基于激光測距和無線IO站的布料系統

李晨

摘 要：本文主要闡述通過在國內某鐵礦磨礦倉的布料小車上安裝激光測距儀，實時監測小車的位置，并且在上位機上顯示，同時在每個料倉下料口處安裝接近開關，主要用于對小車行駛位置的校準；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，沒有可移動的滑纜，給布料小車的遠程控制帶來很大的困難，通過現場考察與討論，決定通過安裝無線IO站的方式，通過對射網絡進行數據傳輸，對其進行遠程控制，通過具體的實驗，驗證了此方法的可行性和準確性，本文將就此應用做詳細的說明。

關鍵詞：激光測距；無線IO；遠程控制

激光測距儀是通過發射出的激光，照射到物體后形成反射，通過接收反射光，結合計算反射的時間，得出物體與激光測距儀的距離。

一、系統介紹

國內某鐵礦的布料小車位于選礦廠上料系統的最末端，主要作用是將原礦通過小車均勻的對料倉進行布料，小車平臺在磨礦倉廠房的最頂端，共有5個料倉，分別為1-5號，其中1號、2號和3號的一半為選礦廠一系列自磨機系統給料，4號、5號和3號的另一半為選礦廠二系列自磨機系統給料，3號倉作為兩個系列共用的料倉。

小車布料是否均勻直接影響后續的工藝流程，小車的控制方式采用的是現場手動操作，其操作箱和控制回路安裝在本體上，操作很不方便，并且上位機不能實時看到小車的位置，給生產帶來很大的不便，同時現場環境較差，給操作人員的身體帶來傷害，根據現場的實際情況，并結合其他礦山對小車的控制方式，制定了切合實際的控制方案，主要是通過安裝激光測距儀，來顯示小車具體的實時位置；安裝接近開關，對下料位置進行校準，通過安裝無線IO站，實現對小車的遠程控制。通過硬件安裝、軟件調試相結合，最終實現布料小車遠程控制，實現無人值守。

二、布料小車位置檢測方案

小車位置的檢測是實現遠程控制的關鍵，通過幾年來別的礦山對布料小車的控制經驗，針對實際的應用效果，并結合中關鐵礦實際的現場環境，主要提出了三種控制方案，并針對每種控制方案的可行性進行了深入的研究，三種方案主要為：

1.編碼器+接近開關的方式

通過在小車電機的軸上安裝編碼器，通過電機旋轉帶動編碼器轉動，編碼器通過內部換算，將實際的行駛具體轉化為電信號，通過以太網或DP通訊方式采集到后臺PLC系統中，并且在每個下料口處安裝接近開關，輔助編碼器，共同完成小車的定位。

2.RFID射頻卡+接近開關的方式

隨著射頻技術的應用越來越廣泛，計劃采用安裝射頻卡的方式檢測小車位置，在每個下料口安裝卡片，在小車本體上安裝RFID發射裝置，通過小車移動到每個料倉時，檢測到每個卡片，卡片中寫有料倉號等信息，通過DP通訊方式采集到后臺PLC中，進行后期的處理和使用。

3.激光測距儀+接近開關的方式

通過在小車的兩側，各安裝一個激光測距儀，發射裝置安裝在小車兩側的墻上，激光反射板安裝在小車中間最高的位置，減少粉塵對其測量的影響，激光測距的數據通過4-20ma的信號傳輸到后臺PLC中，通過處理進行位置顯示。

通過對上述三種檢測方式的分析，各有優缺點：

編碼器的測量方式優點是測量準確，精度高，能夠隨小車移動實時測量距離，缺點是傳輸通訊線需要隨小車移動，同時在軸上安裝受機械的影響較大，小車沒有移動的滑觸線，實現數據傳輸比較困難；所以這種方式不能滿足現場的要求。

RFID的測量方式采用的是非接觸的測量方法，感應距離和小車的移動速度對其有很大的影響，首先小車在行駛過程中會有晃動，造成測量距離的不穩定，其次，小車的移動速度大概3m/s，可能會存在速度太快感應不到的情況發生，導致測量不準確，然后，RFID測量只是在每個料倉下料口有測量點，不能實時監測小車位置，所以這種測量方式不太適合現場的環境和要求。

激光測距儀的測量方式是在小車兩側的墻上安裝激光測距發射裝置，小車上只安裝一塊反射板，這就減少了小車本體對測量的影響，同時測量信號4-20ma信號通過硬線直接接入PLC系統，不受滑觸線的限制，這種測量方式還可以實時顯示小車位置，滿足現場看需要。

通過對這三種方式的討論和驗證，同時結合其它礦山的應用經驗，最終決定采用激光測距儀+接近開關的方式來檢測小車的位置。

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的固定滑觸線改為可移動的外部電氣柜供電，同時將所有的控制電纜通過這個滑觸線鋪設到小車本體控制箱，最終實現小車的控制過程。

2.通過在小車本體和外部電氣柜安裝無線IO站，通過對射網絡，將小車反饋點進行采集和控制點進行輸出，這樣不用有太大的改動，還能實現需要的功能。

通過對兩種方案的比較，首先第一種方式墻上安裝滑觸線沒有操作空間，現場由于管道限制，沒有安裝地點，同時這種控制線通過滑觸線的方式對電纜的要求很高，會有更多的故障點，同時帶來很大的后期維護量。而無線IO站的方式，現場不需要多少改動，只需要將小車控制箱的電氣回路進行稍微的改動，加入遠程控制信號接入點，就可以實現遠程控制，同時無線的通訊方式適應時代的發展，所以最終決定通過添加無線IO站的方式來進行小車控制。

四、 系統配置

1.硬件配置

在小車東、西兩側各安裝一個激光測距儀發射裝置，在小車最高處安裝一塊共用的反射板，為測量的準確性，反射板盡量要大一些；在每個下料口和兩側極限位置安裝接近開關，現場共有九個下料口，接近開關的信號線直接接入控制系統；在小車本體和外部控制柜各安裝一個4輸入、4輸出的無線IO站，一個發射站，一個接收站，工作原理為發射站的輸入端接收PLC系統的控制信號，通過對射網絡，在接收站的輸出端進行輸出，將信號接入電氣控制回路，小車的反饋信號通過接收端的輸入接入，通過對射網絡，發射端的輸出端接收，同時將信號反饋到PLC控制系統。

2.軟件系統配置

首先確定每個下料口對應的激光測距儀的米數，整個料倉的距離是0-42.7米，0米和42.7米是小車在兩側的極限位置，記錄兩個激光測距儀對應的每個下料口的米數，如下：其次，確定控制方式，遠程主要包括點動和自動兩種控制方式，點動方式即在上位機中點擊左行和右行，來控制小車的點動行駛，通過激光測距儀數據觀察并結合攝像頭圖像確定到達目標倉位后，點擊停止按鈕，使小車停在指定的下料口。

自動控制方式即直接點擊目標倉位號，由程序自動判斷當前小車位置、小車行走的方向，然后自動行駛直到到達目標倉位后自動停止，沒有過多的人為因素參與其中，達到小車遠程無人值守的控制要求。

五、結語

該小車的控制方案經過了詳細的方案制定、討論、應用階段，確保了在滿足現場工藝和控制要求的前提下，充分利用先進的控制理念和控制思想，提高了自動化控制水平，自動化程度更高，成本更低，節省了大量的人力物力，提高了工作效率，該系統經過現場是實際應用，比較穩定，數據傳輸較快，具有較高的推廣性。

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