激光测距仪在矿仓卸料车定位中的应用
激光测距仪在矿仓卸料车定位中的应用
作者:陈永宽;褚凡;骆志恩
矿仓卸料车的自动控制技术一直以来被人们 所应用,是通过料仓料位、卸料车水平位置及卸料 车运行方向的检测,利用PLC来实现卸料车的正反向行走,实现卸料车的低仓位优先布料以及各 仓之间的均匀布料。其中料仓料位采用雷达物位计,该物位计抗粉尘能力强、精度较高,被认为是 成熟可靠的产品,能够满足现场布料的需要。但是,由于现场粉尘严重,作业环境非常恶劣,卸料车位置检测设备成为制约卸料车自动控制的关键。因此,迫切需要通过激光测距仪高可靠性、高精度的卸料车位置检测技术来实现卸料车的自动布料。新技术的成功应用,能够为选矿厂破碎仓、筛分仓、磨矿仓等卸料车实现自动控制,做到矿仓料位的稳定及配矿的均匀,从而降低劳动强度,改善工作环境,提高生产效率。
1检测卸料车位置的几种方法
最早检测卸料车位置的传感器一般是接近开 关或者光电开关,稳定性较差且寿命有限,卸料车 自动控制系统往往因为传感器维护量大而无法长 期运行。随着科技进步,卸料车位置检测设备也 迅速发展。检测卸料车位置使用的设备及方法 有:旋转编码器加参考点限位开关检测、格雷母 线、激光测距仪等。
1.1限位开关检测
在每个矿仓卸料口处的胶带机架体上安装限 位开关,当卸料车车轮接触限位开关时,开关的接 点闭合,利用其提供的开关量信号以及电机的旋 转方向,可以判断卸料车的位置区间。这种方法 虽然不受现场粉尘影响,但仅能检测卸料车的区 间,需要限位开关的数量多,且限位开关与卸料小 车接触,维护量大,因此,这种方法并没有得到很 好的应用。
12对射式光电开关检测
对射式光电开关包含了在结构上相互分离且 光轴相对的发射器和接收器,发射器发出的光线 直接进入接收器,当被检测物体经过发射器和接 收器之间且阻断光线时,光电开关就产生了开关 信号。因此可以把对射式光电开关固定在矿仓卸 料口,当卸料车通过卸料口时,光电开关产生开关 量信号,PLC利用其信号判断卸料车位置区间。 与限位开关相比较,其优勢在于光电开关是非接 触设备,而其缺点是抗粉尘能力差,发射器表面需 要定期清洁,维护量也很大,因此,只得到少量应 用。
1.3旋转编码器加参考点限位开关检测
通过固定在卸料车减速机上的增量式旋转编 码器转动时产生的脉冲输出信号测量转速,不仅 可以检测卸料车的位置,还可以判断旋转的方向。 但是,断电复位之后的位置没有记忆功能,需要设 置若干个位置参考点进行位置检验。卸料车每经 过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位 置。与前两种方法相比较,其优势在于能够准确 知道卸料车的位置而不是区间概念,缺点是安装 在减速机上,振动较大,故障率高,且卸料车打滑 时,测量误差较大。另外编码器随车移动,信号只 能用无线通信方式或者拖缆与PLC进行传输,施工复杂,且费用较高,目前应用范围不广。
1.4格雷母线检测
格雷母线检测卸料车的具体位置,由两部分 内容构成,一是安装在卸料车通廊墙壁上的格雷 母线及地面站(地址检测单元、通信转换单元等), 一是安装在卸料车上的车载站(包含地址编码站 及天线箱)。
格雷母线利用电磁感应原理以相互靠近的固 定在卸料车通廊墙壁上扁平状的电缆和卸料车上 车载天线箱之间的电磁耦合来进行通信,并且在 通信的同时检测天线箱在格雷母线长度方向上的 位置。格雷母线由一对基准线(R线)和多对地址 线(G线)按格雷码规律编排构成。地址线每隔一 定步长交叉一次,构成格雷码规律编排的感应环 线,基准线在整段格雷母线中不交叉。格雷母线 检测卸料车位置原理如图1所示,以一对地址线 和一对基准线组成的格雷母线加以说明。
