激光测距传感器在焦化三车连锁系统中的应用
激光测距传感器在焦化三车连锁系统中的应用
作者:董克俭;焦世统;贾少锐;薛红梅;李丽宏;安新
0 引言
激光测距传感器是一种非接触性距离测量仪器 ,在煤矿、冶金、石化等工矿企业具有良好的应用价值。文章介绍了激光测距传感器的测量原理、系统配置、软件协议及其在焦化三车连锁系统中的应用。焦化是国民经济中不可缺少的环节之一 ,它为居民提供燃气 ,也为工业生产提供能源。但是 ,长期以来 ,焦化生产过程现场环境恶劣 ,高温、高尘、高湿 ,工人劳动强度大。其中焦炭生产的中心三车—推焦车、拦焦车、熄焦车 ,能否准确地在同一个焦炉上完成作业 ,完全靠三车的司机凭肉眼和经验来完成 ,一旦发生错误 ,往往造成严重的生产事故 ,甚至对设备和人员造成伤害。
随着计算机技术、控制技术的发展 ,自动控制技术已在许多领域获得成功的应用。实现焦炉中的三车自动连锁控制 ,会大大提高焦化生产的安全水平。但目前成功事例还较少 ,其原因固然很多 ,但由于焦化生产过程的特殊环境 ,使其对三车的准确定位较为困难 ,笔者认为这是三车连锁的根本障碍。如果用传统的接近开关、光电开关来对其定位 ,由于焦化生产的特殊环境 ,可靠性较低 ,且安装工程量、日常维护量较大。目前 ,随着传感器技术 ,尤其是激光测距传感器技术的发展 ,用该传感器来对三车进行测距定位 ,使传统上的浩大工程变得十分简单。本文以 LRFS - 0040 型激光测距传感器为例 ,就激光测距传感器的原理及其在焦化三车连锁系统的应用予以介绍。
1 激光测距传感器
1. 1 测量原理
LRFS - 0040 型激光测距传感器采用相位比较的原理进行测量。激光传感器发射不同频率的可见激光束 ,并接收从被测物返回的散射激光 ,将接收到的激光信号与参考信号进行比较 ,最后用微处理器计算出相应的相位偏移所对应的物体间距离 ,可达到 mm 级测量精度 。
传感器具有串行接口 ,有RS232、RS422 两种规范与计算机通信 ,其传送速率为 2400~38400 bps ,传送的数据内容包括计算机的测量指令、测量输出结果、测量时间、测量单位选择、错误代码、内部温度等。
1. 2 仪器结构
仪器外壳由坚固的、耐腐蚀的铸铝件和前后盖板组成。底板上有 4 个安装孔用于安装和固定传感器的激光测头。为防止传感器光学器件落上灰尘、接触异物或受到机械撞击 ,传感器外壳上固定一个塑料保护套。在传感器的后盖上有一个电缆过孔 ,电缆长度一般为 2 m ,也可根据用户的要求选配 。传感器的防护等级为 IP65 ,可满足焦化厂的生产条件。
2. 1 系统配置
焦化生产是一个以煤炭为原料、以焦炭和煤气为产品的煤化工生产过程。生产工艺的核心设备为焦炉 ,它是进行煤炭化学反应的场所。为焦炉进行原料供应、成品输送的主要设备是推焦车、拦焦车、熄焦车 ,该三车在不同的轨道上运行 ,要求其作业的位置需处于焦炉的同一个炉号上 ,否则 ,不允许作业。采用 3 个 LRFS - 0040 型激光测距传感器 ,分别装在 3 个轨道的端点 ,并将这 3 个激光传感器的信号通过屏蔽双绞线传送到工控机 ,进行生产监视调度 ,更主要的是利用这 3 个信号 ,由工控机对推焦车、拦焦车、熄焦车进行连锁控制。
LRFS - 0040 型激光测距传感器的直接测量距离为 100 m 以内 , 由于三车的移动距离均超过100 m ,可在三车上加装反射板 ,以增加测量距离。反射板由钢板构成 ,表面涂有荧光漆。
2. 2 接口
LRFS - 0040 型传感器提供 RS232、RS422 两种接口规范 ,RS232 传送距离较近 ,一般为 30 m 左右 ,RS422 是一种差分方式 ,在波特率为 9 600 bps的条件下 ,传送距离为 1 200 m。根据现场条件 ,采用 RS422 方式。由于工控机只有 2 个串行口 ,并且其中 1个串行口还要留作它用 ,而 3 个传感器却需要 3 个串行口。为了解决这个矛盾 ,笔者开发了一种串行总线扩展器 ,该扩展器是一个智能系统 ,由嵌入式微控制器和一些外围电路组成 ,来弥补工控机串行总线的不足 ,利用它可节省大量传输电缆。该扩展器的功能 :从工控机接收指令 ,进行译码 ,然后由该扩展器向相应的传感器发送指令 ;从传感器接收测量结果 ,进行编码 ,然后送给工控机 。
3 软件
3. 1 接口协议
LRFS - 0040 型激光测距传感器通过接收主机的命令来完成传感器的参数设置、工作方式设置 ,按照预先设置的测量触发方式来完成距离的测量 ,并向主机发送测量结果。所有的命令和测量结果都用ASC Ⅱ号来传送。主要命令包括 : ID (调用命令菜单) 、DT(开始测量) 、DF (设置测量方式为遥控触发方式) 、DM (设置单一测量方式) 、TP (传感器内部温度) 、ST(设置、显示测量时间) 、SA (设置、显示平均值) 、SF (设置、显示单位系数) 、TD (设置、显示外触发延时和触发电平) 、BR (设置、显示波特率) 、AS(设置、显示上电运行命令) 等。传送这些命令时 ,要用回车符 (0DH) 作为命令的结束标志。例如向传感器发出命令 DT (开始测量) , 则需向微机串口发出16 进制“44540D”数字串。
3. 2 系统软件
由于系统中传感器和计算机之间加有串行总线扩展器 ,计算机和传感器之间并不直接打交道 ,而是计算机向串行总线扩展器发出命令 ,再由总线扩展器向相应的传感器发出命令。在这里给传感器进行编号 ,并且在给串行总线扩展器的命令中加上传感器编号。例如 ,要给1号传感器发出“DT (开始测量) ”命令 ,则要向计算机串口发送字符“01DT”,即16 进制字符串“303144540D”,其中前 8 位数字为“01DT”的 ASC Ⅱ码 ,0DH 回车的 ASC Ⅱ码即为命令结束符。再由总线扩展器向 1 号传感器发出“DT (开始测量) ”命令。
4 结语
激光测距传感器是一种新型的、非接触的距离测量仪器 ,在煤矿、冶金、石化等工矿企业具有广泛的应用前景 ,在施工量、准确度、维护量上的优越性是不言而喻的。由于该传感器的距离输出方式是一种计算机数字信号 ,而焦化三车连锁的算法实现也要靠计算机来实现 ,因此 ,在焦化三车连锁系统中 ,激光测距传感器的应用是非常适宜的。目前 ,它已在峰峰矿务局羊渠河焦化厂获得了成功应用。
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