提升機直流24V電源絕緣監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用，智能化、信息化的設備逐步取代傳統的機械化、自動化的老舊設備。提升機在各類礦井中被大量使用，礦井使用提升機主要是由制動系統、操縱系統、測速限速系統和相關機械結構組成，由于提升機中有部分設備是低電壓控制，在礦井下特殊的環境中，時長出現故障。提升機常見的故障現象比較明顯且容易檢測和維修。該課題研究制作提升機直流24V電源絕緣監視裝置針對性的監視提升機在工作過程中的弱電系統故障。經過多次的測試和總結制作出檢測裝置并現場使用。

【關鍵詞】智慧、絕緣監測、虛擬接地

一、提升機故障現象

1、故障現象

在提升機控制系統中存在高壓供電系統和低壓供電系統，其中低壓直流24V擔負著行程開關、紅外傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等各類傳感器的供電，同時可為可編程控制器和負責報警專用的中間繼電器提供穩壓電源。為整個提升機系統穩定供電起到關鍵性的作用。當提升機正常工作時各傳感器和報警信號正常，如遇24V電源接地或虛擬接地，導致報警器報警，提示該系統存在故障。

2、存在的問題

提升機的工作環境惡劣如濕度大、粉塵濃度高、溫度變化無常，同時提升機工作過程中存在振動、工作頻率高、負載不穩定等現象，現場中壓力傳感器、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中的設備上，在井筒行進時傳感器及連接線極易脫節或接觸不良等現象，造成直流24V電源接地或虛擬接地現象，電壓信號有無接地現象，負責檢測的傳感器及其它供電系統的電壓根據現場的情況發生改變，致信號報警，由于24V直流接地信號較弱，短時間很難在龐大的提升機供電系統中查出故障。

二、改進方法

為避免各類直流電源線經過不同情況導致接地現象，在直流24V電源上并聯一自制絕緣監視裝置，該裝置實時監視提升機運行中電源供電情況，當設備運行時的檢測中直流24V電源正級或負極的絕緣值變化到固定值時[1]，裝置內光耦繼電器動作，顯示屏顯示絕緣保護動作，同時利用中間繼電器節點接通語音報警模塊，發出語音報警信號。告知技術人員及時有效處理。該直流24V電源絕緣監視裝置主要由以下幾個部分組成：

1、信號采集

使用直流24V電源正極或負極絕緣值的原理，直流24V電源正極和負極之間是絕緣的，在理想情況下分別對地電壓也應為零。經多次不同環境下現場測定各類傳感器直流24V接地時絕緣值的大小并詳細記錄，把記錄的數值比例換算成有效數字。使用A/D轉換器采集到接地時的模擬信號，芯片自動按照比例轉換成D/A信號后發送至控制器CPU進行數據對比，把測定的絕緣值和各類傳感器接地時的電壓值進行數據比對。如單片機運算的值和測定值相同，說明此時出現接地或虛擬節現象，設置報警信號，使其報警輸出。并上傳至LCD顯示屏，顯示故障代碼或類型。

該采集系統采用PCF8591芯片，經AIN0采集信號A/D輸入，通過系統集成的轉換器把數據自動轉換成數字量，對應其比對數值。由SCL/SDA端口把信號輸送至單片P3.0/P3.1到主程序中進行信號比對和計算。

2、絕緣檢測裝置

（1）檢測裝置組成

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

（2）工作原理

在提升系統運行中任意一處24V電源正接地，都會致整個系統無法正常工作。且難判斷故障緣由。把該檢測裝置接入提升弱電供電系統中[2]，系統正常工作時信號由三個檢測電阻電壓分配后，R4為2W功率電阻采樣電源正極經R1電阻、R3電位器的電壓值兩端電壓處于臨界狀態。U1光電二極管陽極所得到的電壓為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射極斷開。從而繼電器不工作，既不報警。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 接地絕緣檢測裝置

當24V電源正端接地時，經R1檢測電阻、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，信號經R3和R2分壓后，繼電器K線圈得電吸合，常開閉合，常閉斷開。報警信號燈亮，說明輸入端有信號被拉低。代表在提升機某處有電源接地存在，視提升機工作情況，停機檢修。

目的是利用該裝置判斷提升機在工作時出現故障，經驗總結可知，一般提升系統動力供電設備出現故障后，比較容易查找，在出現多次檢修后動力系統無故障，考慮是24V弱電供電系統故障[3]。

（3）實機測試及設備更新完善

電路焊接后，經通電測試，達到預期要求。把電路板放入防爆器中，聯系某煤礦提升系統進行實地安裝調試。在確保沒有任何安全問題的情況下，把防爆器接入煤礦提升機的電控系統中。經測試和實驗各數據和地面測試均正常。

三、具體應用

經過多次井上模擬測試，信號準確，報警信息準確。經有關專業部門檢測，使用符合本安要求的設備。把該系統裝入實際礦井的提升系統中進行使用。時刻監視直流24V電源對地絕緣情況，當絕緣下降到一定值時，發出聲光報警信號，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電源絕緣被設備運行時其它參數的破壞從而造成影響正常生產及安全事故的發生。

結束語：

該設計是在深入現場時，經多方檢測、維修及更換設備均未能及時解決。耐心觀察和了解后，采用弱電的控制系統，使用信號的比對，把由現場環境造成的電源短路或虛擬短路的情況進行檢測，使用最直觀的方法進行聲音報警。如果現場設備符合要求可以使用上位機把故障現象傳輸到總控制臺。該設備電路簡單、原理簡單、制作也比較容易，但在現場可解決提升系統中出現的電源虛擬接地和接地的現象，從而得到更廣泛的應用。

參考文獻：

[1]于培永，邵天宇，鄧磊，等.直流系統絕緣監測裝置的改進研究[J].節能技術，2013，31（6）

[2]崔實，張連斌，李貽濤.直流系統絕緣監測裝置的改進設計[J].華北電力技術，1998，（10）

作者簡介：田野，1983.12 ，男，漢，安徽淮北煤電技師學院/安徽礦業職業技術學院 ?安徽省淮北市 235000 ?本科學歷，研究方向：電子。