基于激光測(cè)距儀的鋼包精確吊運(yùn)控制系統(tǒng)研究

徐璐 劉蘇

摘 要：本文利用激光測(cè)距儀，根據(jù)勾股定理，檢測(cè)天車(chē)鉤頭與地面鋼包吊耳間的距離（激光測(cè)距儀誤差2毫米），利用工業(yè)無(wú)線終端結(jié)合P2P技術(shù)，將鋼包吊耳與天車(chē)駕駛倉(cāng)標(biāo)點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)傳輸給天車(chē)的可編程控制器[1]，可編程控制器在收到激光測(cè)距儀傳遞的距離數(shù)據(jù)后，利用勾股定理計(jì)算出天車(chē)與吊耳的水平距離，以確定大車(chē)行進(jìn)距離。鉤頭每次使用前由可編程控制器設(shè)定擺放在固定位置設(shè)為“零位”，由于鋼包高度固定，因此，每次吊鋼包時(shí)鉤頭下降固定高度，即將鉤頭擺放到鋼包吊耳高度。小車(chē)軌道設(shè)定機(jī)械限位，天車(chē)吊包時(shí)可編程控制器控制小車(chē)移動(dòng)至機(jī)械限位處，正對(duì)鋼包吊耳掛鉤。從而實(shí)現(xiàn)天車(chē)的精確吊運(yùn)[2]。

關(guān)鍵詞：激光測(cè)距儀;工業(yè)無(wú)線終端;P2P技術(shù);可編程控制器

Abstract：This paper uses laser rangefinder，according to the Pythagorean theorem，to detect the distance between the crane's hook head and the ground steel bag hanging ear（laser rangefinder error of 2 mm），and uses industrial wireless terminal combined with P2P technology. Transmission of the distance data between the steel bag hanging ear and the car's driving position to the programmable controller of the car[ After receiving the distance data transmitted by the laser rangefinder，the programmable controller uses the Pythagorean theorem to calculate the horizontal distance between the car and the hanging ear to determine the distance from which the car travels. The hook head is set to be placed in a "zero position" by the programmable controller before each use. Due to the fixed height of the steel bag，the hook head drops to a fixed height each time the steel bag is lifted，that is，the hook head is placed at the height of the steel bag. The car track is set to a mechanical limit，and the programmable controller controls the car to move to a mechanical limit when the car is hoisting，and is hooking the steel bag hoist. In order to achieve the exact lifting of the car.

KEYWORD：Laser rangefinder，Industrial wireless terminals，Peer to peer technology，Programmable controller

一、引言：

本文以一煉鋼車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)天車(chē)吊運(yùn)鋼包工作為研究目標(biāo)，對(duì)整個(gè)吊運(yùn)控制過(guò)程進(jìn)行分析。煉鋼車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境熱、臟、亂、視線差，天車(chē)操作人員在駕駛倉(cāng)內(nèi)很難看清楚地面鋼包吊耳位置，鉤頭擺放時(shí)容易發(fā)生意外碰撞，一旦發(fā)生碰撞事故可能導(dǎo)致鋼包傾覆、鋼水泄漏，引發(fā)群死群傷事件，造成巨大的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

鑒于以上安全問(wèn)題，本文介紹研究一種新的針對(duì)鋼包的天車(chē)精確吊運(yùn)控制系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)原理：

本系統(tǒng)以天車(chē)鉤頭為研究對(duì)象，天車(chē)鉤頭的擺放位置是通過(guò)大車(chē)橫向移動(dòng)、小車(chē)縱向移動(dòng)、鉤頭垂直升降三個(gè)動(dòng)作來(lái)確定。如何確定天車(chē)三個(gè)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)距離是實(shí)現(xiàn)天車(chē)精確吊運(yùn)的關(guān)鍵[3]。

煉鋼車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)鋼包工位固定、天車(chē)駕駛艙在天車(chē)上的位置固定、小車(chē)及鉤頭停放位置可以通過(guò)機(jī)械限位、位移編碼器與可編程控制器確定。

