一種接地安全控制點的監測方法與流程
2023-06-05 23:56:32
本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種設備接地的安全控制點監測方法。
背景技術：
隨著科學技術的發展，自動化設備在生產製造的過程中應用越來越廣泛，我們都知道，在使用的過程中，為了保障自動化生產設備的安全，都需要將設備接地，將設備的金屬外殼、正常情況下不帶電的金屬部件利用導線和大地連接，使金屬外殼、金屬部件與大地保持同一電位，這樣當設備出現故障時，金屬外殼、金屬部件的漏電流就能順利導入大地，人即使接觸到這些部件也不會有觸電的危險。
FCT(Functional Circuit Test，功能測試)測試站設備就是這樣的一個自動化設備，其在使用的過程中通過導線直接連接到大地。但是，現有的測試站設備在使用的過程中雖然進行了接地保護，卻不能實時的對設備的接地情況進行監控，這樣，當設備的接地發生了故障，操作員不能及時的知道，會帶來損傷產品、損害設備以及危害人體安全等嚴重後果。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明旨在提供一種接地安全控制點的監測方法，在測試站設備中通過比較接地安全控制點之間的電壓與預設的接地安全標準電壓，對各個接地點進行實時的監控，對產品安全、設備安全以及人體安全進行保障。
本發明採用以下技術方案：
一種接地安全控制點的監測方法，包括步驟：根據至少一路接地安全控制點之間的電壓與預設的接地安全標準電壓間的比較結果，輸出對應每一路的安全監測電平信號；根據輸入的至少一路安全監測電平信號，調整 輸出一路安全動作電平信號；根據安全動作電平信號，執行接地安全保護動作。
優選地，所述的根據至少一路接地安全控制點之間的電壓與預設的接地安全標準電壓間的比較結果，輸出對應每一路的安全監測電平信號的步驟進一步包括：
根據第一電源以及連接在第一電源上的第一電阻、和第二電阻，通過第一電阻、第二電阻間的電阻分壓方式獲取並輸出所述接地安全標準電壓；
根據第二電源以及連接在第二電源上的第三電阻、和待測控制點間電阻，通過第三電阻、待測控制點間電阻之間的電阻分壓方式獲取並輸出所述接地安全控制點間電壓。
根據第一電源、第一電阻、和第二電阻，獲取並輸出所述接地安全標準電壓；
根據第二電源、第三電阻、和待測控制點間電阻，獲取並輸出所述接地安全控制點間電壓。
在本技術方案中，比較的結果取決於待測控制點間電阻兩端的電壓(即為前面描述的控制點之間的電壓)和第二電阻兩端的電壓(即預設的接地安全標準電壓)，而待測控制點間電阻兩端的電壓取決於待測控制點間電阻/(待測控制點間電阻+第三電阻)的比值和第二電源，第二電阻兩端的電壓取決於第二電阻/(第一電阻+第二電阻)的比值以及第一電源，若待測控制點間電阻兩端的電壓大於第二電阻兩端的電壓，則比較的結果輸出高電平，若待測控制點間電阻兩端的電壓小於第二電阻兩端的電壓，則比較的結果輸出低電平，這樣，在實際應用中，通過監測待測控制點間電阻的電阻值即可知道設備是否接地良好，實現對待待測接地安全設備接地情況的實施監測。
進一步優選地，所述根據輸入的至少一路安全監測電平信號，調整輸出一路安全動作電平信號的步驟進一步包括：根據每一成對安全監測電平信號，通過邏輯選擇方式輸出一第一選擇控制電平信號；其中，如果有 一路不成對安全監測電平信號，則直接輸出一第一選擇控制電平信號。
進一步優選地，所述根據輸入的至少一路安全監測電平信號，調整輸出一路安全動作電平信號的步驟還包括：根據所述的多路第一選擇控制電平信號，通過邏輯選擇方式輸出一安全動作電平信號。
進一步優選地，根據八路安全監測電平信號，調整輸出一路安全動作電平信號，其中進一步包括：根據每一成對安全監測電平信號，通過邏輯選擇方式輸出一第一選擇控制電平信號；根據每一成對第一選擇控制電平信號，通過邏輯選擇方式輸出一第二選擇控制電平信號；根據所述的多路第二選擇控制電平信號，通過邏輯選擇方式輸出一安全動作電平信號。
