CN107219435B - 输油管道静电接地状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输油管道静电接地状态的监测装置，属于接地检测装置技术领域。包括主接地检测模块、一个或多个副接地检测模块、防爆隔离模块、中控模块和接地点，接地信号通过防爆隔离模块输入主接地检测模块和副接地检测模块。主接地检测模块用于采集处理被测设备的电阻信息和副接地检测模块内的电阻信息，并把信息传递给中控模块；副接地检测模块用于采集处理被测设备的电阻信息，并把信息传递给主接地检测模块；防爆隔离模块用于限制电源和采集信号线的能量输出；中控模块用于管理和处理主接地检测模块传递的信息。本装置通过实时采集被测设备的接地电阻值，并与设定的基准电阻值进行比较，实现设备接地状态的监测和报警指示。

Description

输油管道静电接地状态监测装置

技术领域

本发明涉及接地检测装置技术领域，具体涉及一种用于实时检测输油管道静电接地状态并能够进行报警的监测装置。

背景技术

输油管道是输送原油和石油产品的主要设备，由于油库中储存的油质产品多为不良导体，它们在储运系统的管道中流动时，与管道内壁摩擦容易产生静电荷。管道中的静电荷不断积累，满足一定条件后会对外放电，产生严重的安全生产隐患，甚至会引发如电击、爆炸等重大事故。

目前，输油作业管道常采取接地、跨接等措施减少静电危害，但该种措施无法检测到接地状态是否良好。另外，现有的接地电阻测试方法有人工摇表测试、电子式测试和网络在线测试。采用人工摇表方法测试接地电阻，摇表的精度低、没有实时性且不能及时报警，并且摇表时会产生高压，在高压电及防爆的场合无法使用，当重要设备和部件出现接地不良的状况时，不能及时发现处理。电子式测试是利用电流、电压效应和DC/AC转换方式进行测量，相当于传统摇表测试的升级版，其采用数字方法，操作上比摇表测试方便，但仍然存在精度低、没有实时性和不能及时报警的缺点。利用在线网络测试手段进行接地电阻的实时在线测量，采样的终端器件放置在被测量物体的边上，能够进行实时性测量和报警，但测量精度和防爆性能均存在不足。

中国专利文献公开号为CN205335446U，名称是《一种输油气管道截断阀室的接地装置》的实用新型专利，其公开的技术方案用于输油气管道阀室接地系统中，可有效提高接地系统的安全性和稳定性，但该技术方案仅适用于管路沿线的中间截断阀，而不能用于输油管道的其它管段和静电敏感设备以实现管道的全面监测和防护。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种输油管道静电接地状态的监测装置，通过实时采集被测设备的接地电阻值，并与设定的基准电阻值进行比较，实现设备接地状态的监测和报警指示。

为解决上述技术问题，本发明采用以下方案：

输油管道静电接地状态监测装置，包括主接地检测模块、一个或多个副接地检测模块、防爆隔离模块、中控模块和接地点，接地信号通过防爆隔离模块输入主接地检测模块和副接地检测模块。所述主接地检测模块用于采集处理被测设备的电阻信息和副接地检测模块内的电阻信息，并把信息传递给中控模块；所述副接地检测模块用于采集处理被测设备的电阻信息，并把信息传递给主接地检测模块；所述防爆隔离模块用于限制电源和采集信号线的能量输出，起到安全防爆作用；所述中控模块用于管理和处理主接地检测模块传递的信息。

基于上述方案，本发明做如下优化：

所述中控模块包括PLC控制模块、供电模块和操控面板，所述主接地检测模块与副接地检测模块通过RS485总线连接，主接地检测模块与PLC控制模块通过RS485总线连接，PLC控制模块与供电模块、操控面板之间通过导线连接。主接地检测模块将采集汇总的电阻信息传递到PLC的内存中，PLC读取内存数据，并把结果显示到操控面板上。所述操控面板上设有接地装置报警指示灯、电源指示灯、接地装置故障报警指示灯、断路报警指示灯、自检按钮指示灯、蜂鸣器和消音按钮。

