CN202710693U - 本安隔离漏电检测装置及采掘设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种本安隔离漏电检测装置及采掘设备，该本安隔离漏电检测装置设置有：具有相互隔离的本安电源和非本安电源的电源模块，为该本安隔离漏电检测装置供电；采集信号并实现本安与非本安隔离转换的隔离采集模块；漏电检测及漏电保护的漏电检测模块；输出所述隔离采集模块、漏电检测模块待输出的信号的隔离通信模块。本实用新型公开的采掘设备设置有所述本安隔离漏电检测装置。因此，本实用新型高集成化、智能化的本安隔离漏电检测装置能够消除现有漏电检测装置中电路繁琐、产品尺寸大的弊端，可靠性高，且方便使用，同时方便信号采集与应用。

Description

本安隔离漏电检测装置及采掘设备

技术领域

本实用新型涉及工程机械领域，特别涉及一种本安隔离漏电检测装置及采掘设备。

背景技术

目前，煤矿井下数据传送多采用光纤或网络的形式，而漏电检测多采用类似断路器的机械装置。

然而，由于煤矿井下存在瓦斯及灰尘，数据线路上的电压信号较低，因此抗干扰性能要强，才能符合应用要求。数据线路通常采用光纤或网络铜缆传输。其中，虽然光纤传输远，但传统的模拟光端机采用调频（FM）和调幅（AM）两种制式，这存在板间电磁干扰大、设备功耗大、产品体积大等缺点。而采用网络铜缆不仅传输距离短、保密性差、容易受到电磁干扰，进而导致通信不畅，甚至线路瘫痪等，而且维护费用高及易丢失数据等。

此外，一般漏电保护器通过检测、处理此异常电流或电压信号，促使执行机构动作，现有的漏电检测装置外形尺寸较大，不易移动，使用不便。由于漏电保护器安装在低压电路中，因此漏电保护器损坏、人为解除运行现象非常严重。可见，用电危害问题、安全用电问题仍然严峻。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出一种高集成化、智能化的本安隔离漏电检测装置，以消除现有漏电检测装置中电路繁琐、产品尺寸大的弊端。本实用新型还提供一种设置有所述本安隔离漏电检测装置的采掘设备。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一方面，本实用新型提供了一种本安隔离漏电检测装置，该装置设置有：采集信号并实现本安与非本安隔离转换的隔离采集模块；漏电检测及漏电保护的漏电检测模块；输出所述隔离采集模块、漏电检测模块待输出的信号的处理隔离通信模块；具有相互隔离的本安电源和非本安电源的电源模块，为所述隔离采集模块、所述漏电检测模块、所述隔离通信模块供电。

优选的是，上述装置还包括：信号处理模块，该信号处理模块的输入端与所述隔离采集模块、漏电检测模块连接，该信号处理模块的输出端与所述隔离通信模块连接。

优选的是，上述装置中，所述电源模块还包括对所述非本安电源、所述本安电源进行隔离的隔离转换器；所述本安电源设置有输出电压设置电路、输出电流设置电路、以及与所述输出电压、电流设置电路连接的受控恒流源兼短路保护电路。

优选的是，上述装置中，所述隔离采集模块设置有：采集开关量信号并实现本安与非本安隔离的开关量隔离采集电路；采集模拟量信号并实现本安与非本安隔离的模拟量隔离采集电路。

优选的是，上述装置中，所述开关量隔离采集电路、所述模拟量隔离采集电路分别设置有实现隔离采集的光电隔离电路。

优选的是，上述装置中，所述漏电检测模块设置有：检测电机绝缘情况的检测模块；根据检测模块检测到的电机绝缘是否正常来决定是否启动电机的控制模块。

优选的是，上述装置中，所述检测模块进一步设置有：用于选择漏电检测标准的电压选择开关电路；用于选择指定国家漏电检测标准的国家选择开关电路；根据所述电压选择开关电路、国家选择开关电路选择的标准判断电机绝缘情况的比较输出电路，该比较输出电路与所述电压选择开关电路、国家选择开关电路连接。

优选的是，上述装置中，所述隔离通信模块为实现隔离输出的控制器、CAN总线隔离通信模块或微继电器。

优选的是，上述装置中，所述CAN总线隔离通信模块设置有：光电隔离器、与光电隔离器连接的带CAN通信功能的控制器。

另一方面，本实用新型还提供一种采掘设备，该采掘设备设置有上述任一种本安隔离漏电检测装置。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

