架空乘人裝置傳感器編碼的實(shí)現(xiàn)

邱峰

摘要：本文介紹了一種實(shí)現(xiàn)傳感器定位的方式，采用該種方式，可以準(zhǔn)確識(shí)別動(dòng)作傳感器位置，便于及時(shí)查找到故障點(diǎn)，節(jié)省故障處理時(shí)間，能夠幫助維修人員更好地對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。實(shí)現(xiàn)思路具有通用性，可以擴(kuò)展到其他類似場(chǎng)合。對(duì)挖掘現(xiàn)場(chǎng)電控設(shè)備潛力，提高維護(hù)人員創(chuàng)造性具有積極的價(jià)值。

為了減輕礦井井下工人勞動(dòng)強(qiáng)度，集團(tuán)公司機(jī)電處規(guī)定：上下垂直深度超過50米的巷道要安設(shè)架空乘人器裝置。現(xiàn)在我礦井下現(xiàn)在有多部架空乘人器，隨著礦井掘進(jìn)水平的延伸，將來還會(huì)安裝更多的架空乘人器。隨著設(shè)備的不斷增加，維護(hù)量也隨之增多。然而根據(jù)公司“減人增效”的實(shí)施，不斷優(yōu)化精簡(jiǎn)操作人員，增加維護(hù)人員毫無可能。如何在不增加維護(hù)人員的情況下，保障機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，快速處理故障，減少故障影響時(shí)間，只有在不斷分析現(xiàn)場(chǎng)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(shè)備出現(xiàn)問題，維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)上下查找問題會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，而且還會(huì)耗費(fèi)很多體力。在電控點(diǎn)附近的問題因?yàn)樵O(shè)備集中，便于排查，而一旦是現(xiàn)場(chǎng)傳感器的故障，查找起來就費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要把一個(gè)一個(gè)的傳感器打開，用萬用表檢測(cè)通斷，一個(gè)一個(gè)進(jìn)行排除。針對(duì)這一現(xiàn)象，不斷思考，如果能夠及時(shí)把發(fā)生故障的傳感器的位置報(bào)出來的話，那么就省去了現(xiàn)場(chǎng)檢查所耽擱的時(shí)間，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的定位故障點(diǎn)，幫助維修人員快速找到發(fā)生故障的傳感器位置，及時(shí)快速的處理問題。

經(jīng)過查詢資料，總結(jié)了一下，主要有以下幾種方法：

恒流源法，主機(jī)上使用恒流源芯片，根據(jù)系統(tǒng)傳感器數(shù)量、芯片輸出電流穩(wěn)定范圍將芯片輸出的電流值調(diào)整到合適值（一般為100-200微安），每個(gè)設(shè)備上加一個(gè)精密電阻，主機(jī)產(chǎn)生的恒流源每經(jīng)過一個(gè)傳感器就會(huì)得到一個(gè)確定的電壓值，當(dāng)某個(gè)傳感器動(dòng)作時(shí)，根據(jù)主機(jī)所測(cè)得電壓值即可計(jì)算出動(dòng)作傳感器的位置；優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：需要恒流源芯片，且電路容易受溫度影響；

單獨(dú)引線法，多用于早期PLC控制系統(tǒng)，每個(gè)傳感器單獨(dú)占用一根控制線和PLC上一個(gè)獨(dú)立的輸入點(diǎn)。當(dāng)某處傳感器動(dòng)作時(shí)，程序內(nèi)部進(jìn)行標(biāo)記從而識(shí)別傳感器位置。優(yōu)點(diǎn)：邏輯清晰；缺點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)用線較多，占用PLC輸入點(diǎn)較多；

通訊法，為每個(gè)傳感器增加一個(gè)帶有通訊功能的芯片，并為每臺(tái)傳感器設(shè)置唯一的地址，當(dāng)某臺(tái)傳感器動(dòng)作時(shí)，會(huì)向主機(jī)發(fā)送本機(jī)地址及故障信息，主機(jī)接收到信息后，就可以識(shí)別并顯示是何處傳感器動(dòng)作。優(yōu)點(diǎn)：編碼值多；傳輸距離遠(yuǎn)；缺點(diǎn)：需要為每個(gè)傳感器增加一個(gè)帶有通訊功能的模塊，而且需要編寫通訊程序，每臺(tái)設(shè)備都要供電，當(dāng)傳感器數(shù)量較多時(shí)，通訊時(shí)間較長(zhǎng)，且對(duì)通訊質(zhì)量要求較高。