利用最简单的单匝线圈的感应原理,当天线 箱线圈中通入交变电流时,在天线箱附近会产生 交变磁场。格雷母线近似处在一个交变的、均匀 分布的磁场中,每对格雷母线芯线会产生感应电 动势。发射单元地址信号通过电磁耦合方式传送 到格雷母线的感应环线上。地址检测单元对接收 到的信号进行相位比较。交叉线的信号相位与平 行线的信号相位相同,地址为“0”;交叉线的信号 相位与平行线的信号相位相反,地址为“1”,这样 感应的地址信息是格雷码排列,永不重复,由此确 定移动站在格雷母线长度方向上的位置。
与旋转编码器相比较,格雷母线检测精度高, 误差不超过5 mm,且为非接触工作方式,不怕抖 动,无滑脱和磨损等故障,使用寿命长。缺点是有 部分设备固定在车上,随车移动,信号只能用无线 通信方式或者拖缆进行传输,电源施工复杂,价格昂贵。
1.5激光测距仪检测
激光测距仪作为非接触式的测量仪器,已被 广泛使用于精密测量及自动控制等领域。目前应 用较广的激光测距仪主要为脉冲式和相位式。其中,相位式激光测距仪以其精度高、功率小的特 点,得到了广泛应用。
相位式激光测距仪,是利用固定频率的高频 正弦信号,连续调制激光源的发光强度并测定调 制激光往返一次所产生的相位延迟。通过相位延 迟计算测量的距离。相位式测距仪的测距 性能主要取决于激光调制的频率以及相位检测精度。激光调制频率越高,相位检测精度越高,对应 测距精度便越高。
与格雷母线相比较,激光测距仪检测具有精 度高(误差2 mm)、安装方便、投资低,不需要车载 部件等优点,缺点是存在激光束被物体阻挡时测 量不准的情况。另外激光束等级为2级,对人体 健康,特别是眼睛有影响。激光测距仪检测方法 目前代表了卸料车自动控制的发展方向。
2问题的提出
尽管激光测距仪在测量移动卸料车位置时, 可以保持很高的测量精度和可靠性,但在现场实 际使用时,还存在一些不足,主要表现为:
(1)在测量距离大、反射表面较差的物体时会 产生较大误差;
(2)在测量光路上有物体阻挡(电动葫芦吊设 备)时,客产生错误结果;
(3)在粉尘大的环境中,测量精度受测量距离 和粉尘的影响。
3解决思路及实现方法
针对激光测距仪在实际应用中存在的问题, 通过现场试验,可以通过加装硬件设备和数据软 件处理相结合的方式来解决。在卸料车通廊的两 侧面墙壁上各安装1台激光测距仪,在卸料车上安装2块反射板,利用2个测量数据的分析、判 断,最终得到卸料车准确位置。安装反射板可以 解决反射表面差的问题,安装2台激光测距仪和 数据软件处理,可以解决激光束被物体阻挡而测 量不准确的问题。2台激光测距仪测量所得的DC 4 -20 mA信 号,经过PLC系统A/D转换、采集、线性化之后成 为实际对应卸料车位置的物理量。经过现场多次对激光束的人为干扰,程序能 自动定位卸料车的准确位置,并能在3个有效数 据之间实现自动切换。
4应用实例
2台激光测距仪用于测量卸料车的位置,已在 首钢水厂选矿厂、邯邢矿山管理局李楼铁矿选厂 投入使用,配合视频监控系统,真正实现了现场卸料的无人值守。另外,该新方案在蒙古山金哈拉特乌拉铁锌矿磨矿仓卸料车自动控制中得以应用,且得到业主及控制系统集成商的认可。
5结论
通过2台激光测距仪,能够准确测量卸料车 的水平距离,配合雷达物位计对矿仓料位的测量 及PLC控制系统,能够实现卸料车的均匀布料及 定点布料,实现料仓料位的稳定。
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