专利名称：一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电测量装置，特别涉及一种在煤矿井下使用的直流架线绝缘
电阻监测装置。
背景技术：
在我国矿山中，单架空线式直流架线式电机车作为井下重要的运输设备使用非常 广泛。架线电网中将馈电线路架设在电机车上方，利用运输轨道兼作回流导体，虽然轨道运 输优点很多，但由于井下巷道空间的限制，裸露架线不可能敷设很高，加之巷道较窄，照明 不足等情况给工作人员带来较大的安全隐患。特别是一些巷道压力较大的矿井，人体触及 架线造成伤亡事故时有发生。根据2000年至2006年国有重点煤矿触电死亡事故的不完全 统计，矿架线触电死亡事故，约占30%左右。同时由于井下潮湿，架线电网泄漏也相当严重。 因此实时的监测架线电网的绝缘电阻，具有重要的意义。当前国内外有一种采用附加交流 电压来监测绝缘电阻的技术方案，该方案中采用本质上有别于工作电源的交流电源作检测 电源，连续监测架线电网的绝缘电阻。当人体触电或架线绝缘严重降低时，在短时间内即可 切断供电直流电源。该方案中，电网参数必须用分布参数，在具体的实施过程中，常出现因 分布参数的变化导致监测不准确而误动作的现象，因此该方案并没有在现场投入使用。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，该监测装置具有 监测稳定、准确、高效的优势。 本实用新型为实现上述目的，采用的技术解决方案是 —种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，包括嵌入式微控制器、工作电源和监测电 源，嵌入式微控制器分别与工作电源和监测电源连接，工作电源、监测电源接入电机车供电 线路，且两电源在电机车供电线路中电压方向相反；嵌入式微控制器是能够控制工作电源 和监测电源交替工作的嵌入式微控制器，工作电源为接入电机车提供电源，监测电源为架 线回路绝缘电阻测试提供电源。 上述绝缘电阻检测装置还包括跳闸输出电路，嵌入式微控制器与跳闸输出电路连 接，之后与架线式电机车整流电源连接。 上述绝缘电阻检测装置还包括电压、电流信号采集电路，电机车供电线路与电压、 电流信号采集电路连接，之后与嵌入式微控制器连接。 上述绝缘电阻检测装置还包括触发脉冲电路，嵌入式微控制器与触发脉冲电路连 接，之后分别与工作电源、监测电源连接。 上述绝缘电阻检测装置还包括各自独立的与嵌入式微控制器连接的报警电路、液 晶显示模块、键盘、数字通信接口、存储器及实时时钟电路。 上述嵌入式微控制器采用C8051F芯片。 上述工作电源采用Buck变换器。[0012] 上述监测电源采用DC-DC隔离变换电源。 本实用新型的有益效果此种矿用直流架线绝缘电阻监测装置由嵌入式微控制器 控制工作电源及监测电源交替工作。监测电源工作时嵌入式微控制器封锁工作电源的触发 脉冲，并由电压、电流信号采集电路测量架线回路的电压和电流，从而算得电机车供电线路 的绝缘电阻。当绝缘电阻值下降到规定值以下时，通过跳闸输出电路，切断架线式电机车整 流电源，实现断电保护功能。此种监测方式具有稳定、准确、高效的优势。
图1为矿用直流架线绝缘电阻监测装置的系统框图。 图2为矿用直流架线绝缘电阻监测装置的电路原理框图。
以下结合附图对本实用新型进行详细说明
具体实施方式结合图1、图2，一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，包括嵌入式微控制器、工作 电源、监测电源、跳闸输出电路、电压电流信号采集电路、触发脉冲电路、报警电路、液晶显 示模块、键盘、数字通信接口、存储器及实时时钟电路。嵌入式微控制器分别与工作电源和 监测电源连接，工作电源、监测电源接入电机车供电线路，且两电源在电机车供电线路中电 压方向相反。嵌入式微控制器能够控制工作电源和监测电源交替工作，工作电源为接入电 机车提供电源，监测电源为架线回路绝缘电阻测试提供电源。嵌入式微控制器与跳闸输出 电路连接，之后与架线式电机车整流电源连接。电机车供电线路与电压、电流信号采集电路 连接，之后与嵌入式微控制器连接。嵌入式微控制器与触发脉冲电路连接，之后分别与工作 电源、监测电源连接。报警电路、液晶显示模块、键盘、数字通信接口、存储器及实时时钟电 路各自独立的与嵌入式微控制器连接。所述嵌入式微控制器采用C8051F芯片，工作电源采 用Buck变换器，监测电源采用DC-DC隔离变换电源。 接下来对矿用直流架线绝缘电阻监测装置中所涉及的芯片及电路的功能进行逐 一说明 嵌入式微控制器，采用完全集成的混合信号系统级芯片C8051F，这是一种十分适
合于测控系统的芯片，其采用了流水线技术，指令的执行效率高，片内包括了看门狗、ADC、
DAC、电压基准输出、定时器等多种资源，并集成JTAG，支持在线编程。该嵌入式微控制器
定时控制工作电源及监测电源，实时采集架线回路的电流、电压信号，计算出线路的绝缘电
阻。当阻值低于规定值时，发出跳闸信号，使架线式电机车整流电源断电。 工作电源，采用Buck变换器，对架线式电机车整流电源的输出进行控制，并为电
机车提供工作电源。 监测电源，采用DC-DC隔离变换电源，为架线回路绝缘电阻测试提供电源。 跳闸输出电路，当嵌入式微控制器发出跳闸信号时，使架线式电机车整流电源的