本实用新型的本安隔离漏电检测装置采用模块化的电路设计，其中，电源模块采用相互隔离的本安电源与非本安电源，从而提高装置可靠性。隔离采集模块采用光电隔离技术，保证采集信号的完整性、隔离保护的可靠性，而且应用光电隔离技术实现输入的本安信号与输出的非本安信号的转换，能够避免可逆干扰出现。

值得一提的是，本实用新型实施例的本安隔离漏电检测装置通过设计漏电检测模块来增加多项选择的电子漏电检测功能，从而减小了装置的机械式体积。

本实用新型的采掘设备设置有所述本安隔离漏电检测装置，由于所述本安隔离漏电检测装置具有上述技术效果，因此，所述采掘设备也应具备相应的技术效果。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型本安隔离漏电检测装置实施例一的电气原理框图；

图2为本实用新型本安隔离漏电检测装置实施例的信号流向示意图；

图3为本实用新型本安隔离漏电检测装置实施例二的电气原理框图；

图4为本实用新型实施例本安电源的电路示意图；

图5为本实用新型实施例的DC-DC隔离转换器的电路示意图；

图6为本实用新型实施例的漏电检测模块的电路示意图；

图7为本实用新型本安隔离漏电检测装置替换实施例的电路示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型的基本思想在于：针对目前存在的技术问题，提供一种本安隔离漏电检测装置，该装置设置有：（1）提供相互隔离的本安电源与非本安电源的电源模块，为该装置安全供电；（2）隔离采集模块，实现开关量/模拟量信号的隔离采集，提供开关量或模拟量的本安与非本安隔离功能；（3）具有选择不同检测标准的电子漏电检测功能，进行漏电检测及隔离保护，可选择符合国内/国外漏电检测标准要求；（4）隔离通信模块，输出隔离信号及漏电检测信号。如此，以减小机械体积。

本实用新型实施例的本安隔离漏电装置采用模块化结构设计，将信号采集与隔离技术、信号处理技术、信号传输与隔离技术、及多种情况下（如：电压检测标准1140V/660V、国内/国外不同的绝缘检测标准）的电机漏电检测保护功能进行集成，这不仅符合矿用恶劣环境使用要求，而且体积小，抗干扰性强、可靠性高、易于使用和维护、线束简单。如此，本实用新型实施例通过设计一种功能全、高集成化、智能化的本安隔离漏电装置，解决了目前相应信号处理电路的繁琐、连线复杂、产品尺寸大的弊端。

下面结合附图，对本实用新型的优选实施例作进一步详细说明：

参照图1，其为本实用新型本安隔离漏电检测装置实施例一的电气原理框图，如图1所示，本实施例的本安隔离漏电检测装置设置有：采集信号并实现本安隔离转换的隔离采集模块；漏电检测及漏电保护的漏电检测模块；输出所述隔离采集模块、漏电检测模块待输出的信号的隔离通信模块；具有相互隔离的本安电源和非本安电源的电源模块，该电源模块为所述隔离采集模块、所述漏电检测模块、所述隔离通信模块供电。

在一优选实施例中，上述本安隔离漏电检测装置还可包括信号处理模块，该信号处理模块的输入端与所述隔离采集模块、漏电检测模块连接，该信号处理模块的输出端与所述隔离通信模块连接。该信号处理模块用于处理所述隔离采集模块、漏电检测模块传出的信号，如所述隔离采集电路采集的隔离信号，所述漏电检测模块检测的检测信号。

需要指出的是，所述信号处理模块并不是必需的，当有信号处理要求时可以选择设置信号处理模块。

可选的是，该信号处理模块可集成至隔离通信模块中，此时，所述隔离通信模块可作为具有通信功能的微控制单元（MCU，Micro Control Unit）或中央控制单元（CPU），例如：本实施例的隔离通信模块可为带CAN通信功能的MCU，带CAN通信功能的MCU通过光电隔离电路及为其设计的相应程序来实现CAN通信功能，对数据进行处理、隔离并输出。

进一步来讲，如图1所示，所述电源模块包括：非本安电源、本安电源、对所述非本安电源和本安电源进行隔离的隔离转换器。本实施例中，通过设计的相互隔离的本安电源和非本安电源为该本安隔离漏电检测装置进行安全供电，不仅符合国家煤安要求，而且能提高装置可靠性。

需要说明的是，如图1所示，实现采集信号并实现本安隔离转换的隔离采集模块进一步设置有：采集开关量信号并实现本安与非本安隔离的开关量隔离采集电路、及采集模拟量信号并实现本安与非本安隔离的模拟量隔离采集电路。本实施例中，所述开关量隔离采集电路、模拟量隔离采集电路分别包括实现隔离采集的光电隔离电路或微继电器电路，通过采用光电隔离技术，保证所述隔离采集模块采集开关量、模拟量信号的完整性、隔离保护的可靠性、矿用的安全性。