進一步優選地，根據每一安全監測電平信號，控制一個安全控制狀態顯示燈，當該路接地安全控制點之間存在安全隱患時，點亮安全控制狀態顯示燈。
進一步優選地，所述根據安全動作電平信號，執行接地安全保護動作進一步包括：根據安全動作電平信號，控制一安全警報蜂鳴器和一安全動作繼電器，當至少一路接地安全控制點之間存在安全隱患時，鳴響安全警報蜂鳴器並使安全動作繼電器執行安全斷路保護動作。
進一步優選地，所述根據安全動作電平信號，執行接地安全保護動作的步驟進一步包括：將安全動作電平信號進行信號增強，以便驅動接地安全保護動作。
進一步優選地，還包括步驟：
對需監測接地安全的每一個設備，設置一組接地安全控制點，並通過將一組接地安全控制點組成一接地安全監測迴路，建立一路接地安全控制 點。
進一步優選地，所述需監測接地安全設備為FCT測試站中接地設備。
在本發明提供的一種接地安全控制點的監測方法，其有益效果在於：
在本發明中，通過採集待測接地安全設備接地的阻抗(待測控制點間電阻兩端的電壓)和標準電阻(第二電阻兩端的電壓)去比較，給出高低電平信號給安全警報蜂鳴器，如果給的是低電平信號，安全警報蜂鳴器會報警，提示作業員，設備接地不合格，並通過安全動作繼電器切斷產品測試點，禁止設備繼續作業，這樣保障了操作員人身安全的同時，保護了產品和設備的安全；且在各個接地安全控制點每路安全監測電平信號都對應有安全控制狀態顯示燈，可以實時提醒操作員待測接地安全設備是否正常接地；
另外，本發明提供的一種接地安全控制點的監測方法，當需要給更多的待測接地安全設備進行監控時，可以任意進行擴展；且該一種接地安全控制點的監測方法可以對任意需要進行接地監控的待測接地安全設備進行實時監控，應用廣泛。
附圖說明
下面將以明確易懂的方式，結合附圖說明優選實施方式，對上述特性、技術特徵、優點及其實現方式予以進一步說明。
圖1為本發明提供的接地安全控制點的監測方法一種實施例的示意圖。
圖2為本發明提供的接地安全控制點的監測方法另一實施例的示意圖。
圖3為實現本發明接地安全控制點的監測方法的一個電路結構示意圖。
圖4為本發明實現多路安全接地安全控制點的監測結構示意圖。
附圖標記：
U1-第一電源，U2-第二電源，R1-第一電阻，R2-第二電阻，R3-第三電阻，
R4-待測控制點間電阻，Q1-比較器，H1-第一或非門，H2-第二或非門，J- 安全動作繼電器，
H3-第三或非門，H4-第四或非門，Y1-第一與門，Y2-第二與門，
Y3-第三與門，F1-第一反相器，F2-第二反相器，W-安全警報蜂鳴器，①、②、③、④、⑤、⑥-控制點。
具體實施方式
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對照附圖說明本發明的具體實施方式。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖，並獲得其他的實施方式。
如圖1為本發明提供的接地安全控制點的監測方法一種實施例的示意圖。如圖1，一種接地安全控制點的監測方法，包括步驟：
S1根據至少一路接地安全控制點之間的電壓與預設的接地安全標準電壓間的比較結果，輸出對應每一路的安全監測電平信號；
S2根據輸入的至少一路安全監測電平信號，調整輸出一路安全動作電平信號；
S3根據安全動作電平信號，執行接地安全保護動作。
圖2為本發明提供的接地安全控制點的監測方法另一實施例的示意圖。如圖2所示，一種接地安全控制點的監測方法，包括步驟：
S1根據至少一路接地安全控制點之間的電壓與預設的接地安全標準電壓間的比較結果，輸出對應每一路的安全監測電平信號。
S2根據輸入的至少一路安全監測電平信號，調整輸出一路安全動作電平信號。
S21根據每一安全監測電平信號，控制一個安全控制狀態顯示燈，當該路接地安全控制點之間存在安全隱患時，點亮安全控制狀態顯示燈。