經(jīng)過對(duì)以上幾種方式優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)對(duì)比，考慮到恒流源不好設(shè)計(jì)，且受溫度影響較大，而電壓源比較常見，借鑒設(shè)計(jì)了分壓法來傳遞信息的方式。主機(jī)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(guān)系上看，任意一臺(tái)傳感器動(dòng)作后，主機(jī)都會(huì)做出同樣的保護(hù)動(dòng)作，區(qū)別僅僅時(shí)顯示的地址不同。以4臺(tái)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(shù)字量轉(zhuǎn)化模塊選用帶有4路AD通道的模塊，測(cè)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(cè)測(cè)試系統(tǒng)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(dāng)某處傳感器動(dòng)作時(shí)，CH1上所測(cè)得的電壓值Vn=R5*VCC/（Rn+R5）；Rn=n*1K；n值即為動(dòng)作的傳感器編號(hào)；

為計(jì)算方便，元件采用以下數(shù)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(jì)算出每處傳感器動(dòng)作時(shí)所測(cè)得的電壓值及轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，整理成表格，程序中測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)電壓值進(jìn)行判斷，當(dāng)在某個(gè)計(jì)算值的一定區(qū)分范圍內(nèi)時(shí)，即可認(rèn)為是該處傳感器動(dòng)作，將標(biāo)志位進(jìn)行置位，液晶屏上顯示的數(shù)據(jù)根據(jù)標(biāo)志位的不同而現(xiàn)實(shí)不同的值，該值就表示該傳感器的編號(hào)，在現(xiàn)場(chǎng)傳感器外部貼上對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽即可。

根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的精度，對(duì)本系統(tǒng)所選擇的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可知系統(tǒng)對(duì)多可識(shí)別50個(gè)。提高R5電阻值可增加識(shí)別數(shù)量。

為了保證信號(hào)線上只有一臺(tái)有效，特意設(shè)計(jì)了信號(hào)線的傳輸方式：第N+1臺(tái)設(shè)備的信號(hào)線串接在第N臺(tái)設(shè)備的常閉觸點(diǎn)之后，當(dāng)?shù)贜臺(tái)設(shè)備動(dòng)作時(shí)，其常閉觸點(diǎn)打開，其后的所有傳感器信號(hào)線都被斷開，不會(huì)再有信號(hào)疊加在信號(hào)線上，保證了信號(hào)線上不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)疊加的情況，保證了一種電壓對(duì)應(yīng)唯一一個(gè)傳感器，簡(jiǎn)化了主機(jī)的邏輯處理。為了保證測(cè)量的電壓值不隨參考電壓值的變化而發(fā)生變化，將公共端電壓也接入到AD轉(zhuǎn)換中，將其轉(zhuǎn)換后的值作為參考值。從計(jì)算公式中可以看出，經(jīng)過這樣的處理后，即便是電壓隨負(fù)載、溫度變化有所變化，也不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響。另外，恒流源路中對(duì)輸出電流的精度要求很高，這樣才能避免產(chǎn)生誤差，這里就從源頭上解決了這個(gè)問題，對(duì)參考電壓的要求就大大降低了。

經(jīng)過這樣在硬件設(shè)計(jì)上優(yōu)化，使用仿真電阻對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，所得結(jié)果滿足設(shè)計(jì)需求，系統(tǒng)具有很好的辨識(shí)度，誤差極小，程序穩(wěn)定性、通用性很強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得最大準(zhǔn)確識(shí)別編號(hào)為30，按照現(xiàn)場(chǎng)50米一臺(tái)來算，能夠?qū)崿F(xiàn)1500米距離的可靠編碼，可應(yīng)用于1KM左右的生產(chǎn)系統(tǒng)，可滿足絕大部分應(yīng)用場(chǎng)合。

與前文提及的三種編碼方式相比，該種編碼方式簡(jiǎn)單、可靠，節(jié)省了恒流源芯片，連接簡(jiǎn)單，布線少，且適應(yīng)性強(qiáng)，不受現(xiàn)場(chǎng)溫度影響，傳輸距離較遠(yuǎn)，具有很好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值。