其中，所述开关量隔离采集电路可用于采集液位传感器、吸油污染传感器等的开关量信号。所述模拟量隔离采集电路可用于倾角传感器、电流传感器、电压传感器、温度传感器等的模拟量信号。

本实施例中，所述漏电检测模块用于检测电机绝缘情况并用于根据检测模块检测的电机绝缘是否正常来决定是否启动电机。这里举个例子来对此进行说明，例如：所述漏电检测模块通过中间继电器常开点与动力接触器常闭辅助触点配合，在电机启动前获取电机绕组对地绝缘阻值信号，根据所选择的漏电检测标准判定电机绝缘情况，通过光电隔离把信号送所述信号处理模块进行处理后输出，或者，也可直接用微继电器将漏电检测信号输出；然后所述漏电检测模块断开检测回路，根据已得检测信号判定电机绝缘是否正常，若正常启动电机，若异常给出报警，禁止启动电机。

此处，以图2所示出的信号流向为例，对本实用新型实施例所产生的信号流进行说明：

本实施例中，设置有相互隔离的本安电源和非本安电源的电源模块提供安全供电，所述隔离采集模块通过光电隔离电路对采集到的本安开关量信号、本安模拟量信号进行隔离转换，将输入的本安信号隔离转换为输出的非本安信号，从而实现开关量、模拟量的隔离采集；漏电检测模块基于本实施例所设置的漏电检测标准对电机的绝缘情况进行检测，并将检测到的漏电检测信号进行隔离转换；将完成隔离转换后的信号传送至带CAN通信功能的MCU进行逻辑处理并输出，本实施例对应输出的有开关量、模拟量、隔离CAN通信输出信号。

需要指出的是，所述隔离CAN通信输出信号可通过CAN控制接口（CANcontroller interface）、快速响应光耦（Super High Speed Response OPICPhotocoupler）输出。

在上述各实施例的基础上，下面结合图3至图6对本实用新型的其他实施例进行说明。

参照图3，其为本实用新型本安隔离漏电检测装置实施例二的电气原理框图，本实施例二中主要设计两大模块——电源模块和信号采集、处理与输出模块。

本实施例中，所述电源模块的本安电源设置有输出电压设置电路、输出电流设置电路、比较判定电路、受控恒流源、短路保护电路，其中，所述输出电压设置电路与输出电流设置电路共同对受控恒流源控制，再经过保护电路进行处理，反馈给受控恒流源，最终获得要求的输出和本安电压和电流。比如：AC220V电源经过开关电源获得DC24V电压，再经过DC-DC（直流-直流）隔离转换器变换获得DC15V电源，电压设置电路定为12V，电流定为1.2A，共同作用于受控恒流源A、B，保护电路，最终获得DC12V、1.2A的本安电源。

如图3所示，本实施例的DC-DC电源模块还通过控制串联的两个受控恒流源A、B使所设计的本安电源符合本安电源设计标准。优选的是，受控恒流源A、B兼具有短路保护的功能。这样，便能够获得具有相互隔离功能的本安电源与非本安电源。

这里结合一个实例对所述电源模块作进一步说明，参照图4，其为本实施例获取本安电源的电路示意图，其给出了所述输出电流设置电路、输出电压设置电路、受控恒流源A、受控恒流源B的电路实现方式，其中各电器件之间的连接关系可参照图4所示，此处不对其作详细描述。

参照图5，其为本实施例的DC-DC隔离转换器的电路示意图，DC-DC隔离转换器的各电器件之间的连接关系可参照图4所示，此处不对其作详细描述。

本实施例中，所述信号采集、处理与输出模块设置有：用于采集开关量信号并实现本安隔离的开关量隔离采集电路、用于采集模拟量信号并实现本安隔离的模拟量隔离采集电路、带选择漏电检测模块、带CAN控制器单片机电路及CAN隔离通信模块。

本实施例中，所述开关量隔离采集电路、模拟量隔离采集电路通过DC-DC转换器实现电源隔离，并通过光电隔离电路来实现输入的本安信号与输出的非本安信号之间的转换，从而实现开关量、模拟量的隔离采集。

例如：将0-5V电源信号VCC经SLC800、IB1212LS等隔离变换电路变换后，再经过处理最终获得开关量信号。对于开关量信号的转换来讲，将本安开关量信号经过光耦（如：4N35）、或由多个光耦组合的电路、或其它隔离器件，变换成非本安开关量信号。类似地，对于模拟量信号的转换来讲，本安模拟量信号经过线性度好的光耦器件（如：HCNR201），变换成非本安模拟信号。

