提升机直流24V电源绝缘监视装置的研究与制作

田野

【摘要】随着智慧煤矿的日益推广应用，智能化、信息化的设备逐步取代传统的机械化、自动化的老旧设备。提升机在各类矿井中被大量使用，矿井使用提升机主要是由制动系统、操纵系统、测速限速系统和相关机械结构组成，由于提升机中有部分设备是低电压控制，在矿井下特殊的环境中，时长出现故障。提升机常见的故障现象比较明显且容易检测和维修。该课题研究制作提升机直流24V电源绝缘监视装置针对性的监视提升机在工作过程中的弱电系统故障。经过多次的测试和总结制作出检测装置并现场使用。

【关键词】智慧、绝缘监测、虚拟接地

一、提升机故障现象

1、故障现象

在提升机控制系统中存在高压供电系统和低压供电系统，其中低压直流24V担负着行程开关、红外传感器、压力传感器、位移传感器等各类传感器的供电，同时可为可编程控制器和负责报警专用的中间继电器提供稳压电源。为整个提升机系统稳定供电起到关键性的作用。当提升机正常工作时各传感器和报警信号正常，如遇24V电源接地或虚拟接地，导致报警器报警，提示该系统存在故障。

2、存在的问题

提升机的工作环境恶劣如湿度大、粉尘浓度高、温度变化无常，同时提升机工作过程中存在振动、工作频率高、负载不稳定等现象，现场中压力传感器、倾角传感器、霍尔传感器等特殊使用的传感器需安装在井筒及行进中的设备上，在井筒行进时传感器及连接线极易脱节或接触不良等现象，造成直流24V电源接地或虚拟接地现象，电压信号有无接地现象，负责检测的传感器及其它供电系统的电压根据现场的情况发生改变，致信号报警，由于24V直流接地信号较弱，短时间很难在庞大的提升机供电系统中查出故障。

二、改进方法

为避免各类直流电源线经过不同情况导致接地现象，在直流24V电源上并联一自制绝缘监视装置，该装置实时监视提升机运行中电源供电情况，当设备运行时的检测中直流24V电源正级或负极的绝缘值变化到固定值时[1]，装置内光耦继电器动作，显示屏显示绝缘保护动作，同时利用中间继电器节点接通语音报警模块，发出语音报警信号。告知技术人员及时有效处理。该直流24V电源绝缘监视装置主要由以下几个部分组成：

1、信号采集

使用直流24V电源正极或负极绝缘值的原理，直流24V电源正极和负极之间是绝缘的，在理想情况下分别对地电压也应为零。经多次不同环境下现场测定各类传感器直流24V接地时绝缘值的大小并详细记录，把记录的数值比例换算成有效数字。使用A/D转换器采集到接地时的模拟信号，芯片自动按照比例转换成D/A信号后发送至控制器CPU进行数据对比，把测定的绝缘值和各类传感器接地时的电压值进行数据比对。如单片机运算的值和测定值相同，说明此时出现接地或虚拟节现象，设置报警信号，使其报警输出。并上传至LCD显示屏，显示故障代码或类型。

该采集系统采用PCF8591芯片，经AIN0采集信号A/D输入，通过系统集成的转换器把数据自动转换成数字量，对应其比对数值。由SCL/SDA端口把信号输送至单片P3.0/P3.1到主程序中进行信号比对和计算。

2、绝缘检测装置

（1）检测装置组成

主要由两个8瓦150欧、10瓦100欧采样功率电阻组成，作用是采集提升机供电系统的输入端电源正是否接地。R3为1千欧电阻匹配电位器，作用是调节各类特殊传感器电源或其它24V电源因突发情况产生接地时的绝缘电阻值。限流电阻R4，作用是根据该电阻两端的电压判断光电偶合器是否符合打开或关闭状态。继电器K和光电隔离期U1组成，指示灯和两个插接件。

（2）工作原理

在提升系统运行中任意一处24V电源正接地，都会致整个系统无法正常工作。且难判断故障缘由。把该检测装置接入提升弱电供电系统中[2]，系统正常工作时信号由三个检测电阻电压分配后，R4为2W功率电阻采样电源正极经R1电阻、R3电位器的电压值两端电压处于临界状态。U1光电二极管阳极所得到的电压为R4上端的电压值，既得到高电位光电二极管截止，从而光敏三极管得电集电极和发射极断开。从而继电器不工作，既不报警。光电耦合器输出端口电压即是电容C1两端的电压。如图1所示。

图1 接地绝缘检测装置

当24V电源正端接地时，经R1检测电阻、R3平衡电位器，由于电源电压被拉低，R4电阻两端的电压值瞬间下降，U1光电耦合器输出端虚拟短接电压为零，信号经R3和R2分压后，继电器K线圈得电吸合，常开闭合，常闭断开。报警信号灯亮，说明输入端有信号被拉低。代表在提升机某处有电源接地存在，视提升机工作情况，停机检修。

目的是利用该装置判断提升机在工作时出现故障，经验总结可知，一般提升系统动力供电设备出现故障后，比较容易查找，在出现多次检修后动力系统无故障，考虑是24V弱电供电系统故障[3]。

（3）实机测试及设备更新完善

电路焊接后，经通电测试，达到预期要求。把电路板放入防爆器中，联系某煤矿提升系统进行实地安装调试。在确保没有任何安全问题的情况下，把防爆器接入煤矿提升机的电控系统中。经测试和实验各数据和地面测试均正常。

三、具体应用

经过多次井上模拟测试，信号准确，报警信息准确。经有关专业部门检测，使用符合本安要求的设备。把该系统装入实际矿井的提升系统中进行使用。时刻监视直流24V电源对地绝缘情况，当绝缘下降到一定值时，发出声光报警信号，提醒维修人员检查处理，将隐患提前排查处理，杜绝因直流24V电源绝缘被设备运行时其它参数的破坏从而造成影响正常生产及安全事故的发生。

结束语：

该设计是在深入现场时，经多方检测、维修及更换设备均未能及时解决。耐心观察和了解后，采用弱电的控制系统，使用信号的比對，把由现场环境造成的电源短路或虚拟短路的情况进行检测，使用最直观的方法进行声音报警。如果现场设备符合要求可以使用上位机把故障现象传输到总控制台。该设备电路简单、原理简单、制作也比较容易，但在现场可解决提升系统中出现的电源虚拟接地和接地的现象，从而得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]于培永，邵天宇，邓磊，等.直流系统绝缘监测装置的改进研究[J].节能技术，2013，31（6）

[2]崔实，张连斌，李贻涛.直流系统绝缘监测装置的改进设计[J].华北电力技术，1998，（10）

作者简介：田野，1983.12 ，男，汉，安徽淮北煤电技师学院/安徽矿业职业技术学院  安徽省淮北市 235000  本科学历，研究方向：电子。