激光测距技术在斜行提升机定位系统中的应用
激光测距技术在斜行提升机定位系统中的应用
作者:赵震;吴海波
1.斜行提升机项目介绍
笔者所在公司近期承担了— 个斜行提升机研制项目,该提升机主要为运送雷达转台及其控制器用,使转台能与远程控制平台实现自动跟踪。
项目使用条件: (1)室外运行环境。(2)斜行轨道。(3)提升高度约100m。(4)无固定层站,需任意位置停靠。
项目总体需求: (1)在提升机轿厢上安装转台 、 天线及控制器,在远程控制平台设定目标高度,提升机按要求上、 下运行至指定高度。(2)提升机能够反馈实时高度数据给控制平台。(3)提升机运行过 程中实时提供高度数据给转台控制器,由转台控制器控制天线与雷达的同步跟踪。
提升机的关键指标: (1)需提供精确的实时高度数据。(2)保证运行过程中的轿厢水平度。(3)实现与转台和远程控制平台三方之间的数据交换。
2.斜行提升机总体布置方案
提升机的总体布置方案为:上置机房、有齿轮曳引主机、 背包式轿厢、 1:1曳引比、斜行轨道,微机控制 、 V V V F驱动。对千该提升机来说,提供精确的实时高度是实现最终控制的基础和关键。下文主要从提升机轿厢定位的方案选择和具体设计、 验证角度出发,来阐述如何采用合理的方案实现对高度数据的精确要求。
3.斜行提升机定位方案的选择
3.1 方案1 :采用旋转编码器
旋转编码器是— 种光电传感器,利用编码器旋转时光线穿过栅格产生电脉冲信号的斜行提升机总体布置方案原理,输出脉冲信号给控制系统,再由控制系统根据脉冲数换算成距离,是电梯上常用的— 种轿厢测距与定位方式。旋转编码器一般安装在电动机轴上,不能直接反映轿厢的位置,属千间接测量。由于本提升机无固定层站,且要求在100m的行程中的任意位置停靠,因编码器打滑、 钢丝绳打滑与伸长等客观因素的存在,导致系统累计误差的产生,影响系统精度。
3.2 方案2 : 采用拉线式传感器
拉线式传感器,—侧可与轿厢直接连接,另 一 侧固定于井道端部。通过钢丝线的拉伸带动传感器旋转,将轿厢的位移转变为模拟信号输出给控制系统,从而测得轿厢的高度。这种方案可以直接反映轿厢位置,解决间接测量带来的累计误差。由于本提升机为斜行轨道,在远距离状态下,钢丝线存在张紧度问题,加上室外环境下风等因素的影响,导致钢丝线张紧困难,影响数据可靠性。
3.3 方案3 : 选用激光测距传感器
激光测距根据光在空气中的传播速度c, 利用光在发射后遇到障碍物反射回来的时间t, 计算发射点到障碍物的实际距离D=CT/2根据测量时间方法的不同,激光测距通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。相位式激光测距是利用固定频率的高频正弦波连续调制激光源的发光强度,并测定调制激光往返—次所产生的相位延迟,通过相位延迟计算测量的距离。若测得2 TT的整数倍m和小数倍Lim,就能准确地得出待测量距离D, 入被称为激光测距中的“光尺”。由于相位测相技术只能测出不足2TT的相位尾数A中,不能确定出相位的整周期数m, 解决的方法是同时使用不同的几把 “光尺"。“粗尺“保证测程,“精尺” 保证精度。这种方法测量精度高,通常达mm量级。
激光测距属于直接测量、 无线连接方式,相对较好地解决了间接测量的累计误差和有线连接的张紧问题。当然,激光测距也受恶劣天气的影响,如雨雪 、 大雾等天气,考虑本提升机在实际应用中并不会在这些恶劣天气下进行,因此,最终采用了激光测距的定位方案。
4.斜行提升机定位方案的设计与验证
激光测距布置方案为:在井道顶部(塔顶)安装激光测距仪,在轿厢上的对应位置安装反射板。由千存在系统安装的偏差,激光测距仪不能与斜行轨道保持完全平行,但应确保轿厢在行程的最低点(塔底)时,激光反射点仍能位于反射板上。
4. 1 数据通讯
采用的激光测距仪标准配置为1路RS232和1路RS422通讯口。由于RS232通讯距离短,为增加系统抗干扰能力选用RS422通讯口;提升机控制器标准配置RS485口,需通过RS422/485转接模块,实现二者之间的数据连接如采用标准配置RS485口的激光测距仪,则可以省略其中的转换模块。
激光测距仪可工作千受控模式和自动模式。受控模式根据提升机发出的命令反馈相应的数据;自动模式下激光测距仪能在上电自检后主动发出数据。为保证数据的及时性和准确性,采用自动模式连续测量方式。
本系统的数据指令格式为sNa+d< trm > , 其中N代表地址,单个传感器时为0, a为命令,d为数据, < trm >为命令终止符。系统应用前,设置好提升机控制器与激光测距仪之间的通讯参数,指令格式为sObr+y< trm >, 选择y= l, 即为9600波特率,8位数据,N校验。设为自动工作模式,指令格式为sOA+x< trm > , A为自动模式,x为采样时间,单位为!Oms, 设0为最快采样频率,本机最快采样频率为25Hz, 即0.04s采样— 次。选择连续测量方式,指令格式为sOm+C< trm > , C=O为单次测量,C=l为连续测量,选择l。系统反馈测距指令为gOg+x< trm >; x 为测量距离,单位为0.1mm。
完成连机和通讯后,激光测距仪会在系统上电后主动向提升机控制器发送高度数据,控制系统通过上述测量与计算模型,即可获得轿厢的实际高度,由此实现了提升机轿厢的高度定位。
在正常运行过程中,控制系统通过比较目标设定值与轿厢实际高度数据,判定提升机的运行方向,通过不断比较二者的差值,控制提升机的加速、 减速和停车。
在端站分别设计减速 、 限位和极限开关作为终端越程保护,并在系统调试阶段将这些开关动作的位置对应的高度值,采用上述方法测得后保存在控制系统中,与实物开关结合起来,共同起到安全保护的作用。
4.2系统验证
为了校验提升机高度数据的准确性,在实施过程中,通过经纬仪,结合多点测量的方法可进行高度数据的校验。系统整体误差在—15m m - 0之间。误差分析: (1)校验测量零位点与测距系统零位点之间的距离测量; (2)反射板上反射点的位移; (3)定位仪安装角度的确定,(4)提升机停车时的精度控制。这些因素会对测量数据产生— 定影响。由于系统误差均为负偏差,因此可在控制系统内开放— 个修正参数,用于修正该误差,使最终显示的高度数据误差控制在士5mm以内。
5.应用拓展前景
本项目因其自身的特殊性,采用了激光测距仪来满足系统定位需求,并通过验证测量达到了良好的使用目的。本方案虽然只应用于斜行提升机,但基于激光测距的定位原理同样可以在电梯上尝试。由于目前激光测距设备的成本较高,因而没有得到推广。激光测距可以有效防止系统累计误差的产生,直接给出高度数据而不用换算,断电 、 上电无需位置校正等,这些优点是传统定位手段无法达到的。随着电子技术的飞速发展,激光测距也一 定会在电梯行业有着更广泛的应用前景。
本文章转自爱学术(aixueshu.com),如有侵权,请联系删除