本实施例中，所述漏电检测模块用于进行漏电检测及漏电保护，所述漏电检测模块增设多项选择的电子漏电检测功能，从而减小装置的机械式体积，增加适用性。其中，所述漏电检测模块设置有：检测电机绝缘情况的检测模块、根据检测模块检测到的电机绝缘是否正常来决定是否启动电机的控制模块。

进一步来讲，所述检测模块中设置有多项选择的电子漏电检测功能，所述检测模块进一步包括：

用于选择漏电检测标准的电压的电压选择开关电路；

用于选择指定国家漏电检测标准的国家选择开关电路；

所述电压选择开关电路、国家选择开关电路分别作用于判断电机绝缘情况的比较输出电路的输入端，该比较输出电路与所述电压选择开关电路、国家选择开关电路连接。

这里结合一实例对本实施例的漏电检测模块作进一步说明：

参照图6，其为本实施例漏电检测模块的电路示意图，所述漏电检测模块通过中间继电器常开点与动力接触器常闭辅助触点配合，在启动前获取电机绕组对地绝缘阻值信号，经过开关选择电路（如所述电压（660V/1140V）选择开关电路、所述国家（如：中国/俄国）选择开关电路）和比较输出电路，判定所述电机的绝缘情况，通过光电隔离方式将检测信号送至信号处理模块（如带CAN控制器单片机电路）进行处理，也可直接用微继电器将所述检测信号输出。然后先断开检测回路，再由所述漏电检测模块、控制器判定电机绝缘是否正常来决定是否启动电机。若电机绝缘正常，则所述漏电检测模块控制控制器启动电机；若电机绝缘异常，则所述漏电检测模块控制控制器给出报警，禁止启动电机。

应当理解的是，矿用电机的漏电检测是有标准的，各国规定的电阻值是不同的，但基本是测量电机的绕组绝缘电阻，如果检测结果合格（如测得检测信号高于规定的电阻值）的话则允许启动电机，否则报漏电，不允许启动电机。一般来讲，在中国漏电检测的电压标准为：1140V时电机的绕组电阻为40KΩ，660V时电机的绕组电阻为22KΩ，而其他国家也有自己的漏电检测标准如俄罗斯：1140V时电机的绕组电阻为100KΩ，660V时电机的绕组电阻为30KΩ。

因此，本实施例设计一种开关选择电路，该开关选择电路包括电压选择开关电路K1、国家选择开关电路K2，如图6所示，U₁、U₂为本实施例的电压选择开关电路K1中的对应不同电压的检测标准，如1140V和660V。G_中、G_x为本实施例的国家选择开关电路K2中对应的不同国家的检测标准，如中国、俄罗斯等。此处也可根据需要增加检测标准的设置，如增加对应不同电压的检测标准、增加指定国家的检测标准，故而本实施例对各检测标准的设置方式和数量并不做限定。

本实施例中，所述隔离通信模块为实现隔离输出的CAN总线隔离通信模块或微继电器。需要指出的是，所述CAN总线隔离通信模块设置有：光电隔离器、与光电隔离器连接的带CAN控制器（如：TM320LF2407）、CAN收发器（如：TJA1050或PCA82C250高速CAN收发器）。其中，通过带CAN控制器与光电隔离器、CAN收发器和所设计的相应程序来实现CAN隔离通信功能。需要说明的是，本实施例的带CAN控制器单片机电路及CAN隔离通信模块可集成为一个模块，作为CAN总线隔离通信模块，以节省机械空间、方便维护。

可替代的是，本实用新型上述各实施例的电路及元器件可自行设计，也可采用一些分离元件如隔离栅、可编程逻辑控制器（PLC）或专用控制器、本安电源、非本安电源、隔离检测模块、CAN隔离板、信号隔离板等及连接线缆等进行改装、搭建、集成后形成，具体连接关系可参见图7所示，本实施例对此并不作限定。

这里，对图7所示的主要器件进行一下说明，CPU（中央处理器）/DSP（数字信号处理）含CAN控制器具有引脚：VCC、TX1、RX1、GND及接入模拟量输入的引脚P17、接入开关量输入的引脚P11。光耦6N137具有8个引脚，其中引脚1和引脚4没有连接，引脚2、3分别为正、负输入端，引脚5为接地端，引脚6为输出端，引脚7为使能端，引脚8为电源端。CAN总线驱动器TJA1050T具有8个引脚，其具体的连接关系如图7所示。