所述主接地检测模块和副接地检测模块均包括信号采样单元、比较单元、直流恒流源单元、模数转换单元和控制单元。所述信号采样单元用于采集被测设备的电压信号，并将采集的模拟信号送入模数转换单元；所述比较单元用于采集标准电阻的电压信号，并将采集的模拟信号送入模数转换单元；所述直流恒流源单元用于给信号采样单元和比较单元提供恒定电流；所述模数转换单元用于将信号采样单元和比较单元送入的模拟信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号送入控制单元；所述控制单元用于循环选通信号采样单元中被测设备所在电路和比较单元中的基准电路，并通过计算得出待测设备的阻值，进而将阻值信息汇总送入主接地检测模块，再由主接地检测模块将汇总信息送入PLC控制模块，PLC读取汇总数据，并把结果显示到操控面板上。

如上所述的输油管道静电接地状态监测装置，所述主接地检测模块和副接地检测模块的信号采样单元包括电压采集电路、译码器、第一多路模拟选择开关、第一光耦合器和第一反向器，控制单元通过第一多路模拟选择开关循环选通待测设备所在的电压采集电路，同时控制单元输出控制信号经译码器、第一反向器和第一光耦合器后，向被选通的电压采集电路输出恒定电流；比较单元包括电压基准电路、第二多路模拟选择开关、第二光耦合器和第二反向器，控制单元通过第二多路模拟选择开关循环选通电压基准电路，同时控制单元输出控制信号经译码器、第二反向器和第二光耦合器后，向被选通的电压基准电路输出通过标准电路的恒定电流。

进一步的，所述主接地检测模块和副接地检测模块还包括报警显示单元，报警显示单元根据比较单元中标准电阻的不同划分为不同的档位，当控制单元中计算得到的被测设备的阻值超过设定的档位报警值时，进行报警显示。

优选的，所述报警显示单元中设置有0.01Ω、0.1Ω和1Ω三个阻值档位。另外，还设置有故障和短路报警指示。

优选的，所述主接地检测模块的数量为1个，用做通讯主站；副接地检测模块的数量为3个，用做通讯从站。所述主接地检测模块和各个副接地检测模块分别设有4路检测接地电阻的输入。

本发明的益效果在于：

1、本发明的输油管道静电接地状态监测装置，可实时监测远端被测设备的接地电阻，当被测设备的接地电阻偏大，超过规定的阻值限度时，装置会发出故障报警，指示灯闪烁，提示工作人员及时处理，防止静电危害。由于被测设备的接地电阻过大时不利于静电的释放，因此，当被测设备的接地阻值很大时将其视为开路，装置进行断路报警，指示灯长亮且发出警报，从而实现实时报警监测，防止静电荷积累引发电击、爆炸等重大事故，确保输油管道的安全。

2、本装置的接地检测模块采用低开路电压恒流源电路输出，直流电流信号输出到被测设备的外壳上，设备外壳同接地端组成回路，设备的接地部位由于存在微小电阻会产生一个微小的电压信号，接地检测模块采用高精度的直流电压采集模块检测此电压，通过计算得出被测设备的接地电阻值，并与基础接地电阻值进行比较，做出相应的报警指示。装置检测精度高，可实现毫欧姆级的接地电阻的在线检测。此外，由于送入被测电阻的电流是恒流源，在被测电阻两端产生的电压和导线的长度和电阻无关，解决了小电阻不能长距离测量的问题。

3、本装置实时采集设备外壳的接地电阻值，监测静电敏感设备的接地电阻状态，并且全过程中不干扰设备本身的接地状态。装置在设备接地状态恶化和完全断开两种情况下报警，并通过外侧的操作面板指示接地故障，操作简单，一目了然，监测精确可靠。

