一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置的製作方法
2023-12-10 03:52:56
專利名稱：一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電測量裝置，特別涉及一種在煤礦井下使用的直流架線絕緣
電阻監測裝置。
背景技術：
在我國礦山中，單架空線式直流架線式電機車作為井下重要的運輸設備使用非常 廣泛。架線電網中將饋電線路架設在電機車上方，利用運輸軌道兼作回流導體，雖然軌道運 輸優點很多，但由於井下巷道空間的限制，裸露架線不可能敷設很高，加之巷道較窄，照明 不足等情況給工作人員帶來較大的安全隱患。特別是一些巷道壓力較大的礦井，人體觸及 架線造成傷亡事故時有發生。根據2000年至2006年國有重點煤礦觸電死亡事故的不完全 統計，礦架線觸電死亡事故，約佔30%左右。同時由於井下潮溼，架線電網洩漏也相當嚴重。 因此實時的監測架線電網的絕緣電阻，具有重要的意義。當前國內外有一種採用附加交流 電壓來監測絕緣電阻的技術方案，該方案中採用本質上有別於工作電源的交流電源作檢測 電源，連續監測架線電網的絕緣電阻。當人體觸電或架線絕緣嚴重降低時，在短時間內即可 切斷供電直流電源。該方案中，電網參數必須用分布參數，在具體的實施過程中，常出現因 分布參數的變化導致監測不準確而誤動作的現象，因此該方案並沒有在現場投入使用。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，該監測裝置具有 監測穩定、準確、高效的優勢。 本實用新型為實現上述目的，採用的技術解決方案是 —種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，包括嵌入式微控制器、工作電源和監測電 源，嵌入式微控制器分別與工作電源和監測電源連接，工作電源、監測電源接入電機車供電 線路，且兩電源在電機車供電線路中電壓方向相反；嵌入式微控制器是能夠控制工作電源 和監測電源交替工作的嵌入式微控制器，工作電源為接入電機車提供電源，監測電源為架 線迴路絕緣電阻測試提供電源。 上述絕緣電阻檢測裝置還包括跳閘輸出電路，嵌入式微控制器與跳閘輸出電路連 接，之後與架線式電機車整流電源連接。 上述絕緣電阻檢測裝置還包括電壓、電流信號採集電路，電機車供電線路與電壓、 電流信號採集電路連接，之後與嵌入式微控制器連接。 上述絕緣電阻檢測裝置還包括觸發脈衝電路，嵌入式微控制器與觸發脈衝電路連 接，之後分別與工作電源、監測電源連接。 上述絕緣電阻檢測裝置還包括各自獨立的與嵌入式微控制器連接的報警電路、液 晶顯示模塊、鍵盤、數字通信接口、存儲器及實時時鐘電路。 上述嵌入式微控制器採用C8051F晶片。 上述工作電源採用Buck變換器。[0012] 上述監測電源採用DC-DC隔離變換電源。 本實用新型的有益效果此種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置由嵌入式微控制器 控制工作電源及監測電源交替工作。監測電源工作時嵌入式微控制器封鎖工作電源的觸發 脈衝，並由電壓、電流信號採集電路測量架線迴路的電壓和電流，從而算得電機車供電線路 的絕緣電阻。當絕緣電阻值下降到規定值以下時，通過跳閘輸出電路，切斷架線式電機車整 流電源，實現斷電保護功能。此種監測方式具有穩定、準確、高效的優勢。
圖1為礦用直流架線絕緣電阻監測裝置的系統框圖。 圖2為礦用直流架線絕緣電阻監測裝置的電路原理框圖。
以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明
具體實施方式結合圖1、圖2，一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，包括嵌入式微控制器、工作 電源、監測電源、跳閘輸出電路、電壓電流信號採集電路、觸發脈衝電路、報警電路、液晶顯 示模塊、鍵盤、數字通信接口、存儲器及實時時鐘電路。嵌入式微控制器分別與工作電源和 監測電源連接，工作電源、監測電源接入電機車供電線路，且兩電源在電機車供電線路中電 壓方向相反。嵌入式微控制器能夠控制工作電源和監測電源交替工作，工作電源為接入電 機車提供電源，監測電源為架線迴路絕緣電阻測試提供電源。嵌入式微控制器與跳閘輸出 電路連接，之後與架線式電機車整流電源連接。電機車供電線路與電壓、電流信號採集電路 連接，之後與嵌入式微控制器連接。嵌入式微控制器與觸發脈衝電路連接，之後分別與工作 電源、監測電源連接。報警電路、液晶顯示模塊、鍵盤、數字通信接口、存儲器及實時時鐘電 路各自獨立的與嵌入式微控制器連接。所述嵌入式微控制器採用C8051F晶片，工作電源採 用Buck變換器，監測電源採用DC-DC隔離變換電源。 接下來對礦用直流架線絕緣電阻監測裝置中所涉及的晶片及電路的功能進行逐 一說明 嵌入式微控制器，採用完全集成的混合信號系統級晶片C8051F，這是一種十分適
合於測控系統的晶片，其採用了流水線技術，指令的執行效率高，片內包括了看門狗、ADC、
DAC、電壓基準輸出、定時器等多種資源，併集成JTAG，支持在線編程。該嵌入式微控制器
定時控制工作電源及監測電源，實時採集架線迴路的電流、電壓信號，計算出線路的絕緣電
阻。當阻值低於規定值時，發出跳閘信號，使架線式電機車整流電源斷電。 工作電源，採用Buck變換器，對架線式電機車整流電源的輸出進行控制，並為電
機車提供工作電源。 監測電源，採用DC-DC隔離變換電源，為架線迴路絕緣電阻測試提供電源。 跳閘輸出電路，當嵌入式微控制器發出跳閘信號時，使架線式電機車整流電源的
