水下大功率设备绝缘实时监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子检测技术领域，特别地涉及一种水下大功率设备绝缘实时监测系统。
【背景技术】
[0002]与陆地设备的工作环境相比较，水下设备容易受烧蚀、腐蚀、潮湿和高低温等不良环境因素的影响，造成系统绝缘性能下降；其次为设备供电的电缆还处于承重状态，易受挤压、拉伸、弯矩和扭矩等外力作用，在深水压力和电缆张力的作用下，其绝缘性能处于一种不断下降的状态。由于以上这些原因，设备在长期工作中不可避免地会发生故障。目前在国内外一些大型设备在进行供电之前，都要进行绝缘电阻等参数的测试，而且随着设备使用次数的增多，对这些参数的检测频率需要增加。
[0003]故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研宄，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷，避免造成水下大功率设备的绝缘电子检测不方便，不准确的冋题。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种水下大功率设备绝缘实时监测系统，使得系统不仅能够离线监测水下设备的绝缘电阻，而且能够在设备带电运行的工作状态下实时监测其绝缘电阻、漏电电流以及工作电流等参数。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
[0006]一种水下大功率设备绝缘实时监测系统，包括主控模块、电源模块、绝缘电阻监测模块、漏电流监测模块、通信模块和上位机监控模块，经过电源模块的滤波、整流并降压，船载单相交流电220V转换成后级电路所需的12V、5V和3.3V低压直流电供电；主控模块采用STM32F107VCT6为主控芯片UlI，将绝缘电阻监测模块和漏电流监测模块采集到的数据预先处理，并控制通信模块和上位机之间保持实时通信；通过上位机监控模块实时显示被测设备的绝缘电阻值和漏电电流值，当绝缘电阻值和漏电电流值发生异常时，上位机监控模块通过屏幕闪烁或失能界面部分功能进行安全警告和系统保护；所述绝缘电阻监测模块用于检测水下大功率设备的绝缘电阻，包括单片机C8051F350、运算放大器LMV321、继电器、三个光电耦合器、稳压二极管D3、二极管D9、电容C4和若干电阻，C8051F350的9脚、22脚接地；C8051F350的10脚、21脚接3.3V电源；C8051F350的17脚与光电耦合器的2脚连接；光电耦合器的3脚接地；第一光电耦合器的I脚跨接第七电阻与5V电源连接；第一光电耦合器4脚与主控模块中STM32F107VCT6的69脚连接，同时跨接第八电阻与3.3V电源连接；C8051F350的18脚与第二光电耦合器的4脚连接，同时跨接第五电阻与3.3V电源连接；第二光电耦合器的3脚接地；第二光电耦合器的I脚跨接第六电阻R6与5V电源连接；第二光电耦合器U6的2脚与主控模块中主控芯片STM32F107VCT6的68脚连接；C8051F350的3脚跨接第二十七电阻与运算放大器U3的4脚连接；运算放大器U3的4脚跨接电阻R31与3脚连接；运算放大器U3的2脚接地；运算放大器U3的5脚接5V电源；运算放大器U3的I脚跨接电容C4到地，并且跨接电阻R32与稳压二极管D3的负极、第九电阻R9、第十电阻RlO的一端连接，稳压二极管D3的正极接地；第十电阻RlO的另一端接地；第九电阻R9的另一端与继电器Kl的I脚连接；继电器Kl的3脚跨接待测设备的绝缘电阻到地；继电器Kl的4脚与5V电源、二极管D9的负极连接；二极管D9的正极与继电器Kl的5脚、第三光电耦合器U8的4脚连接；第三光电耦合器U8的3脚接地；第三光电耦合器U8的I脚跨接第十九电阻R19与3.3V电源连接；第三光电耦合器U8的2脚与主控模块中主控芯片STM32F107VCT6的96脚连接，当测量设备的绝缘电阻时，通过控制信号电平置高，主控芯片使继电器闭合，在待测绝缘电阻回路中施加1500V高压，此时检测采样电阻两端的电压；运放LMV321构成跟随器，用来增大输入阻抗；由于采样速率较高，C8051F350芯片预先对采集的数据做滤波处理，然后通过UART串口将数据传输给主控芯片。