附图说明

图1为实施例一的静电接地状态监测装置的结构示意图；

图2为图1中主、副接地检测模块的电路原理图；

图3为实施例一的主、副接地检测模块的信号采样单元电路原理图；

图4为图3中信号采样单元的部分电路图；

图5为主、副接地检测模块的比较单元电路原理图；

图6为图5中比较单元的部分电路图；

图7为主、副接地检测模块的报警单元操作界面图；

图8为本装置操控面板的操作界面图；

图9为实施例二的静电接地状态监测装置的结构示意图；

图10为实施例二的主、副接地检测模块的信号采样单元电路原理图；

附图标记：1-主接地检测模块，11-信号采样单元；110-译码器，111-电压采集电路，112-第一多路模拟选择开关，113-第一光耦合器，114-第一反向器，12-比较单元，121-电压基准电路，122-第二多路模拟选择开关，123-第二光耦合器，124-第二反向器，13-直流恒流源单元，14-模数转换单元，15-控制单元，16-报警显示单元，2-副接地检测模块，3-防爆隔离模块，4-接地点，5-中控模块，6-PLC控制模块，7-操控面板，71-断路报警指示灯，72-接地装置故障报警指示灯，73-电源指示灯，74-接地装置报警指示灯，75-自检按钮指示灯，76-蜂鸣器，77-消音按钮，8-供电模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种输油管道静电接地状态监测装置，包括1个主接地检测模块1、3个副接地检测模块2、防爆隔离模块3、中控模块5和接地点4，接地信号通过防爆隔离模块3输入主接地检测模块1和副接地检测模块2。中控模块5包括PLC控制模块6、供电模块8和操控面板7，主接地检测模块1与副接地检测2模块通过RS485总线连接，主接地检测模块1与PLC控制模块6通过RS485总线连接，PLC控制模块6与供电模块8、操控面板7之间通过导线连接。

主接地检测模块1用于采集被测设备的电阻信息，同时用做通讯主站，通过轮询的方式主动查询并采集其他3个副接地检测模块内的电阻信息，并把采集到的信息汇总传递给PLC控制模块6。副接地检测模块2用做通讯从站，用于采集处理被测设备的电阻信息，并把信息传递给主接地检测模块1。防爆隔离模块3用于限制恒流源和信号线的电流和电压，从而限制电源和采集信号线的能量输出，起到安全防爆作用。PLC控制模块5用于管理和处理主接地检测模块1传递的信息，并把结果显示到操控面板7上。

具体而言，如图2所示，所述主接地检测模块和副接地检测模块均包括信号采样单元11、比较单元12、直流恒流源单元13、模数转换单元14和控制单元15。所述信号采样单元11用于采集被测设备的电压信号，并将采集的模拟信号送入模数转换单元14；所述比较单元12用于采集标准电阻的电压信号，并将采集的模拟信号送入模数转换单元14；所述直流恒流源单元13用于给信号采样单元11和比较单元12提供恒定电流；所述模数转换单元14用于将信号采样单元11和比较单元12送入的模拟信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号送入控制单元15；所述控制单元15用于循环选通信号采样单元11中被测设备所在电路和比较单元12中的基准电路，并通过计算比较得出待测设备的阻值，进而将阻值信息汇总送入主接地检测模块1，再由主接地检测模块1将汇总信息送入PLC控制模块6，PLC读取汇总数据，并把结果显示到操控面板7上。

更具体的说，如图3所示，所述信号采样单元11包括四路电压采集电路，在图3中分别表示为电压采集电路1、电压采集电路2、电压采集电路3和电压采集电路4，还包括译码器110、第一多路模拟选择开关、第一光耦合器113和第一反向器114，每路电压采集电路对应连接一路被测设备。控制单元15的控制器通过第一多路模拟选择开关112循环选通四路待测设备所在的电压采集电路，同时控制器输出控制信号经译码器110、第一反向器114和第一光耦合器113后，向被选通的电压采集电路输出恒定电流。被测电阻中有电流通过时，电阻两端产生电压，采集的信号由第一多路模拟选择开关112送入模数转换单元14。

