳闸；
所述第一通讯模块和所述第二通讯模块的故障类型为通讯失联。
在一种实施方式中，所述冗余控制模块被配置：
当所述第一脐带缆出现故障时，控制所述第二冗余切换装置进行切换操作，以通过所述第二供电模块和所述第二通讯模块对所述第一水下电子模块进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述冗余控制模块被配置：
当所述第二脐带缆出现故障时，控制所述第二冗余切换装置进行切换操作，以通过所述第一供电模块和所述第一通讯模块对所述第二水下电子模块进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述第一脐带缆和所述第二脐带缆的故障类型为脐带缆绝缘低。
在一种实施方式中，所述第一冗余切换装置和所述第二冗余切换装置均包括串联连接的第一互锁开关和第二互锁开关。
在一种实施方式中，所述第一供电模块和所述第二供电模块均包括串联连接的变压器和供电单元；
所述变压器与外部电源连接，以使得所述外部电源依次通过所述变压器、所述供电单元以及脐带缆向所述水下控制模块进行供电。
根据本申请的另一个方面，提供的一种冗余控制方法，所述方法包括：
获取第一供电模块、第一通讯模块、第一脐带缆、第二供电模块、第二通讯模块以及第二脐带缆的状态信息；
根据所述状态信息确定第一支路以及第二支路的故障信息；
根据所述第一支路以及所述第二支路的故障信息，控制第一冗余切换装置和/或第二冗余切换装置进行切换操作，以实现电力单元对水下控制模块的供电和通讯的冗余。
本申请实施例的冗余控制***及其方法，通过冗余控制模块控制第一冗余切换装置和/或第二冗余切换装置进行切换操作，实现了电力单元对水下控制模块的供电和通讯的冗余，保证了水下控制模块的可靠运行。
附图说明
图1为本申请实施例提供的冗余控制***示意图；
图2为本申请实施例提供的冗余控制***的冗余供电和通讯示意图；
图3为本申请实施例提供的冗余控制方法示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
实施例1
如图1所示，本申请实施例提供一种冗余控制***，所述冗余控制***包括电力单元以及水下控制模块；
所述电力单元包括第一供电模块、通讯模块1、第二供电模块、通讯模块2、冗余切换装置1以及冗余控制模块；所述水下控制模块包括水下电子模块1、水下电子模块2以及冗余切换装置2；
在本示例中，通讯模块1包括串联连接的变压器1和供电单元1；通讯模块2包括串联连接的变压器2和供电单元2；
变压器1与外部输入电源1连接，以使得外部输入电源1依次通过变压器1、供电单元1以及脐带缆向水下控制模块1进行供电。变压器2与外部输入电源2连接，以使得外部输入电源2依次通过变压器2、供电单元2以及脐带缆向水下控制模块2进行供电。
所述第一供电模块与所述通讯模块1通过第一脐带缆与所述水下电子模块1连接以形成第一支路；所述第二供电模块与所述通讯模块2通过第二脐带缆与所述水下电子模块2连接以形成第二支路；
所述冗余控制模块被配置为：
获取所述第一供电模块、所述通讯模块1、所述第一脐带缆、所述第二供电模块、所述通讯模块2以及所述第二脐带缆的状态信息；根据所述状态信息确定所述第一支路以及所述第二支路的故障信息；根据所述第一支路以及所述第二支路的故障信息，控制所述冗余切换装置1和/或所述冗余切换装置2进行切换操作，以实现所述电力单元对所述水下控制模块的供电和通讯的冗余。
在一种实施方式中，所述冗余控制模块被配置：
当所述第一供电模块和/或所述通讯模块1出现故障时，控制所述冗余切换装置1进行切换操作，以通过所述第二供电模块和所述通讯模块2对所述水下电子模块1进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述冗余控制模块被配置：
当所述第二供电模块和/或所述通讯模块2出现故障时，控制所述冗余切换装置1进行切换操作，以通过所述第一供电模块和所述通讯模块1对所述水下电子模块2进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述第一供电模块和所述第二供电模块的故障类型包括以下至少之一：供电电流瞬间变大、供电模块跳闸；