交流側斷路器跳閘。 電壓、電流信號採集電路，用於測量架線迴路的電流和電壓信息，並將信號調理到 嵌入式微控制器能夠處理的範圍。 觸發脈衝電路，用於控制工作電源及監測電源的工作狀態。[0025] 報警電路，當絕緣電阻值下降到規定值以下時，報警。 液晶顯示模塊，實時顯示絕緣電阻阻值。 鍵盤，共有移位、調整、確認、退出四個按鍵，配合液晶顯示模塊可以方便地實現參 數設置、測量控制、時鐘校準。 數字通信接口 ，採用RS232或RS485串行通訊接口 ，可將所有採集數據用數字通信 方式傳輸到其它計算機或礦山監測系統中，以便進一步處理。 存儲器及實時時鐘電路，用來存儲系統預設參數、事故記錄並提供相應的時刻。 進一步，詳細說明礦用直流架線絕緣電阻監測裝置的工作過程 礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，具有測量、計算、存儲記憶、保護動作、報警等功
能。如圖1所示，它主要包括嵌入式微控制器、工作電源、監測電源、電壓電流信號採集電
路、觸發脈衝電路、跳閘輸出電路、存儲器、實時時鐘、數字通信接口等電路組成。圖1中，M
為礦用電機車的直流電動機，二極體Dl為續流二極體，二極體D2在監測電源工作時將直流
電機隔離。 嵌入式微控制器採用完全集成的混合信號系統級晶片C8051F020，其片內包括了 看門狗、採樣速率為100ksps的12位ADC、12位的DAC、電壓基準輸出、定時器等多種資源， 併集成JTAG，支持在線編程。礦用直流架線絕緣電阻監測裝置進入工作狀態後，嵌入式微控 制器控制工作電源及監測電源交替工作。工作電源工作時對架線式電機車整流電源輸出進 行控制，並為電機車提供工作電源。監測電源工作時嵌入式微控制器封鎖工作電源的觸發 脈衝，架線迴路的電流和電壓，經過接線端子接入由互感器、運算放大器LM224為主構建的 電壓、電流信號採集電路，經過調理後變為C8051F020片內ADC能夠處理的0 2. 5V電壓 信號。C8051F片內CPU定時採集ADC的轉換輸出，經過數字濾波後，進行數值計算並判斷， 當算得絕緣電阻值下降到規定值以下時，切斷架線式電機車整流電源，並發出報警信號。 嵌入式微控制器將計算出的絕緣電阻數值保存在存儲器24C256中並送至中文液 晶顯示模塊實時顯示。該礦用直流架線絕緣電阻監測裝置採用MAX232或MAX485晶片構成 具有RS232或RS485串行通訊接口 ，可將所有採集數據用數字通信方式傳輸到計算機中，並 可方便地與礦山監測系統聯網。鍵盤電路共有移位、調整、確認、退出四個鍵，程序設計時採 用的鍵盤復用功能，配合中文菜單可方便地實現參數設置、測量控制、時鐘校準等工作。 當然，上述說明並非是對本實用新型的限制，本實用新型也並不僅限於上述舉例， 本技術領域的技術人員在本實用新型的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應 屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，其特徵在於所述監測裝置包括嵌入式微控制器、工作電源和監測電源，嵌入式微控制器分別與工作電源和監測電源連接，工作電源、監測電源接入電機車供電線路，且兩電源在電機車供電線路中電壓方向相反；嵌入式微控制器是能夠控制工作電源和監測電源交替工作的嵌入式微控制器，工作電源為接入電機車提供電源，監測電源為架線迴路絕緣電阻測試提供電源。
2. 根據權利要求1所述的一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，其特徵在於所述絕 緣電阻檢測裝置還包括跳閘輸出電路，嵌入式微控制器與跳閘輸出電路連接，之後與架線 式電機車整流電源連接。
3. 根據權利要求1所述的一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，其特徵在於所述絕 緣電阻檢測裝置還包括電壓、電流信號採集電路，電機車供電線路與電壓、電流信號採集電 路連接，之後與嵌入式微控制器連接。
4. 根據權利要求1所述的一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，其特徵在於所述絕 緣電阻檢測裝置還包括觸發脈衝電路，嵌入式微控制器與觸發脈衝電路連接，之後分別與 工作電源、監測電源連接。
5. 根據權利要求1所述的一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，其特徵在於所述絕 緣電阻檢測裝置還包括各自獨立的與嵌入式微控制器連接的報警電路、液晶顯示模塊、鍵 盤、數字通信接口 、存儲器及實時時鐘電路。
6. 根據權利要求1至5任一項所述的一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，其特徵在 於所述嵌入式微控制器採用C8051F晶片。
7. 根據權利要求1至5任一項所述的一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，其特徵在於所述工作電源採用Buck變換器。
8. 根據權利要求1至5任一項所述的一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，其特徵在 於所述監測電源採用DC-DC隔離變換電源。
專利摘要本實用新型公開一種礦用直流架線絕緣電阻監測裝置，該監測裝置包括嵌入式微控制器、工作電源和監測電源。嵌入式微控制器分別與工作電源和監測電源連接，工作電源、監測電源接入電機車供電線路，且兩電源在電機車供電線路中電壓方向相反。嵌入式微控制器是能夠控制工作電源和監測電源交替工作的嵌入式微控制器，工作電源為接入電機車提供電源，監測電源為架線迴路絕緣電阻測試提供電源。此種監測裝置具有監測穩定、準確、高效的優勢。
文檔編號G01R27/08GK201444179SQ20092002681
公開日2010年4月28日 申請日期2009年6月4日 優先權日2009年6月4日
發明者於群, 曹娜 申請人:山東科技大