进一步而言，如图4所示，以其中两路电压信号的采集为例，具体介绍信号采集过程。电压信号的采集通过J2的3、4引脚分别连接多路开关选择器U8的1、12引脚，J3的3、4引脚分别连接多路开关选择器U8的5、14引脚。控制器通过RC2、RB0、RG8三个引脚循环扫描选通多路开关选择器U8的1、12引脚，5、14引脚。同时控制器通过RC2、RB0、RG8三个引脚选通译码器J12的14、15引脚。当译码器的15、14引脚输出为低电平时，反向器U10的2、4引脚输出为高电平，光耦OP1的2、6引脚输入为低电平，4、8引脚输入为高电平，所述光耦OP1的15、16引脚及10、11引脚选通，输出电流分别为信号采集点J2、J3的2引脚所采集的电流。当译码器的15、14引脚输出为高电平时，反向器U10的2、4引脚输出为低电平，光耦OP1的2、6引脚输入为高电平，4、8引脚输入为低电平，所述光耦OP1的13、14引脚及9、10引脚选通，输出电流为0。当被选通的电路中有电流通过时，电阻两端产生电压，采集的信号由多路开关选择器U8送入模数转换单元14。

如图5所示，所述比较单元12包括四路电压基准电路，在图5中分别表示为电压基准电路1、电压基准电路2、电压基准电路3和电压基准电路4，还包括第二多路模拟选择开关122、第二光耦合器123和第二反向器124，四路电压基准电路分别采用4种阻值的标准电阻，即0Ω、0.01Ω、0.1Ω和1Ω。控制单元15通过第二多路模拟选择开关122循环选通四路电压基准电路，同时控制单元15输出控制信号经译码器110、第二反向器124和第二光耦合器123后，向被选通的电压基准电路输出通过标准电阻的恒定电流。标准电阻中有电流通过时，标准电阻两端产生标准电压，标准电压信号由第二多路模拟选择开关送入模数转换单元。

进一步而言，如图6所示，以其中两路电压基准电路为例，具体介绍基准信号采集过程。多路开关选择器U9的1引脚连接下拉电阻R50、R58及基准电阻Ref_1，U9的12引脚连接下拉电阻R49、R57及基准电阻Ref_1，所述多路开关选择器U9的2引脚连接下拉电阻R52、R60及基准电阻Ref_2，U9的14引脚连接下拉电阻R51、R59及基准电阻Ref_2。控制器循环选通多路开关选择器U9的1、12引脚和2、14引脚。同时控制器通过RC2、RB0、RG8三个引脚选通译码器J12的11、10引脚。当译码器J12的11、10引脚输出为低电平时，反向器U11的2、4引脚输出为高电平，光耦OP3的2、6引脚输入为低电平，4、7引脚输入为高电平，所述光耦OP3的15、16引脚及11、12引脚被选通，输出电流为通过R49及R51的电流。当译码器J12的11/10引脚输出为高电平时，反向器U11的2、4引脚输出为低电平，光耦OP3的2、6引脚输入为高电平，4、7引脚输入为低电平，所述光耦OP3的13、14引脚及11、12引脚被选通，输出电流为0。当被选通的基准电路中有电流通过时，基准电阻两端产生基准电压，采集的信号由多路开关选择器U9送入模数转换单元14。

所述直流恒流源单元的电源从24V+、24V-输入，经过DC/DC模块输出1mA的恒流源，并将1mA的恒流源提供给信号采样单元的第一光耦合器和比较单元的第二光耦合器。

