架空乘人裝置傳感器編碼的實現

邱峰

摘要：本文介紹了一種實現傳感器定位的方式，采用該種方式，可以準確識別動作傳感器位置，便于及時查找到故障點，節省故障處理時間，能夠幫助維修人員更好地對設備進行維護。實現思路具有通用性，可以擴展到其他類似場合。對挖掘現場電控設備潛力，提高維護人員創造性具有積極的價值。

為了減輕礦井井下工人勞動強度，集團公司機電處規定：上下垂直深度超過50米的巷道要安設架空乘人器裝置。現在我礦井下現在有多部架空乘人器，隨著礦井掘進水平的延伸，將來還會安裝更多的架空乘人器。隨著設備的不斷增加，維護量也隨之增多。然而根據公司“減人增效”的實施，不斷優化精簡操作人員，增加維護人員毫無可能。如何在不增加維護人員的情況下，保障機電設備正常運轉，快速處理故障，減少故障影響時間，只有在不斷分析現場故障，快速找出解決辦法上下工夫。

一般來說，使用架空乘人裝置的地方都是斜巷，一旦設備出現問題，維護人員現場上下查找問題會浪費很多時間，而且還會耗費很多體力。在電控點附近的問題因為設備集中，便于排查，而一旦是現場傳感器的故障，查找起來就費時費力，需要把一個一個的傳感器打開，用萬用表檢測通斷，一個一個進行排除。針對這一現象，不斷思考，如果能夠及時把發生故障的傳感器的位置報出來的話，那么就省去了現場檢查所耽擱的時間，能夠及時準確的定位故障點，幫助維修人員快速找到發生故障的傳感器位置，及時快速的處理問題。

經過查詢資料，總結了一下，主要有以下幾種方法：

恒流源法，主機上使用恒流源芯片，根據系統傳感器數量、芯片輸出電流穩定范圍將芯片輸出的電流值調整到合適值（一般為100-200微安），每個設備上加一個精密電阻，主機產生的恒流源每經過一個傳感器就會得到一個確定的電壓值，當某個傳感器動作時，根據主機所測得電壓值即可計算出動作傳感器的位置；優點：接線簡單；缺點：需要恒流源芯片，且電路容易受溫度影響；

單獨引線法，多用于早期PLC控制系統，每個傳感器單獨占用一根控制線和PLC上一個獨立的輸入點。當某處傳感器動作時，程序內部進行標記從而識別傳感器位置。優點：邏輯清晰；缺點：現場用線較多，占用PLC輸入點較多；

通訊法，為每個傳感器增加一個帶有通訊功能的芯片，并為每臺傳感器設置唯一的地址，當某臺傳感器動作時，會向主機發送本機地址及故障信息，主機接收到信息后，就可以識別并顯示是何處傳感器動作。優點：編碼值多；傳輸距離遠；缺點：需要為每個傳感器增加一個帶有通訊功能的模塊，而且需要編寫通訊程序，每臺設備都要供電，當傳感器數量較多時，通訊時間較長，且對通訊質量要求較高。

經過對以上幾種方式優點、缺點對比，考慮到恒流源不好設計，且受溫度影響較大，而電壓源比較常見，借鑒設計了分壓法來傳遞信息的方式。主機和傳感器之間僅需要2根線，分別是公共端（電源+）、輸入端CH。從邏輯關系上看，任意一臺傳感器動作后，主機都會做出同樣的保護動作，區別僅僅時顯示的地址不同。以4臺傳感器為例，原理如下圖所示：

以常見的三菱PLC為例，模擬量數字量轉化模塊選用帶有4路AD通道的模塊，測量精度為12位，滿量程值為4000。4通道分配如下：CH0通道用于檢測測試系統所提供的電壓VCC，CH1、CH2、CH3三路通道用于接傳感器。

由歐姆定律可知，當某處傳感器動作時，CH1上所測得的電壓值Vn=R5*VCC/（Rn+R5）；Rn=n*1K；n值即為動作的傳感器編號；

為計算方便，元件采用以下數值R1=R2=R3=R4=1K，精度1%，2W，R5=10K，精度1%，2W，主要用于限制電路電流不超過AD模塊允許值。VCC取9VDC；

先計算出每處傳感器動作時所測得的電壓值及轉換后的數字量，整理成表格，程序中測得現場電壓值進行判斷，當在某個計算值的一定區分范圍內時，即可認為是該處傳感器動作，將標志位進行置位，液晶屏上顯示的數據根據標志位的不同而現實不同的值，該值就表示該傳感器的編號，在現場傳感器外部貼上對應的標簽即可。

根據數模轉換模塊的精度，對本系統所選擇的參數進行計算，可知系統對多可識別50個。提高R5電阻值可增加識別數量。

為了保證信號線上只有一臺有效，特意設計了信號線的傳輸方式：第N+1臺設備的信號線串接在第N臺設備的常閉觸點之后，當第N臺設備動作時，其常閉觸點打開，其后的所有傳感器信號線都被斷開，不會再有信號疊加在信號線上，保證了信號線上不會出現信號疊加的情況，保證了一種電壓對應唯一一個傳感器，簡化了主機的邏輯處理。為了保證測量的電壓值不隨參考電壓值的變化而發生變化，將公共端電壓也接入到AD轉換中，將其轉換后的值作為參考值。從計算公式中可以看出，經過這樣的處理后，即便是電壓隨負載、溫度變化有所變化，也不會對測量結果有影響。另外，恒流源路中對輸出電流的精度要求很高，這樣才能避免產生誤差，這里就從源頭上解決了這個問題，對參考電壓的要求就大大降低了。

經過這樣在硬件設計上優化，使用仿真電阻對檢測系統進行測試，所得結果滿足設計需求，系統具有很好的辨識度，誤差極小，程序穩定性、通用性很強，實驗測得最大準確識別編號為30，按照現場50米一臺來算，能夠實現1500米距離的可靠編碼，可應用于1KM左右的生產系統，可滿足絕大部分應用場合。

與前文提及的三種編碼方式相比，該種編碼方式簡單、可靠，節省了恒流源芯片，連接簡單，布線少，且適應性強，不受現場溫度影響，傳輸距離較遠，具有很好的技術優勢和應用價值。