首先，在出鋼車(chē)工位側(cè)與鋼包吊耳處于同一水平線上的設(shè)置一臺(tái)激光測(cè)距儀，且激光測(cè)距儀與駕駛艙標(biāo)點(diǎn)（激光測(cè)距儀測(cè)量點(diǎn)）連線的垂直投影與天車(chē)軌道平行，假設(shè)投影距離設(shè)為b。

其次，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，將天車(chē)鉤頭起升限位設(shè)置在與駕駛艙底面平齊的位置該位置設(shè)為“零位”，天車(chē)每次工作結(jié)束后，由天車(chē)可編程控制器自動(dòng)將鉤頭放置在起升限位位置。由于鋼包位置固定，鉤頭位置可以在每次工作前設(shè)定在“零位”，因此鉤頭距離吊耳的垂直距離可以固定，設(shè)為h。

再次，由于鋼包工位固定，將天車(chē)小車(chē)平移限位設(shè)置在鋼包吊耳的正上方，天車(chē)每次吊包操作前通過(guò)可編程控制器自動(dòng)將小車(chē)打到該位置。

天車(chē)駕駛倉(cāng)底面與激光測(cè)距儀垂直高度為h，即為鉤頭到鋼包吊耳的垂直距離，當(dāng)鋼水熔煉結(jié)束時(shí)由爐前控制系統(tǒng)啟動(dòng)激光測(cè)距儀，激光測(cè)距儀測(cè)得與駕駛倉(cāng)標(biāo)點(diǎn)距離為a，利用勾股定理：

b即為天車(chē)與鋼包吊耳的水平距離。

激光測(cè)距儀與天車(chē)可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，將激光測(cè)距儀測(cè)得與駕駛倉(cāng)距離a，傳輸?shù)娇删幊炭刂破鳌？删幊炭刂破髟诮拥綌?shù)據(jù)a，后計(jì)算出天車(chē)與鋼包吊耳的水平距離b，給大車(chē)行進(jìn)距離b的指令、給小車(chē)行進(jìn)指令至限位時(shí)停止此時(shí)鉤頭正好在吊耳正上方、給鉤頭升降距離h的指令。將鉤頭擺放到被吊物體吊耳處，從而實(shí)現(xiàn)天車(chē)的精確吊運(yùn)。

三、實(shí)驗(yàn)

本系統(tǒng)采用P2P技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信[4]，并且本系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)無(wú)需反饋。因此，信號(hào)傳輸采用單工通信方式。系統(tǒng)圖示：

LMD301激光測(cè)距儀可以在不使用反光板的情況下精確測(cè)量目標(biāo)距離，測(cè)量距離0-300m，測(cè)量精度2mm，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量時(shí)間0.5ms，數(shù)據(jù)串行接口R232，防護(hù)等級(jí)IP67。

可編程控制器采用西門(mén)子S-7 200系列。工業(yè)無(wú)線通信終端采用DTD433MB_L3，無(wú)線傳輸距離1000m左右，由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)噪聲較大實(shí)測(cè)傳輸距離300米，能夠滿足大型廠房使用需要。

將LMD301激光測(cè)距儀安置在出鋼車(chē)工位側(cè)與鋼包吊耳處于同一水平線上，測(cè)距儀通過(guò)串行RS232接口與DTD433MB_L3連接，實(shí)現(xiàn)天車(chē)位置數(shù)據(jù)通信。DTD433MB_L3與天車(chē)對(duì)端DTD433MB_L3鏈接通信，對(duì)端DTD433MB_L3將接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)RS232接口傳輸給西門(mén)子S7-200可編程控制器，S7-200可編程控制器接收到天車(chē)位置信號(hào)后，控制天車(chē)大車(chē)、小車(chē)及鉤頭的位移量，將天車(chē)鉤頭放置到鋼包吊耳處，實(shí)現(xiàn)天車(chē)精確吊運(yùn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 高吉祥，數(shù)字系統(tǒng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]，電子工業(yè)出版社，2019，44-115.

[2] 周榆豐.天車(chē)吊運(yùn)系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與匹配方法研究[D].河北聯(lián)合大學(xué)，2014.

[3] 張?zhí)煲?倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2013.

[4] 張春紅.P2P技術(shù)全面解析[M]，人民郵電出版社，2010，22-108.