如图7所示，所述主接地检测模块1和副接地检测模块3还包括报警显示单元16，报警显示单元根据比较单元12中标准电阻的不同划分为不同的档位，每档位都设有对应的指示灯。本装置中，采用0Ω、0.01Ω、0.1Ω和1Ω这4种阻值的标准电阻，可设置4个档位的电阻指示。假设被测电阻的接地阻值为R，则当R<0.01Ω时，0Ω档的指示灯亮；当0.01<R<0.1Ω时，0.01Ω档指示灯亮；当0.1<R<1Ω时，0.1Ω档指示灯亮；当R>1Ω时，则1Ω档指示灯亮。

另外，报警显示单元还设置有故障预报警和断路报警，如设置当被测电阻的接地阻值R超过设定档位值的5倍时，进行故障预报警，故障指示灯亮；当被测电阻的接地阻值很大，如大于100欧姆时，可将电路视为开路，进行断路报警，断路指示灯亮，且装置进行鸣叫报警。例如，假设3#通道的预报警值设为0.1Ω档，当被测的接地电阻R＝12Ω时，其值大于0.1Ω的五倍，则3#通道的故障灯亮，同时3#通道的1Ω指示灯亮。当接地电阻值恢复到正常值时，比如接地电阻值R＝0.06Ω，则故障指示灯灭，0.01Ω档指示灯亮。假设1#通道被测的接地电阻R＝120Ω，超过断路报警的值100Ω，则断路指示灯亮，且装置进行鸣叫报警。

如图8所示，所述操控面板7上设有断路报警指示灯71、接地装置故障报警指示灯72、电源指示灯73、接地装置报警指示灯74、自检按钮指示灯75、蜂鸣器76和消音按钮77。断路报警指示灯71用于当某一路被测通道断路时，指示灯亮，同时蜂鸣器报警；接地装置故障报警指示灯72用于当出现通讯故障、采样故障等装置本身的故障时，指示灯亮；电源指示灯73用于检测设备有否有电源供电，有电源供电时指示灯亮，没有电源供电时指示灯灭；接地装置报警指示灯74对应所测通道的接地状态，本图中显示了15路通道的接地状态，当某路通道的接地电阻达到预报警值时，对应的指示灯以0.5秒一次的频率闪，当该通道的接地电阻大于100欧姆时，该指示灯长亮；自检按钮指示灯75用于操作设备进入自检状态；蜂鸣器76用于当被测通道出现断路时进行报警；消音按钮77用于当蜂鸣器鸣叫时，按下此按钮，蜂鸣器停止报警。

本装置的静电接地状态监测装置采用箱体结构，每一路测点引出双路双绞线。被测物体上安装两个接地柱，一个用于正常的接地接线，另一个与监测装置连接用于接地电阻的检测。本实施例中，静电接地状态监测装置能检测4*4＝16路的测量容量。当与电压采集电路连接的被测设备中有电流通过时，设备两端产生电压，通过导线送回到静电接地状态监测装置，主、副接地检测模块的控制单元15在采集到被测电阻的电压值后，结合被测电阻中的电流，计算得到被测电阻的接地阻值，报警显示单元16对应的指示灯亮。当被测电阻的接地阻值超过设定的故障预报警值时，报警显示单元16进行故障预报警，同时操控面板7上的接地装置报警指示灯74对应通道的指示灯闪烁；当被测电阻的接地阻值超过设定的断路报警值时，报警显示单元16对应的指示灯亮，且进行鸣叫报警，同时操控面板7上的接地装置报警指示灯74对应通道的指示灯长亮，且蜂鸣器进行报警，从而实现被测设备的实时精确监测，防止静电荷积累引发危险，确保输油管道的安全。

实施例二

如图9、图10所示，本实施例的输油管道静电接地状态监测装置的结构特征与实施例一基本相同，其不同之处在于：该装置包括1个主接地检测模块1和2个副接地检测模块2，每一个接地检测模块可用于检测3路线路的接地情况，这样静电接地状态监测装置共能检测3*3＝9路接地线路的接地情况，静电接地状态监测装置检测的线路数量具体可根据现场需要而定。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (10)