所述通讯模块1和所述通讯模块2的故障类型为通讯失联。
在一种实施方式中，所述冗余控制模块被配置：
当所述第一脐带缆出现故障时，控制所述冗余切换装置2进行切换操作，以通过所述第二供电模块和所述通讯模块2对所述水下电子模块1进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述冗余控制模块被配置：
当所述第二脐带缆出现故障时，控制所述冗余切换装置2进行切换操作，以通过所述第一供电模块和所述通讯模块1对所述水下电子模块2进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述第一脐带缆和所述第二脐带缆的故障类型为脐带缆绝缘低。
在一种实施方式中，所述冗余切换装置1和所述冗余切换装置2均包括串联连接的第一互锁开关和第二互锁开关。
以下结合图2对冗余控制过程进行说明：
如图2所示，EPU由4个SOM(Subsea Output Module，水下输出模块)向SEM A和SEMB进行供电和通讯，水上和水下各一组互锁开关。正常工作时，常闭开关KM_SOM2、KM_SOM12、KM_SOM23、KM_SOM14断开，切换开关KM_SOM1、KM_SOM22、KM_SOM13、KM_SOM24也不合上，每路电源独立供电。当出现供电故障时，大致有两种情况：
1、如果水上部分某一个SOM模块出现故障，比如SCM A的电源输出模块故障，那么水上的常闭开关KM_SOM12会闭合，合上KM_SOM22，则UPS2可由此支路向SEM A供电。
2、如果水下部分某一条脐带缆出现故障，比如说给SEM A供电脐带缆出现故障，则水下的常闭开关KM_SOM14会闭合，控制KM_SOM24合上，则UPS 2的电流可流过此支路向SEMA供电。
EPU配置水下电力载波通讯模式，与水下组成通讯单元。通讯单元包括调制解调器、滤波器，集成在SOM模块里。两套主PLC的通讯网口分别接到两台交换机中，两台交换机相互连接之后再与MCS(主控站)的交换机形成冗余环网，提高了***通讯的可靠性。EPU的网关装置使用多宽带调制解调模式给MCS提供通讯链路，同时配置通用的TCP及RS485接口，保证通信协议数据安全传输。
实施例2
如图3所示，本申请实施例提供一种冗余控制方法，冗余控制***可参考前述内容，在此不作赘述。
所述方法包括：
步骤S11：获取第一供电模块、第一通讯模块、第一脐带缆、第二供电模块、第二通讯模块以及第二脐带缆的状态信息；
步骤S12：根据所述状态信息确定第一支路以及第二支路的故障信息；
步骤S13：根据所述第一支路以及所述第二支路的故障信息，控制第一冗余切换装置和/或第二冗余切换装置进行切换操作，以实现电力单元对水下控制模块的供电和通讯的冗余。
在一种实施方式中，所述方法还包括：
当所述第一供电模块和/或所述通讯模块1出现故障时，控制所述冗余切换装置1进行切换操作，以通过所述第二供电模块和所述通讯模块2对所述水下电子模块1进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述方法还包括：
当所述第二供电模块和/或所述通讯模块2出现故障时，控制所述冗余切换装置1进行切换操作，以通过所述第一供电模块和所述通讯模块1对所述水下电子模块2进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述第一供电模块和所述第二供电模块的故障类型包括以下至少之一：供电电流瞬间变大、供电模块跳闸；
所述通讯模块1和所述通讯模块2的故障类型为通讯失联。
在一种实施方式中，所述方法还包括：
当所述第一脐带缆出现故障时，控制所述冗余切换装置2进行切换操作，以通过所述第二供电模块和所述通讯模块2对所述水下电子模块1进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述方法还包括：
