提升機(jī)直流24V電源絕緣監(jiān)視裝置的研究與制作

田野

【摘要】隨著智慧煤礦的日益推廣應(yīng)用，智能化、信息化的設(shè)備逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化的老舊設(shè)備。提升機(jī)在各類礦井中被大量使用，礦井使用提升機(jī)主要是由制動(dòng)系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，由于提升機(jī)中有部分設(shè)備是低電壓控制，在礦井下特殊的環(huán)境中，時(shí)長(zhǎng)出現(xiàn)故障。提升機(jī)常見的故障現(xiàn)象比較明顯且容易檢測(cè)和維修。該課題研究制作提升機(jī)直流24V電源絕緣監(jiān)視裝置針對(duì)性的監(jiān)視提升機(jī)在工作過(guò)程中的弱電系統(tǒng)故障。經(jīng)過(guò)多次的測(cè)試和總結(jié)制作出檢測(cè)裝置并現(xiàn)場(chǎng)使用。

【關(guān)鍵詞】智慧、絕緣監(jiān)測(cè)、虛擬接地

一、提升機(jī)故障現(xiàn)象

1、故障現(xiàn)象

在提升機(jī)控制系統(tǒng)中存在高壓供電系統(tǒng)和低壓供電系統(tǒng)，其中低壓直流24V擔(dān)負(fù)著行程開關(guān)、紅外傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等各類傳感器的供電，同時(shí)可為可編程控制器和負(fù)責(zé)報(bào)警專用的中間繼電器提供穩(wěn)壓電源。為整個(gè)提升機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定供電起到關(guān)鍵性的作用。當(dāng)提升機(jī)正常工作時(shí)各傳感器和報(bào)警信號(hào)正常，如遇24V電源接地或虛擬接地，導(dǎo)致報(bào)警器報(bào)警，提示該系統(tǒng)存在故障。

2、存在的問(wèn)題

提升機(jī)的工作環(huán)境惡劣如濕度大、粉塵濃度高、溫度變化無(wú)常，同時(shí)提升機(jī)工作過(guò)程中存在振動(dòng)、工作頻率高、負(fù)載不穩(wěn)定等現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)中壓力傳感器、傾角傳感器、霍爾傳感器等特殊使用的傳感器需安裝在井筒及行進(jìn)中的設(shè)備上，在井筒行進(jìn)時(shí)傳感器及連接線極易脫節(jié)或接觸不良等現(xiàn)象，造成直流24V電源接地或虛擬接地現(xiàn)象，電壓信號(hào)有無(wú)接地現(xiàn)象，負(fù)責(zé)檢測(cè)的傳感器及其它供電系統(tǒng)的電壓根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況發(fā)生改變，致信號(hào)報(bào)警，由于24V直流接地信號(hào)較弱，短時(shí)間很難在龐大的提升機(jī)供電系統(tǒng)中查出故障。

二、改進(jìn)方法

為避免各類直流電源線經(jīng)過(guò)不同情況導(dǎo)致接地現(xiàn)象，在直流24V電源上并聯(lián)一自制絕緣監(jiān)視裝置，該裝置實(shí)時(shí)監(jiān)視提升機(jī)運(yùn)行中電源供電情況，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的檢測(cè)中直流24V電源正級(jí)或負(fù)極的絕緣值變化到固定值時(shí)[1]，裝置內(nèi)光耦繼電器動(dòng)作，顯示屏顯示絕緣保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)利用中間繼電器節(jié)點(diǎn)接通語(yǔ)音報(bào)警模塊，發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)。告知技術(shù)人員及時(shí)有效處理。該直流24V電源絕緣監(jiān)視裝置主要由以下幾個(gè)部分組成：

1、信號(hào)采集

使用直流24V電源正極或負(fù)極絕緣值的原理，直流24V電源正極和負(fù)極之間是絕緣的，在理想情況下分別對(duì)地電壓也應(yīng)為零。經(jīng)多次不同環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定各類傳感器直流24V接地時(shí)絕緣值的大小并詳細(xì)記錄，把記錄的數(shù)值比例換算成有效數(shù)字。使用A/D轉(zhuǎn)換器采集到接地時(shí)的模擬信號(hào)，芯片自動(dòng)按照比例轉(zhuǎn)換成D/A信號(hào)后發(fā)送至控制器CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，把測(cè)定的絕緣值和各類傳感器接地時(shí)的電壓值進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)。如單片機(jī)運(yùn)算的值和測(cè)定值相同，說(shuō)明此時(shí)出現(xiàn)接地或虛擬節(jié)現(xiàn)象，設(shè)置報(bào)警信號(hào)，使其報(bào)警輸出。并上傳至LCD顯示屏，顯示故障代碼或類型。

該采集系統(tǒng)采用PCF8591芯片，經(jīng)AIN0采集信號(hào)A/D輸入，通過(guò)系統(tǒng)集成的轉(zhuǎn)換器把數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，對(duì)應(yīng)其比對(duì)數(shù)值。由SCL/SDA端口把信號(hào)輸送至單片P3.0/P3.1到主程序中進(jìn)行信號(hào)比對(duì)和計(jì)算。