1.输油管道静电接地状态监测装置，包括主接地检测模块、一个或多个副接地检测模块、防爆隔离模块、中控模块和接地点，接地信号通过防爆隔离模块输入主接地检测模块和副接地检测模块；

所述主接地检测模块用于采集处理被测设备的电阻信息和副接地检测模块内的电阻信息，并把信息传递给中控模块；

所述副接地检测模块用于采集处理被测设备的电阻信息，并把信息传递给主接地检测模块；

所述防爆隔离模块用于限制电源和采集信号线的能量输出；

所述中控模块用于管理和处理主接地检测模块传递的信息。

2.根据权利要求1所述的输油管道静电接地状态监测装置，其特征在于，所述中控模块包括PLC控制模块、供电模块和操控面板，所述主接地检测模块与副接地检测模块通过RS485总线连接，主接地检测模块与PLC控制模块通过RS485总线连接，PLC控制模块与供电模块、操控面板之间通过导线连接。

3.根据权利要求1所述的输油管道静电接地状态监测装置，其特征在于，所述主接地检测模块和副接地检测模块均包括信号采样单元、比较单元、直流恒流源单元、模数转换单元和控制单元；

所述信号采样单元用于采集被测设备的电压信号，并将采集到信号送入至模数转换单元；

所述比较单元用于采集标准电阻的电压信号，并将采集到的信号送入至模数转换单元；

所述直流恒流源单元用于给信号采样单元和比较单元提供恒定电流；

所述模数转换单元用于将信号采样单元和比较单元送入的模拟信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号送入控制单元；

所述控制单元用于循环选通信号采样单元中待测设备所在电路和比较单元中的基准电路，并通过计算得出被测设备的阻值，进而将阻值信息汇总送入主接地检测模块，再由主接地检测模块将汇总信息送入PLC控制模块，PLC处理汇总数据，并把结果显示到操控面板上。

4.根据权利要求3所述的输油管道静电接地状态监测装置，其特征在于，所述信号采样单元包括电压采集电路、译码器、第一多路模拟选择开关、第一光耦合器和第一反向器，控制单元通过第一多路模拟选择开关循环选通待测设备所在的电压采集电路，同时控制单元输出控制信号经第一译码器、第一反向器和第一光耦合器后，向被选通的电压采集电路输出恒定电流。

5.根据权利要求4所述的输油管道静电接地状态监测装置，其特征在于，所述比较单元包括电压基准电路、第二多路模拟选择开关、第二光耦合器和第二反向器，控制单元通过第二多路模拟选择开关循环选通电压基准电路，同时控制单元输出控制信号经译码器、第二反向器和第二光耦合器后，向被选通的电压基准电路输出通过标准电阻的恒定电流。

6.根据权利要求3所述的输油管道静电接地状态监测装置，其特征在于，所述主接地检测模块和副接地检测模块还包括报警显示单元，报警显示单元根据比较单元中标准电阻的不同划分为不同的档位，当被测设备的阻值超过设定的档位报警值时，进行报警显示。

7.根据权利要求6所述的输油管道静电接地状态监测装置，其特征在于，所述报警显示单元中设置有0Ω、0.01Ω、0.1Ω和1Ω四个阻值档位。

8.根据权利要求2所述的输油管道静电接地状态监测装置，其特征在于，所述操控面板上设有接地装置报警指示灯、电源指示灯、接地装置故障报警指示灯、断路报警指示灯、自检按钮指示灯、蜂鸣器和消音按钮。

9.根据权利要求1所述的输油管道静电接地状态监测装置，其特征在于，所述主接地检测模块的数量为1个，用做通讯主站；副接地检测模块的数量为3个，用做通讯从站。

10.根据权利要求9所述的输油管道静电接地状态监测装置，其特征在于，所述主接地检测模块和各个副接地检测模块分别设有4路检测接地电阻的输入。

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