S3根據安全動作電平信號，執行接地安全保護動作。
S31根據安全動作電平信號，執行接地安全保護動作進一步包括：根據安全動作電平信號，控制一安全警報蜂鳴器和一安全動作繼電器，當至少一路接地安全控制點之間存在安全隱患時，鳴響安全警報蜂鳴器並使安全動作繼電器 執行安全斷路保護動作。
圖3為實現本發明接地安全控制點的監測方法的一個電路結構示意圖。如圖3所示，根據至少一路接地安全控制點之間的電壓與預設的接地安全標準電壓間的比較結果，輸出對應每一路的安全監測電平信號部分的電路(以下簡稱安全比較電路)。包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、待測控制點間電阻R4、比較器Q1、第一電源U1以及第二電源U2。
其中，第一電阻R1的第一端與第一電源U1連接、第二端分別與第二電阻R2的第一端和比較器Q1的負輸入端連接；第二電阻R2的第二端接地；根據第一電源U1以及連接在第一電源U1上的第一電阻R1、和第二電阻R2，通過第一電阻R1、第二電阻R2間的電阻分壓方式獲取並輸出所述接地安全標準電壓。
第三電阻R3的第一端與第二電源U2連接、第二端分別與待測控制點間電阻R4的第一端和比較器Q1的正輸入端連接；待測控制點間電阻R4的第二端接地；根據第二電源U2以及連接在第二電源U2上的第三電阻R3、和待測控制點間電阻R4，通過第三電阻R3、待測控制點間電阻R4之間的電阻分壓方式獲取並輸出所述接地安全控制點間電壓。
比較器Q1的輸出端與後續的或非門輸入端連接。從上面的描述知道，上述安全比較電路中，其將待測控制點間電阻R4兩端的電壓(即上述控制點之間的電壓)與第二電阻R2兩端的電壓(即上述預設的接地安全標準電壓)進行比較輸出安全監測電平信號。且當待測控制點間電阻R4兩端的電壓大於第二電阻R2兩端的電壓時，則比較器Q1輸出高電平(即1)，當待測控制點間電阻R4兩端的電壓小於第二電阻R2兩端的電壓時，則比較器Q1輸出低電平(即0)；又從安全比較電路中的構成可以看出，待測控制點間電阻R4兩端的電壓取決於待測控制點間電阻R4/(待測控制點間電阻R4+第三電阻R3)的比值和第二電源U2，第二電阻R2兩端的電壓取決於第二電阻R2/(第一電阻R1+第二電阻R2)的比值以及第一電源U1。在具體實施例中，第一電源U1和第二電源U2都為3.3V(伏)電源，第一電阻R1的阻值為100K(千歐)，第二電阻R2的阻值為1K，第三電阻R3的阻值為100Ω(歐姆)，比較器Q1的型號為 LM324，在該實施例中，第二電阻R2/(第一電阻R1+第二電阻R2)的比值為1/(1+101)＝1/101；由於第三電阻R3的阻值為100歐姆，因此在使用該安全比較電路對待測接地安全設備的接地情況進行監控時，如果該待測控制點間電阻R4的阻值大於1Ω，則比較器Q1的正輸入端的電壓大於負輸入端的電壓，比較器Q1輸出的安全監測電平信號為高電平；當該待測控制點間電阻R4的阻值小於1Ω，則比較器Q1的正輸入端的電壓小於負輸入端的電壓，比較器Q1輸出的安全監測電平信號為低電平，這樣，通過監測待測控制點間電阻R4的電阻值即可知道設備是否接地良好，實現對待待測接地安全設備接地情況的實時監測。要說明的是，在該實施例中，我們對上述的比較器Q1、兩個電源以及各個電阻的具體型號取值都不做限定，即在其他實施例中，只要比較器Q1能夠根據待測控制點間電阻R4兩端的電壓和第二電阻R2兩端的電壓進行輸出都包括在本發明的內容中，如第一電阻R1的阻值為100K(千歐)，第二電阻R2的阻值為1K，第三電阻R3為300Ω，第一電源U1和第二電源U2為3.3V，此時則在檢測的過程中，只要將檢測出來的待測控制點間電阻R4與3Ω進行比較就可以知道設備接地是否正常，簡單來說，只要能夠根據第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電源U1、第二電源U2的值確定待測控制點間電阻R4的測量參照值即可。
