基于激光測(cè)距和無(wú)線IO站的布料系統(tǒng)

李晨

摘 要：本文主要闡述通過(guò)在國(guó)內(nèi)某鐵礦磨礦倉(cāng)的布料小車上安裝激光測(cè)距儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小車的位置，并且在上位機(jī)上顯示，同時(shí)在每個(gè)料倉(cāng)下料口處安裝接近開關(guān)，主要用于對(duì)小車行駛位置的校準(zhǔn)；其電氣控制回路安裝在小車本體上，供電采用固定的滑觸線，沒(méi)有可移動(dòng)的滑纜，給布料小車的遠(yuǎn)程控制帶來(lái)很大的困難，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察與討論，決定通過(guò)安裝無(wú)線IO站的方式，通過(guò)對(duì)射網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了此方法的可行性和準(zhǔn)確性，本文將就此應(yīng)用做詳細(xì)的說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：激光測(cè)距；無(wú)線IO；遠(yuǎn)程控制

激光測(cè)距儀是通過(guò)發(fā)射出的激光，照射到物體后形成反射，通過(guò)接收反射光，結(jié)合計(jì)算反射的時(shí)間，得出物體與激光測(cè)距儀的距離。

一、系統(tǒng)介紹

國(guó)內(nèi)某鐵礦的布料小車位于選礦廠上料系統(tǒng)的最末端，主要作用是將原礦通過(guò)小車均勻的對(duì)料倉(cāng)進(jìn)行布料，小車平臺(tái)在磨礦倉(cāng)廠房的最頂端，共有5個(gè)料倉(cāng)，分別為1-5號(hào)，其中1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)的一半為選礦廠一系列自磨機(jī)系統(tǒng)給料，4號(hào)、5號(hào)和3號(hào)的另一半為選礦廠二系列自磨機(jī)系統(tǒng)給料，3號(hào)倉(cāng)作為兩個(gè)系列共用的料倉(cāng)。

小車布料是否均勻直接影響后續(xù)的工藝流程，小車的控制方式采用的是現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，其操作箱和控制回路安裝在本體上，操作很不方便，并且上位機(jī)不能實(shí)時(shí)看到小車的位置，給生產(chǎn)帶來(lái)很大的不便，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差，給操作人員的身體帶來(lái)傷害，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，并結(jié)合其他礦山對(duì)小車的控制方式，制定了切合實(shí)際的控制方案，主要是通過(guò)安裝激光測(cè)距儀，來(lái)顯示小車具體的實(shí)時(shí)位置；安裝接近開關(guān)，對(duì)下料位置進(jìn)行校準(zhǔn)，通過(guò)安裝無(wú)線IO站，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的遠(yuǎn)程控制。通過(guò)硬件安裝、軟件調(diào)試相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)布料小車遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

二、布料小車位置檢測(cè)方案

小車位置的檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵，通過(guò)幾年來(lái)別的礦山對(duì)布料小車的控制經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用效果，并結(jié)合中關(guān)鐵礦實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，主要提出了三種控制方案，并針對(duì)每種控制方案的可行性進(jìn)行了深入的研究，三種方案主要為：

1.編碼器+接近開關(guān)的方式

通過(guò)在小車電機(jī)的軸上安裝編碼器，通過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器通過(guò)內(nèi)部換算，將實(shí)際的行駛具體轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)以太網(wǎng)或DP通訊方式采集到后臺(tái)PLC系統(tǒng)中，并且在每個(gè)下料口處安裝接近開關(guān)，輔助編碼器，共同完成小車的定位。

2.RFID射頻卡+接近開關(guān)的方式

隨著射頻技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，計(jì)劃采用安裝射頻卡的方式檢測(cè)小車位置，在每個(gè)下料口安裝卡片，在小車本體上安裝RFID發(fā)射裝置，通過(guò)小車移動(dòng)到每個(gè)料倉(cāng)時(shí)，檢測(cè)到每個(gè)卡片，卡片中寫有料倉(cāng)號(hào)等信息，通過(guò)DP通訊方式采集到后臺(tái)PLC中，進(jìn)行后期的處理和使用。

3.激光測(cè)距儀+接近開關(guān)的方式

通過(guò)在小車的兩側(cè)，各安裝一個(gè)激光測(cè)距儀，發(fā)射裝置安裝在小車兩側(cè)的墻上，激光反射板安裝在小車中間最高的位置，減少粉塵對(duì)其測(cè)量的影響，激光測(cè)距的數(shù)據(jù)通過(guò)4-20ma的信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)PLC中，通過(guò)處理進(jìn)行位置顯示。

通過(guò)對(duì)上述三種檢測(cè)方式的分析，各有優(yōu)缺點(diǎn)：

編碼器的測(cè)量方式優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確，精度高，能夠隨小車移動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量距離，缺點(diǎn)是傳輸通訊線需要隨小車移動(dòng)，同時(shí)在軸上安裝受機(jī)械的影響較大，小車沒(méi)有移動(dòng)的滑觸線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸比較困難；所以這種方式不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的要求。

RFID的測(cè)量方式采用的是非接觸的測(cè)量方法，感應(yīng)距離和小車的移動(dòng)速度對(duì)其有很大的影響，首先小車在行駛過(guò)程中會(huì)有晃動(dòng)，造成測(cè)量距離的不穩(wěn)定，其次，小車的移動(dòng)速度大概3m/s，可能會(huì)存在速度太快感應(yīng)不到的情況發(fā)生，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，然后，RFID測(cè)量只是在每個(gè)料倉(cāng)下料口有測(cè)量點(diǎn)，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小車位置，所以這種測(cè)量方式不太適合現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境和要求。