有上述各实施例可见，本实用新型实施例的本安隔离漏电检测装置通过设计模块化的电路如DC-DC转换器、输出电压设置电路、输出电流设置电路、比较判定电路、受控恒流源兼短路保护电路等，获得相互隔离的本安电源与非本安电源，从而提高装置可靠性，满足相关矿用标准要求。

尤其是，本实用新型实施例的本安隔离漏电检测装置采用光电隔离技术，保证采集开关量、模拟量信号的完整性、隔离保护的可靠性。而且，应用光电隔离技术实现输入的本安信号与输出的非本安信号的隔离转换，能够避免可逆干扰出现。

值得一提的是，本实用新型实施例的本安隔离漏电检测装置通过设计漏电检测模块来增加多项选择的电子漏电检测功能，从而减小了装置的机械式体积。

此外，通过CAN总线将隔离信号及漏电检测信号发送至设备，增强抗干扰功能，减少连线，增加可靠性，将检测结果通过CAN总线发送，增强抗干扰功能。

因此，本实用新型通过设计一种功能全、高集成化、智能化的本安隔离漏电检测装置，能够解决目前相应信号处理电路的繁琐、可靠性、可扩展性差的弊端。本实用新型可采用通过一系列发光二级管给出相应的指示，例如：信号输入状态、输出状态、CAN总线的收发、电源是否正常等。直观可靠，符合矿用恶劣环境使用要求，线束简单，方便使用。

本实用新型实施例还提供了一种采掘设备，该采掘设备设置有上述实施例中的任一种本安隔离漏电检测装置，由于上述任一种本安隔离漏电检测装置具有上述技术效果，因此，设有本安隔离漏电检测装置的采掘设备也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

需要指出的是，本实施例中，所述采掘设备可包括采煤机、掘进机等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种本安隔离漏电检测装置，其特征在于，该装置设置有：

采集信号并实现本安与非本安隔离转换的隔离采集模块；

漏电检测及漏电保护的漏电检测模块；

输出所述隔离采集模块、漏电检测模块待输出的信号的隔离通信模块；

具有相互隔离的本安电源和非本安电源的电源模块，为所述隔离采集模块、所述漏电检测模块、所述隔离通信模块供电。

2.根据权利要求1所述的本安隔离漏电检测装置，其特征在于，该装置还包括：信号处理模块，该信号处理模块的输入端与所述隔离采集模块、漏电检测模块连接，该信号处理模块的输出端与所述隔离通信模块连接。

3.根据权利要求1或2所述的本安隔离漏电检测装置，其特征在于，所述电源模块还包括对所述非本安电源、所述本安电源进行隔离的隔离转换器；

所述本安电源设置有输出电压设置电路、输出电流设置电路、以及与所述输出电压、电流设置电路连接的受控恒流源兼短路保护电路。

4.根据权利要求1或2所述的本安隔离漏电检测装置，其特征在于，所述隔离采集模块设置有：

采集开关量信号并实现本安隔离的开关量隔离采集电路；

采集模拟量信号并实现本安隔离的模拟量隔离采集电路。

5.根据权利要求4所述的本安隔离漏电检测装置，其特征在于，所述开关量隔离采集电路、所述模拟量隔离采集电路分别设置有实现隔离采集的光电隔离电路或微继电器电路。

6.根据权利要求1或2所述的本安隔离漏电检测装置，其特征在于，所述漏电检测模块设置有：

检测电机绝缘情况的检测模块；

根据检测模块检测到的电机绝缘是否正常来决定是否启动电机的控制模块。

7.根据权利要求6所述的本安隔离漏电检测装置，其特征在于，所述检测模块进一步设置有：

用于选择漏电检测标准的电压选择开关电路；

用于选择指定国家漏电检测标准的国家选择开关电路；

根据所述电压选择开关电路、国家选择开关电路选择的标准判断电机绝缘情况的比较输出电路，该比较输出电路与所述电压选择开关电路、国家选择开关电路连接。

8.根据权利要求1或2所述的本安隔离漏电检测装置，其特征在于，所述隔离通信模块为实现隔离输出的控制器局域网CAN总线隔离通信模块或微继电器。

9.根据权利要求8所述的本安隔离漏电检测装置，其特征在于，所述CAN总线隔离通信模块设置有：光电隔离器、与光电隔离器连接的带CAN通信功能的控制器。

10.一种采掘设备，其特征在于，该采掘设备设置有如权利要求1至9任一项所述的本安隔离漏电检测装置。

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