如圖2，根據輸入的至少一路安全監測電平信號，調整輸出一路安全動作電平信號的具體實現電路包括第一或非門H1、第二或非門H2、第三或非門H3、第四或非門H4、第一與門Y1、第二與門Y2以及第三與門Y3。
電路中包括八路安全比較電路，其中，第一或非門H1、第二或非門H2、第三或非門H3以及第四或非門H4的八個輸入端分別與八路上述的安全比較電路的八個輸出端一一對應連接。或非門H1、H2、H3、H4根據每一成對的兩路安全監測電平信號，通過邏輯選擇的方式輸出一路第一選擇控制電平信號。易於理解，其中，如果有一路不成對安全監測電平信號，則可以直接輸出一第一選擇控制電平信號，此時或非門的空輸入端接地。
在本技術方案中，若控制點之間的電壓比預設的接地安全標準電壓 高，則輸出的安全監測電平信號為高電平(即1)，當控制點之間的電壓比預設的接地安全標準電壓低，則輸出的安全監測電平信號為低電平(即0)。當輸入的安全動作電平信號為低電平，則說明設備接地出現故障，若輸入的第二安全動作電平為高電平，則說明設備接地良好。之所以將安全監測電平信號調整為安全動作電平信號，是因為，只有電路中控制點之間的電壓比預設的接地安全標準電壓低，即安全監測電平信號為低電平的情況下說明設備是接地正常的；但是安全動作電平信號為高電平的時候才是正常，所以中間需要將安全監測電平信號轉換為安全動作電平信號，以滿足本發明的需求。因此，此處八路安全監測電平信號變為四路信號，需採用或非門H1、H2、H3、H4，而不是與門。
第一或非門H1和第二或非門H2的輸出端分別與第一與門Y1的兩個輸入端連接，第三或非門H3和第四或非門H4的輸出端分別與第二與門Y2的兩個輸入端連接。與門Y1、Y2根據每一成對第一選擇控制電平信號，通過邏輯選擇方式輸出一第二選擇控制電平信號。第一與門Y1和第二與門Y2的輸出端分別與第三與門Y3的輸入端連接，第三與門Y3的輸出端連接後續執行接地安全保護動作的實現電路。與門Y3根據所述的多路第二選擇控制電平信號，通過邏輯選擇方式輸出一安全動作電平信號。
以上介紹了與門Y1、Y2、Y3根據所述的多路第一選擇控制電平信號，通過邏輯選擇方式輸出一安全動作電平信號。
在上述本技術方案中，為了同時對多個設備實現實時接地監控，設置多路安全比較，又為了得到每路安全比較輸出安全監測電平信號，我們連接兩路安全監測電平信號作為一對。對不成對的安全監測電平信號，直接輸出第一選擇控制電平信號。
以上我們描述的是，同時使用8路安全比較電路測量8個待測接地安全設備各個器件的連接情況，要說明的是，這種連接適用於監控1-8個待測接地安全設備中的任意一種情況，如，當只需要對一個帶測接地設備進行接地監測時，只需要輸出一路安全比較電路即可，並將該安全比較電路的輸出端與4個或非門8個輸入端中的任意一個連接，再將8個輸入端中未接入安全比較電路的引 腳接地即可實現目的。在其他實施例中，採用同樣的方式，即將沒有接入安全比較電路輸出的懸空引腳接地即可。當然，進行設計的過程中，並不一定要採用這種同時可以對8個待測接地安全設備監控的方式，還可以採用其他的方式。如電路只包括2個或非門和一個與門，實現同時對4個待測接地安全設備監控；又如，電路包括8個或非門和6個與門，實現同時對16個待測接地安全設備的監控等等，用戶可以根據實際應用中的需求自由設計，我們對此不作限定。進一步來說，在該實施例中，可以使用型號為74LS02的2輸入4或非門的晶片實現各個或非門之間的連接，使用型號為74LS08的2輸入4與門的晶片實現各個與門之間的連接，當然，也可以使用其他型號的晶片來實現，我們不對其進行限定。
如圖3，執行接地安全保護動作的實現電路包括一安全警報蜂鳴器W和一安全動作繼電器J，安全警報蜂鳴器W和安全動作繼電器J的輸入端分別第三與門Y3的輸出端連接，當安全動作電平信號為高電平時，則說明該待測接地安全設備接地良好；若安全動作電平信號為低電平時，則說明待測接地安全設備出現接地設備，此時安全警報蜂鳴器W進行報警，提示操作員待測接地安全設備出線故障，同時安全動作繼電器J斷開待測接地安全設備的工作點，讓待測接地安全設備停止工作。當然，該安全警報蜂鳴器W除了與第三與門Y3的輸出端連接，還需要與電源VCC連接。