[0007]优选地，所述主控模块进一步包括晶振Y1、一个电阻R52，主控芯片STM32F107VCT6的11脚、21脚、22脚、28脚、50脚、75脚和100脚接3.3V电源；主控芯片STM32F107VCT6的6脚跨接电容BATl与3.3V电源连接；主控芯片STM32F107VCT6的10脚、19脚、20脚、27脚、49脚、74脚、94脚和99脚接地；主控芯片STM32F107VCT6的12脚跨接电容C42到地，13脚跨接电容C44到地，它们之间跨接晶振Yl ;主控芯片STM32F107VCT6的14脚跨接电容C43到地，同时跨接电阻R52与3.3V电源连接；主控芯片STM32F107VCT6的37脚跨接电阻R38到地。
[0008]优选地，所述漏电流监测模块的电流互感器采用零序电流互感器，零序互感器使用高磁导率的环形铁芯，用漆包线密绕而成，所述漏电流监测模块在进行测量漏电电流时，要将电缆从互感器的中心孔穿过，电缆就成为了一次绕组，上面如果电流矢量和不为零，那么在互感器的输出端口会有信号；将互感器的输出端通过导线接到测试系统上面，漏电检测模块就会根据信号进行数据处理和运算。
[0009]优选地，所述通信模块包括RS232串行通信接口电路和RS485串行通信接口电路。
[0010]优选地，所述RS232串行通信接口电路包括串口线接口 Jl，电解电容Cl、瓷片电容C7、四个电阻R16、R17、R18和R19、两片光电耦合芯片U9和U10、三个二极管D5、D6和D7，串口线接口 Jl的2脚和电阻R19的一端、第五光电耦合芯片UlO的3脚连接；电阻R19的另一端和二极管D5的正极、电解电容Cl的负极、二极管D6的正极连接，二极管D5的负极和串口线接口 Jl的4脚连接；电解电容Cl的正极和串口线接口 Jl的5脚以及地连接；二极管D6的负极和串口线接口 Jl的3脚、二极管D7的正极连接；二极管D7的负极跨接电阻Rl7和第四光电耦合芯片U9的I脚连接；第四光电耦合芯片U9的2脚、3脚接地；第四光电耦合芯片U9的4脚跨接电容C7到地、跨接电阻R16和3.3V电源连接，并且和主控芯片Ull的56脚连接；串口线接口 Jl的7脚和第五光电耦合芯片UlO的4脚连接；第五光电耦合芯片UlO的2脚和主控芯片Ull的55脚连接；第五光电耦合芯片UlO的I脚跨接电阻R18和3.3V电源连接。
[0011]优选地，所述RS485串行通信接口电路包括电平转换芯片U15，三个光电耦合器U12、U13和U14，三个半导体放电管D1、D2和D3、两个熔断器R5和R6、五个电阻R1、R2、R3、R4和R45，电平转换芯片U15的I脚与第六光电耦合器U12的2脚连接，第六光电耦合器U12的I脚跨接电阻R2与5V电源连接；第六光电耦合器U12的3脚接地；第六光电耦合器U12的4脚跨接电容C2到地、跨接电阻Rl与3.3V电源连接同时和主控模块中主控芯片STM32F107VCT6的26脚连接；电平转换芯片U15的2脚和3脚与第七光电耦合器U13的4脚连接；第七光电耦合器U13的3脚接地；第七光电耦合器U13的I脚跨接电阻R3与3.3V电源连接；第七光电耦合器U13的2脚和主控模块中主控芯片STM32F107VCT6的24脚连接；电平转换芯片U15的4脚与第八光电耦合器U14的4脚连接；第八光电耦合器U14的3脚接地；第八光电耦合器U14的I脚跨接电阻R4与3.3V电源连接；第八光电耦合器U14的2脚和主控模块中主控芯片STM32F107VCT6的25脚连接；电平转换芯片U15的5脚接地；电平转换芯片U15的7脚跨接熔断器R6再跨接半导体放电管D3到地；电平转换芯片U15的6脚与电阻R45的一端，熔断器R5的一端连接，电阻R45的另一端与电平转换芯片U15的7脚连接，熔断器R5的另一端与半导体放电管Dl的一端、半导体放电管D2的一端连接，半导体放电管Dl的另一端与半导体放电管D3的一端连接、半导体放电管D2的另一端接地；电平转换芯片U15的8脚接5V电源。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0013](I)绝缘电阻监测模块、漏电流监测模块的部分输出采用继电器控制，可以有效地防止故障情况下过高的电压注入到电源的内部，或者在不需要测量的时候不对外输出高压直流电并且减少微控制器STM32F107的GP1 口驱动负担，来自主控芯片的信号和驱动部分采用光耦分离开来，同时也减小了继电器内部线圈对主控芯片上GP1 口的干扰；
[0014](2)通信模块使用RS485接口完成上下位机之间的通信，相对于RS232，RS485接口传输距离为几百到上千米，RS485接口在总线上允许连接多个收发器，方便用户利用单一的RS485接口建立设备网络，而且RS485的数据最高传输速率为10Mbps，传输速率更快。
[0015](3) AD转换芯片采用C8051F350，它不仅具有单片机的功能，而且内部带有二十四位的模数转化器，芯片内部的AD以10Hz的速