交流侧断路器跳闸。 电压、电流信号采集电路，用于测量架线回路的电流和电压信息，并将信号调理到 嵌入式微控制器能够处理的范围。 触发脉冲电路，用于控制工作电源及监测电源的工作状态。[0025] 报警电路，当绝缘电阻值下降到规定值以下时，报警。 液晶显示模块，实时显示绝缘电阻阻值。 键盘，共有移位、调整、确认、退出四个按键，配合液晶显示模块可以方便地实现参 数设置、测量控制、时钟校准。 数字通信接口 ，采用RS232或RS485串行通讯接口 ，可将所有采集数据用数字通信 方式传输到其它计算机或矿山监测系统中，以便进一步处理。 存储器及实时时钟电路，用来存储系统预设参数、事故记录并提供相应的时刻。 进一步，详细说明矿用直流架线绝缘电阻监测装置的工作过程 矿用直流架线绝缘电阻监测装置，具有测量、计算、存储记忆、保护动作、报警等功
能。如图1所示，它主要包括嵌入式微控制器、工作电源、监测电源、电压电流信号采集电
路、触发脉冲电路、跳闸输出电路、存储器、实时时钟、数字通信接口等电路组成。图1中，M
为矿用电机车的直流电动机，二极管Dl为续流二极管，二极管D2在监测电源工作时将直流
电机隔离。 嵌入式微控制器采用完全集成的混合信号系统级芯片C8051F020，其片内包括了 看门狗、采样速率为100ksps的12位ADC、12位的DAC、电压基准输出、定时器等多种资源， 并集成JTAG，支持在线编程。矿用直流架线绝缘电阻监测装置进入工作状态后，嵌入式微控 制器控制工作电源及监测电源交替工作。工作电源工作时对架线式电机车整流电源输出进 行控制，并为电机车提供工作电源。监测电源工作时嵌入式微控制器封锁工作电源的触发 脉冲，架线回路的电流和电压，经过接线端子接入由互感器、运算放大器LM224为主构建的 电压、电流信号采集电路，经过调理后变为C8051F020片内ADC能够处理的0 2. 5V电压 信号。C8051F片内CPU定时采集ADC的转换输出，经过数字滤波后，进行数值计算并判断， 当算得绝缘电阻值下降到规定值以下时，切断架线式电机车整流电源，并发出报警信号。 嵌入式微控制器将计算出的绝缘电阻数值保存在存储器24C256中并送至中文液 晶显示模块实时显示。该矿用直流架线绝缘电阻监测装置采用MAX232或MAX485芯片构成 具有RS232或RS485串行通讯接口 ，可将所有采集数据用数字通信方式传输到计算机中，并 可方便地与矿山监测系统联网。键盘电路共有移位、调整、确认、退出四个键，程序设计时采 用的键盘复用功能，配合中文菜单可方便地实现参数设置、测量控制、时钟校准等工作。 当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例， 本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应 属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，其特征在于所述监测装置包括嵌入式微控制器、工作电源和监测电源，嵌入式微控制器分别与工作电源和监测电源连接，工作电源、监测电源接入电机车供电线路，且两电源在电机车供电线路中电压方向相反；嵌入式微控制器是能够控制工作电源和监测电源交替工作的嵌入式微控制器，工作电源为接入电机车提供电源，监测电源为架线回路绝缘电阻测试提供电源。
2. 根据权利要求1所述的一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，其特征在于所述绝 缘电阻检测装置还包括跳闸输出电路，嵌入式微控制器与跳闸输出电路连接，之后与架线 式电机车整流电源连接。
3. 根据权利要求1所述的一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，其特征在于所述绝 缘电阻检测装置还包括电压、电流信号采集电路，电机车供电线路与电压、电流信号采集电 路连接，之后与嵌入式微控制器连接。
4. 根据权利要求1所述的一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，其特征在于所述绝 缘电阻检测装置还包括触发脉冲电路，嵌入式微控制器与触发脉冲电路连接，之后分别与 工作电源、监测电源连接。
5. 根据权利要求1所述的一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，其特征在于所述绝 缘电阻检测装置还包括各自独立的与嵌入式微控制器连接的报警电路、液晶显示模块、键 盘、数字通信接口 、存储器及实时时钟电路。
6. 根据权利要求1至5任一项所述的一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，其特征在 于所述嵌入式微控制器采用C8051F芯片。
7. 根据权利要求1至5任一项所述的一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，其特征在于所述工作电源采用Buck变换器。
8. 根据权利要求1至5任一项所述的一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，其特征在 于所述监测电源采用DC-DC隔离变换电源。
专利摘要本实用新型公开一种矿用直流架线绝缘电阻监测装置，该监测装置包括嵌入式微控制器、工作电源和监测电源。嵌入式微控制器分别与工作电源和监测电源连接，工作电源、监测电源接入电机车供电线路，且两电源在电机车供电线路中电压方向相反。嵌入式微控制器是能够控制工作电源和监测电源交替工作的嵌入式微控制器，工作电源为接入电机车提供电源，监测电源为架线回路绝缘电阻测试提供电源。此种监测装置具有监测稳定、准确、高效的优势。
文档编号G01R27/08GK201444179SQ20092002681
公开日2010年4月28日 申请日期2009年6月4日 优先权日2009年6月4日
发明者于群, 曹娜 申请人:山东科技大