在一個具體實施例中，電路中還包括多個安全控制狀態顯示燈，每個安全控制狀態顯示燈分別與一個安全比較電路的輸出端連接(即分別與各個或非門的輸入端連接)。當待測接地安全設備接地良好，即安全比較電路輸出的是低電平，則該安全控制狀態顯示燈正常顯示；當待測接地安全設備接地出現狀況，即與之對應的安全比較電路輸出的是高電平，則其對應的安全控制狀態顯示燈熄滅，提醒操作員。
如圖3，電路還包括用於信號增強的驅動部分：包括相互串聯的第一反相器F1和第二反相器F2，第一反相器F1的輸入端與第三與門Y3的輸出端連接。第一反相器F1的輸出端與第二反相器F2的輸入端連接；第二反相器F2的輸出端與安全警報蜂鳴器W和安全動作繼電器J的輸入端連接，且在該實施例中， 可以使用型號為74LS05的反相器來實現目的，當然也可以使用其他型號的反相器，我們不做限定。第一反相器F1和第二反相器F2用於將安全動作電平信號進行信號增強，以便驅動接地安全保護動作
如圖4中所示，第一安全比較電路與第一待測接地安全設備對應、第二安全比較電路與第二待測接地安全設備對應、......、第N安全比較電路與第N待測接地安全設備對應，當然，圖中只是示意性的畫出了包括多個待測接地安全設備和多路安全比較電路的情況，當只需要對一個待測接地安全設備進行監控時，則只需要接入一路安全比較電路即可，以此類推。在實際測量中，一路安全比較電路、一個待測接地安全設備以及設備地之間形成一個接地安全監測迴路。以下以第一安全比較電路和第一待測接地安全設備形成的接地安全監測迴路為例對該過程做出描述：在該接地安全監測迴路中，包括控制點④和控制點⑤，第一待測接地安全設備中包括控制點②和控制點③，在設備地中包括控制點①和控制點⑥，其中，控制點③和控制點①分別為該第一待測接地安全設備原本在運行過程中接設備地的兩個點，控制點④和控制點③為實現本發明接地安全控制點的監測方法的電路該第一待測接地安全設備連接的兩個點，控制點⑤和控制點①分別為實現本發明接地安全控制點的監測方法的電路連接設備地的兩個點。在實際應用中使用該接地安全監測迴路對第一待測接地安全設備進行接地監控時，控制點④到控制點③到控制點②到控制點①到控制點⑥最後到控制點⑤，形成一個接地安全監測迴路。因此本發明對需監測接地安全的每一個設備，設置一組接地安全控制點，並通過將每一組接地安全控制點組成一接地安全監測迴路，建立一路安全控制點。
要說明的是，如圖3中所示，其中控制點④和控制點⑤實際上為待測控制點間電阻R4的兩端的點(這裡控制點④和控制點⑤之間的電壓即為安全比較電路中描述的控制點之間的電壓)，控制點⑥為該待測控制點間電阻R4的接地點。實際上，這裡的待測控制點間電阻R4並不是一個真實的電阻，在電路接線的過程中，待測控制點間電阻R4的位置由電路中的外殼、銅線等構成，即在接線的過程總在控制點④和控制點⑤之間不接入任何東西，在對第一待測 接地安全設備進行接地監控時，只需要檢測控制點④和控制點⑤之間的電阻是否滿足電路設計過程中的要求。當第一待測接地安全設備出現接地故障時，則相應的安全控制狀態顯示燈滅，安全警報蜂鳴器W也會報警。另外，要注意的是，當同時對多個待測接地安全設備進行接地監控時，當控制點①到控制點⑥到控制點⑤中出現了接地故障，則所有的安全控制狀態顯示燈都會熄滅，同時安全警報蜂鳴器W報警，提醒操作員進行故障排查；在其他控制點出現的問題時，都只有相應線路上的安全控制狀態顯示燈熄滅。在具體實施例中，待測接地安全設備為FCT測試站中接地設備。
應當說明的是，上述實施例均可根據需要自由組合。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。