激光測(cè)距儀的測(cè)量方式是在小車兩側(cè)的墻上安裝激光測(cè)距發(fā)射裝置，小車上只安裝一塊反射板，這就減少了小車本體對(duì)測(cè)量的影響，同時(shí)測(cè)量信號(hào)4-20ma信號(hào)通過(guò)硬線直接接入PLC系統(tǒng)，不受滑觸線的限制，這種測(cè)量方式還可以實(shí)時(shí)顯示小車位置，滿足現(xiàn)場(chǎng)看需要。

通過(guò)對(duì)這三種方式的討論和驗(yàn)證，同時(shí)結(jié)合其它礦山的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，最終決定采用激光測(cè)距儀+接近開關(guān)的方式來(lái)檢測(cè)小車的位置。

三、 小車控制方案確定

1.在布料小車旁邊的墻上安裝滑觸線，將小車的電源線由原來(lái)的固定滑觸線改為可移動(dòng)的外部電氣柜供電，同時(shí)將所有的控制電纜通過(guò)這個(gè)滑觸線鋪設(shè)到小車本體控制箱，最終實(shí)現(xiàn)小車的控制過(guò)程。

2.通過(guò)在小車本體和外部電氣柜安裝無(wú)線IO站，通過(guò)對(duì)射網(wǎng)絡(luò)，將小車反饋點(diǎn)進(jìn)行采集和控制點(diǎn)進(jìn)行輸出，這樣不用有太大的改動(dòng)，還能實(shí)現(xiàn)需要的功能。

通過(guò)對(duì)兩種方案的比較，首先第一種方式墻上安裝滑觸線沒(méi)有操作空間，現(xiàn)場(chǎng)由于管道限制，沒(méi)有安裝地點(diǎn)，同時(shí)這種控制線通過(guò)滑觸線的方式對(duì)電纜的要求很高，會(huì)有更多的故障點(diǎn)，同時(shí)帶來(lái)很大的后期維護(hù)量。而無(wú)線IO站的方式，現(xiàn)場(chǎng)不需要多少改動(dòng)，只需要將小車控制箱的電氣回路進(jìn)行稍微的改動(dòng)，加入遠(yuǎn)程控制信號(hào)接入點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，同時(shí)無(wú)線的通訊方式適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，所以最終決定通過(guò)添加無(wú)線IO站的方式來(lái)進(jìn)行小車控制。

四、 系統(tǒng)配置

1.硬件配置

在小車東、西兩側(cè)各安裝一個(gè)激光測(cè)距儀發(fā)射裝置，在小車最高處安裝一塊共用的反射板，為測(cè)量的準(zhǔn)確性，反射板盡量要大一些；在每個(gè)下料口和兩側(cè)極限位置安裝接近開關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)共有九個(gè)下料口，接近開關(guān)的信號(hào)線直接接入控制系統(tǒng)；在小車本體和外部控制柜各安裝一個(gè)4輸入、4輸出的無(wú)線IO站，一個(gè)發(fā)射站，一個(gè)接收站，工作原理為發(fā)射站的輸入端接收PLC系統(tǒng)的控制信號(hào)，通過(guò)對(duì)射網(wǎng)絡(luò)，在接收站的輸出端進(jìn)行輸出，將信號(hào)接入電氣控制回路，小車的反饋信號(hào)通過(guò)接收端的輸入接入，通過(guò)對(duì)射網(wǎng)絡(luò)，發(fā)射端的輸出端接收，同時(shí)將信號(hào)反饋到PLC控制系統(tǒng)。

2.軟件系統(tǒng)配置

首先確定每個(gè)下料口對(duì)應(yīng)的激光測(cè)距儀的米數(shù)，整個(gè)料倉(cāng)的距離是0-42.7米，0米和42.7米是小車在兩側(cè)的極限位置，記錄兩個(gè)激光測(cè)距儀對(duì)應(yīng)的每個(gè)下料口的米數(shù)，如下：其次，確定控制方式，遠(yuǎn)程主要包括點(diǎn)動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，點(diǎn)動(dòng)方式即在上位機(jī)中點(diǎn)擊左行和右行，來(lái)控制小車的點(diǎn)動(dòng)行駛，通過(guò)激光測(cè)距儀數(shù)據(jù)觀察并結(jié)合攝像頭圖像確定到達(dá)目標(biāo)倉(cāng)位后，點(diǎn)擊停止按鈕，使小車停在指定的下料口。

自動(dòng)控制方式即直接點(diǎn)擊目標(biāo)倉(cāng)位號(hào)，由程序自動(dòng)判斷當(dāng)前小車位置、小車行走的方向，然后自動(dòng)行駛直到到達(dá)目標(biāo)倉(cāng)位后自動(dòng)停止，沒(méi)有過(guò)多的人為因素參與其中，達(dá)到小車遠(yuǎn)程無(wú)人值守的控制要求。

五、結(jié)語(yǔ)

該小車的控制方案經(jīng)過(guò)了詳細(xì)的方案制定、討論、應(yīng)用階段，確保了在滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝和控制要求的前提下，充分利用先進(jìn)的控制理念和控制思想，提高了自動(dòng)化控制水平，自動(dòng)化程度更高，成本更低，節(jié)省了大量的人力物力，提高了工作效率，該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)是實(shí)際應(yīng)用，比較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸較快，具有較高的推廣性。

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