架空乘人装置传感器编码的实现

邱峰

摘要：本文介绍了一种实现传感器定位的方式，采用该种方式，可以准确识别动作传感器位置，便于及时查找到故障点，节省故障处理时间，能够帮助维修人员更好地对设备进行维护。实现思路具有通用性，可以扩展到其他类似场合。对挖掘现场电控设备潜力，提高维护人员创造性具有积极的价值。

为了减轻矿井井下工人劳动强度，集团公司机电处规定：上下垂直深度超过50米的巷道要安设架空乘人器装置。现在我矿井下现在有多部架空乘人器，随着矿井掘进水平的延伸，将来还会安装更多的架空乘人器。随着设备的不断增加，维护量也随之增多。然而根据公司“减人增效”的实施，不断优化精简操作人员，增加维护人员毫无可能。如何在不增加维护人员的情况下，保障机电设备正常运转，快速处理故障，减少故障影响时间，只有在不断分析现场故障，快速找出解决办法上下工夫。

一般来说，使用架空乘人装置的地方都是斜巷，一旦设备出现问题，维护人员现场上下查找问题会浪费很多时间，而且还会耗费很多体力。在电控点附近的问题因为设备集中，便于排查，而一旦是现场传感器的故障，查找起来就费时费力，需要把一个一个的传感器打开，用万用表检测通断，一个一个进行排除。针对这一现象，不断思考，如果能够及时把发生故障的传感器的位置报出来的话，那么就省去了现场检查所耽搁的时间，能够及时准确的定位故障点，帮助维修人员快速找到发生故障的传感器位置，及时快速的处理问题。

经过查询资料，总结了一下，主要有以下几种方法：

恒流源法，主机上使用恒流源芯片，根据系统传感器数量、芯片输出电流稳定范围将芯片输出的电流值调整到合适值（一般为100-200微安），每个设备上加一个精密电阻，主机产生的恒流源每经过一个传感器就会得到一个确定的电压值，当某个传感器动作时，根据主机所测得电压值即可计算出动作传感器的位置；优点：接线简单；缺点：需要恒流源芯片，且电路容易受温度影响；

单独引线法，多用于早期PLC控制系统，每个传感器单独占用一根控制线和PLC上一个独立的输入点。当某处传感器动作时，程序内部进行标记从而识别传感器位置。优点：逻辑清晰；缺点：现场用线较多，占用PLC输入点较多；

通讯法，为每个传感器增加一个带有通讯功能的芯片，并为每台传感器设置唯一的地址，当某台传感器动作时，会向主机发送本机地址及故障信息，主机接收到信息后，就可以识别并显示是何处传感器动作。优点：编码值多；传输距离远；缺点：需要为每个传感器增加一个带有通讯功能的模块，而且需要编写通讯程序，每台设备都要供电，当传感器数量较多时，通讯时间较长，且对通讯质量要求较高。

经过对以上几种方式优点、缺点对比，考虑到恒流源不好设计，且受温度影响较大，而电压源比较常见，借鉴设计了分压法来传递信息的方式。主机和传感器之间仅需要2根线，分别是公共端（电源+）、输入端CH。从逻辑关系上看，任意一台传感器动作后，主机都会做出同样的保护动作，区别仅仅时显示的地址不同。以4台传感器为例，原理如下图所示：

以常见的三菱PLC为例，模拟量数字量转化模块选用带有4路AD通道的模块，测量精度为12位，满量程值为4000。4通道分配如下：CH0通道用于检测测试系统所提供的电压VCC，CH1、CH2、CH3三路通道用于接传感器。

由欧姆定律可知，当某处传感器动作时，CH1上所测得的电压值Vn=R5*VCC/（Rn+R5）；Rn=n*1K；n值即为动作的传感器编号；

为计算方便，元件采用以下数值R1=R2=R3=R4=1K，精度1%，2W，R5=10K，精度1%，2W，主要用于限制电路电流不超过AD模块允许值。VCC取9VDC；

先计算出每处传感器动作时所测得的电压值及转换后的数字量，整理成表格，程序中测得现场电压值进行判断，当在某个计算值的一定区分范围内时，即可认为是该处传感器动作，将标志位进行置位，液晶屏上显示的数据根据标志位的不同而现实不同的值，该值就表示该传感器的编号，在现场传感器外部贴上对应的标签即可。

根据数模转换模块的精度，对本系统所选择的参数进行计算，可知系统对多可识别50个。提高R5电阻值可增加识别数量。

为了保证信号线上只有一台有效，特意设计了信号线的传输方式：第N+1台设备的信号线串接在第N台设备的常闭触点之后，当第N台设备动作时，其常闭触点打开，其后的所有传感器信号线都被断开，不会再有信号叠加在信号线上，保证了信号线上不会出现信号叠加的情况，保证了一种电压对应唯一一个传感器，简化了主机的逻辑处理。为了保证测量的电压值不随参考电压值的变化而发生变化，将公共端电压也接入到AD转换中，将其转换后的值作为参考值。从计算公式中可以看出，经过这样的处理后，即便是电压随负载、温度变化有所变化，也不会对测量结果有影响。另外，恒流源路中对输出电流的精度要求很高，这样才能避免产生误差，这里就从源头上解决了这个问题，对参考电压的要求就大大降低了。

经过这样在硬件设计上优化，使用仿真电阻对检测系统进行测试，所得结果满足设计需求，系统具有很好的辨识度，误差极小，程序稳定性、通用性很强，实验测得最大准确识别编号为30，按照现场50米一台来算，能够实现1500米距离的可靠编码，可应用于1KM左右的生产系统，可满足绝大部分应用场合。

与前文提及的三种编码方式相比，该种编码方式简单、可靠，节省了恒流源芯片，连接简单，布线少，且适应性强，不受现场温度影響，传输距离较远，具有很好的技术优势和应用价值。