当所述第二脐带缆出现故障时，控制所述冗余切换装置2进行切换操作，以通过所述第一供电模块和所述通讯模块1对所述水下电子模块2进行供电和通讯。
在一种实施方式中，所述第一脐带缆和所述第二脐带缆的故障类型为脐带缆绝缘低。
在一种实施方式中，所述冗余切换装置1和所述冗余切换装置2均包括串联连接的第一互锁开关和第二互锁开关。
以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种冗余控制***，其特征在于，所述冗余控制***包括电力单元以及水下控制模块；
所述电力单元包括第一供电模块、第一通讯模块、第二供电模块、第二通讯模块、第一冗余切换装置以及冗余控制模块；所述水下控制模块包括第一水下电子模块、第二水下电子模块以及第二冗余切换装置；
所述第一供电模块与所述第一通讯模块通过第一脐带缆与所述第一水下电子模块连接以形成第一支路；所述第二供电模块与所述第二通讯模块通过第二脐带缆与所述第二水下电子模块连接以形成第二支路；
所述冗余控制模块被配置为：
获取所述第一供电模块、所述第一通讯模块、所述第一脐带缆、所述第二供电模块、所述第二通讯模块以及所述第二脐带缆的状态信息；根据所述状态信息确定所述第一支路以及所述第二支路的故障信息；根据所述第一支路以及所述第二支路的故障信息，控制所述第一冗余切换装置和/或所述第二冗余切换装置进行切换操作，以实现所述电力单元对所述水下控制模块的供电和通讯的冗余。
2.根据权利要求1所述的冗余控制***，其特征在于，所述冗余控制模块被配置：
当所述第一供电模块和/或所述第一通讯模块出现故障时，控制所述第一冗余切换装置进行切换操作，以通过所述第二供电模块和所述第二通讯模块对所述第一水下电子模块进行供电和通讯。
3.根据权利要求1所述的冗余控制***，其特征在于，所述冗余控制模块被配置：
当所述第二供电模块和/或所述第二通讯模块出现故障时，控制所述第一冗余切换装置进行切换操作，以通过所述第一供电模块和所述第一通讯模块对所述第二水下电子模块进行供电和通讯。
4.根据权利要求2或3所述的冗余控制***，其特征在于，所述第一供电模块和所述第二供电模块的故障类型包括以下至少之一：供电电流瞬间变大、供电模块跳闸；
所述第一通讯模块和所述第二通讯模块的故障类型为通讯失联。
5.根据权利要求1所述的冗余控制***，其特征在于，所述冗余控制模块被配置：
当所述第一脐带缆出现故障时，控制所述第二冗余切换装置进行切换操作，以通过所述第二供电模块和所述第二通讯模块对所述第一水下电子模块进行供电和通讯。
6.根据权利要求1所述的冗余控制***，其特征在于，所述冗余控制模块被配置：
当所述第二脐带缆出现故障时，控制所述第二冗余切换装置进行切换操作，以通过所述第一供电模块和所述第一通讯模块对所述第二水下电子模块进行供电和通讯。
7.根据权利要求5或6所述的冗余控制***，其特征在于，所述第一脐带缆和所述第二脐带缆的故障类型为脐带缆绝缘低。
8.根据权利要求1-7任一项所述的冗余控制***，其特征在于，所述第一冗余切换装置和所述第二冗余切换装置均包括串联连接的第一互锁开关和第二互锁开关。
9.根据权利要求1-7任一所述的冗余控制***，其特征在于，所述第一供电模块和所述第二供电模块均包括串联连接的变压器和供电单元；
所述变压器与外部电源连接，以使得所述外部电源依次通过所述变压器、所述供电单元以及脐带缆向所述水下控制模块进行供电。
10.一种冗余控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取第一供电模块、第一通讯模块、第一脐带缆、第二供电模块、第二通讯模块以及第二脐带缆的状态信息；
根据所述状态信息确定第一支路以及第二支路的故障信息；
根据所述第一支路以及所述第二支路的故障信息，控制第一冗余切换装置和/或第二冗余切换装置进行切换操作，以实现电力单元对水下控制模块的供电和通讯的冗余。
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