激光测距传感器在管坯运输链上的应用
激光测距传感器在管坯运输链上的应用
作者:王奇;张凯
1 前言
DLS 激光测距传感器以其操作维护简便、精度高、效率高的特点越来越受到冶金行业的关注。DIMETIX公司的DLS 激光测距传感器适用于多种不同的工业自动化环境。
本文以天津钢管集团460 大型钢管厂的装有DLS 激光测距传感器的管坯运输链为例,探讨一下该传感器的应用情况。
2 DLS激光测距传感器的原理
21.概述
DIMETIX公司致力于为各种需要多用途测距传感器、激光传感器的行业提供设备。基于徕卡测量系统许可使用的 DISTO 技术,DIMETIX开发的激光测距设备特别适用于工业环境。
DLS- D激光测距传感器是新一代的测距设备,功能强大、坚固耐用,专为工业测量市场设计。该设备拥有许多卓越的性能.是一种当前最为先进的经济型在线位置检测系统,具有惊人的测试精度和极高的稳定性。由于是通过发射激光束至目标物体,利用反射光束精确计算距离,因此在不加反射靶的情况下,也可达到很远的检测距离,而且对目标物体的尺寸面积比超声波要求的面积小得多,使得对远距离的小尺寸物体位置检测成为可能。可广泛应用于工业液位、料位、生产线料坯传送定位,行吊XY定位,大型工件装配定位;超大物体几何计量,光散射试验,超声波特性试验,军事枪械校正,靶距自动控制,船舶安全靠距,集装箱定位等领域。由于是在线式连续检测,免去了像手持激光测距仪的人工点发,可无人值守连续监测,其位置数据还可传送到远程监控终端,是工业自动化和生产智能管理的理想仪器。
2.2激光测距工作原理
激光测距的工作原理并不复杂,原理如图 1 所示。激光传感器工作时,先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器,被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器,因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间,即可测定目标距离。传输时间激光传感器必须极其精确地测定传输时间,因为光速太快。
3 在管坯运输链上的具体应用
天车将管坯库内的连铸钢坯放置在上料台架内,管坯经拨料叉送到上料辊道运到管坯称重装置进行称重测量。称重后的坯子经过管坯传输链运往锯前分配小车(在传输链末端安装有一对激光测距传感器 DLS- D,测量来料的长度,测长后的数据经PLC传输到管坯锯进行优化切割,)。锯前分配小车的作用是给三台坯锯供应坯料。锯切后的坯子经锯后分配小车运到传输辊道(在传输辊道上有一称重装置进行锯后称重)。随后坯子经传输辊道被运到冷定心机组进行钻孔。钻孔后的坯子再经炉前横移台架及链式提升机运到6 米平台上,这时的坯料根据工艺要求运往预热炉或是环形炉。
3.1主要特性参数
测量精度遵循按ISO修订条例ISO/R1938-1971标准,置信度为95%(标准精度指的是平均条件下,跟踪模式的测量结果。类似以下非良好条件,可能会出现最大的测量误差:高反射物表(如反射镜片)临界温度下的操作,未适应环境温度高亮环境,强热闪光。32.连接与设置
在进行DLS- D设置前,需要先启动它并将其连接到PC机上。下图2 所示说明了必需的连接。在PC机上,可以利用终端程序与仪器进行通讯。3.3数据传输模式
如图3 所示为DLS- D传感器与 PLC的数据传输图。模拟模式不需要主机控制。仪器启动时,模拟和数字输出设置将作如下更新。如果接收到串口指令,仪器会自动切换到串口模式下。
3.3.1 模拟输出
模拟输出有两种工作方式,一种为 0~20mA,另一种为4~20mA。以下为模拟输出的计算公式:
Aout:模拟电流输出 DIST:实测距离 Dmin:已设置的最小距离
Dmax:已设置的最大距离
3.3.2 数字输出
DLS- D包括三个数字输出。两个可供编程控制,另一个用于发送设备错误状态信号。
34.激光测距系统与PLC 相结合
激光测距主要由西门子 S7- 300PLC 控制器,S7- 400PLC 控制器,DP—DPCoupler模块组成,进行数据信号的交换。如同4 所示:
3.4.1 硬件组态原理
PLC系统由中央处理单元(CPU416—2DP)、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、DP—DP Coupler 模块、 ET200 站(ET200M)等组成。激光测长测量的数据首先传输到ET200 站中模拟量输入模块中,ET200 站接受到信号后,经过 PLC系统采集及处理后,通过 Profibus—DP 网络将测量坯料的长度等数据传输给管坯锯,进而实现锯机的优化切割。
3.4.2 控制原理
管坯激光测长(DLS- A30)安装在运输链尾部两端,对称排列两台测长系统。为得到坯料长度的准确数值,首先测量两台对称激光测长系统准确的实际长度值L(总)=17.12102M。当坯料在运输链上行驶至链尾静止后(运输链尾部装有3 个检测金属的传感器元件,只有传感器同时检测到物体时 PLC中的程序块才能满足运输链停止的条件。除此之外还能确保测量时的坯料在运输链上与测长装置在一条水平线上,避免坯料歪斜造成的误差值)两台激光测长装置的红外线光束分别打到坯料两端的端面后,测得坯料到测长装置的实际距离L1 和 L2用两台激光测长总距离减去每台激光到坯料的距离即为实际的坯料长度。L=L(总)- L1- L2 ,公式中L代表测量坯料的长度,L(总)代表两台激光测长的长度,L1 代表激光测长 1 到坯料端面的长度, L2 代表激光测长2 到坯料端面的长度)注:长度计算测量方法通过程序块中的数学运算指令即可实现完成。测量后的实际坯料长度数值通过设备上安装的传感器得电与否进行数值的置为与复位,当锯机发出要料信号的同时,坯料的长度通过DP—DPCoupler模块传输到管坯锯机上,锯机根据得到的坯料长度进行倍数计算后,得出单倍锯切坯料的长度后进行锯切,从而达到锯机优化切割的目的。方式(例如:vPN、专线、无线网关等),通过三层交换机和防火墙接入到内网。外部接入区不是一个网络区域,而只是把各种接入方式画到了一起。
2)外网:为公共接入而设置的一个专用网络。外网是极不安全区域,所以在此处设置防火墙、入侵检测、漏洞检测服务器和防病毒服务器,防止恶意攻击和入侵、病毒传播。
3)数据交换区:含有两个网络区域:内网区和外网区。内网区和外网区由网闸隔离。在内网区和外网区分别安装内、外数据交换服务器。这些服务器都采用双网卡设置,一块网卡接内(外)网,另一块接网闸,这种配置保证了内外网数据交换服务器成为内外网之间传输的唯一通道。数据交换区是接入系统最主要区域,所以在此处设置系统监控服务器、认证授权服务器、审计服务器,防止信息泄漏或丢失、破坏数据完整性和非授权访问。
4)内网:为国税信息网,由多个业务服务器、数据库、工作站组成,包含大量机密文件和业务数据,必须保证绝对可靠的安全性和保密性。
4 结语
随着冶金行业自动化程度越来越高,激光测距技术和PLC控制的结合,不仅有效地提高了检测速度、效率,而且解决了计数与定位的精度与可靠性问题。从而大大提高了生产效率。为冶金企业实现了价值的最大化。
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