2、絕緣檢測(cè)裝置

（1）檢測(cè)裝置組成

主要由兩個(gè)8瓦150歐、10瓦100歐采樣功率電阻組成，作用是采集提升機(jī)供電系統(tǒng)的輸入端電源正是否接地。R3為1千歐電阻匹配電位器，作用是調(diào)節(jié)各類特殊傳感器電源或其它24V電源因突發(fā)情況產(chǎn)生接地時(shí)的絕緣電阻值。限流電阻R4，作用是根據(jù)該電阻兩端的電壓判斷光電偶合器是否符合打開或關(guān)閉狀態(tài)。繼電器K和光電隔離期U1組成，指示燈和兩個(gè)插接件。

（2）工作原理

在提升系統(tǒng)運(yùn)行中任意一處24V電源正接地，都會(huì)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。且難判斷故障緣由。把該檢測(cè)裝置接入提升弱電供電系統(tǒng)中[2]，系統(tǒng)正常工作時(shí)信號(hào)由三個(gè)檢測(cè)電阻電壓分配后，R4為2W功率電阻采樣電源正極經(jīng)R1電阻、R3電位器的電壓值兩端電壓處于臨界狀態(tài)。U1光電二極管陽(yáng)極所得到的電壓為R4上端的電壓值，既得到高電位光電二極管截止，從而光敏三極管得電集電極和發(fā)射極斷開。從而繼電器不工作，既不報(bào)警。光電耦合器輸出端口電壓即是電容C1兩端的電壓。如圖1所示。

圖1 接地絕緣檢測(cè)裝置

當(dāng)24V電源正端接地時(shí)，經(jīng)R1檢測(cè)電阻、R3平衡電位器，由于電源電壓被拉低，R4電阻兩端的電壓值瞬間下降，U1光電耦合器輸出端虛擬短接電壓為零，信號(hào)經(jīng)R3和R2分壓后，繼電器K線圈得電吸合，常開閉合，常閉斷開。報(bào)警信號(hào)燈亮，說(shuō)明輸入端有信號(hào)被拉低。代表在提升機(jī)某處有電源接地存在，視提升機(jī)工作情況，停機(jī)檢修。

目的是利用該裝置判斷提升機(jī)在工作時(shí)出現(xiàn)故障，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)可知，一般提升系統(tǒng)動(dòng)力供電設(shè)備出現(xiàn)故障后，比較容易查找，在出現(xiàn)多次檢修后動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)故障，考慮是24V弱電供電系統(tǒng)故障[3]。

（3）實(shí)機(jī)測(cè)試及設(shè)備更新完善

電路焊接后，經(jīng)通電測(cè)試，達(dá)到預(yù)期要求。把電路板放入防爆器中，聯(lián)系某煤礦提升系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)地安裝調(diào)試。在確保沒有任何安全問(wèn)題的情況下，把防爆器接入煤礦提升機(jī)的電控系統(tǒng)中。經(jīng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)各數(shù)據(jù)和地面測(cè)試均正常。

三、具體應(yīng)用

經(jīng)過(guò)多次井上模擬測(cè)試，信號(hào)準(zhǔn)確，報(bào)警信息準(zhǔn)確。經(jīng)有關(guān)專業(yè)部門檢測(cè)，使用符合本安要求的設(shè)備。把該系統(tǒng)裝入實(shí)際礦井的提升系統(tǒng)中進(jìn)行使用。時(shí)刻監(jiān)視直流24V電源對(duì)地絕緣情況，當(dāng)絕緣下降到一定值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒維修人員檢查處理，將隱患提前排查處理，杜絕因直流24V電源絕緣被設(shè)備運(yùn)行時(shí)其它參數(shù)的破壞從而造成影響正常生產(chǎn)及安全事故的發(fā)生。

結(jié)束語(yǔ)：

該設(shè)計(jì)是在深入現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，經(jīng)多方檢測(cè)、維修及更換設(shè)備均未能及時(shí)解決。耐心觀察和了解后，采用弱電的控制系統(tǒng)，使用信號(hào)的比對(duì)，把由現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境造成的電源短路或虛擬短路的情況進(jìn)行檢測(cè)，使用最直觀的方法進(jìn)行聲音報(bào)警。如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備符合要求可以使用上位機(jī)把故障現(xiàn)象傳輸?shù)娇偪刂婆_(tái)。該設(shè)備電路簡(jiǎn)單、原理簡(jiǎn)單、制作也比較容易，但在現(xiàn)場(chǎng)可解決提升系統(tǒng)中出現(xiàn)的電源虛擬接地和接地的現(xiàn)象，從而得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]于培永，邵天宇，鄧?yán)?，?直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置的改進(jìn)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2013，31（6）

[2]崔實(shí)，張連斌，李貽濤.直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].華北電力技術(shù)，1998，（10）

作者簡(jiǎn)介：田野，1983.12 ，男，漢，安徽淮北煤電技師學(xué)院/安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ?安徽省淮北市 235000 ?本科學(xué)歷，研究方向：電子。