基于激光测距和无线IO站的布料系统

李晨

摘 要：本文主要阐述通过在国内某铁矿磨矿仓的布料小车上安装激光测距仪，实时监测小车的位置，并且在上位机上显示，同时在每个料仓下料口处安装接近开关，主要用于对小车行驶位置的校准；其电气控制回路安装在小车本体上，供电采用固定的滑触线，没有可移动的滑缆，给布料小车的远程控制带来很大的困难，通过现场考察与讨论，决定通过安装无线IO站的方式，通过对射网络进行数据传输，对其进行远程控制，通过具体的实验，验证了此方法的可行性和准确性，本文将就此应用做详细的说明。

关键词：激光测距；无线IO；远程控制

激光测距仪是通过发射出的激光，照射到物体后形成反射，通过接收反射光，结合计算反射的时间，得出物体与激光测距仪的距离。

一、系统介绍

国内某铁矿的布料小车位于选矿厂上料系统的最末端，主要作用是将原矿通过小车均匀的对料仓进行布料，小车平台在磨矿仓厂房的最顶端，共有5个料仓，分别为1-5号，其中1号、2号和3号的一半为选矿厂一系列自磨机系统给料，4号、5号和3号的另一半为选矿厂二系列自磨机系统给料，3号仓作为两个系列共用的料仓。

小车布料是否均匀直接影响后续的工艺流程，小车的控制方式采用的是现场手动操作，其操作箱和控制回路安装在本体上，操作很不方便，并且上位机不能实时看到小车的位置，给生产带来很大的不便，同时现场环境较差，给操作人员的身体带来伤害，根据现场的实际情况，并结合其他矿山对小车的控制方式，制定了切合实际的控制方案，主要是通过安装激光测距仪，来显示小车具体的实时位置；安装接近开关，对下料位置进行校准，通过安装无线IO站，实现对小车的远程控制。通过硬件安装、软件调试相结合，最终实现布料小车远程控制，实现无人值守。

二、布料小车位置检测方案

小车位置的检测是实现远程控制的关键，通过几年来别的矿山对布料小车的控制经验，针对实际的应用效果，并结合中关铁矿实际的现场环境，主要提出了三种控制方案，并针对每种控制方案的可行性进行了深入的研究，三种方案主要为：

1.编码器+接近开关的方式

通过在小车电机的轴上安装编码器，通过电机旋转带动编码器转动，编码器通过内部换算，将实际的行驶具体转化为电信号，通过以太网或DP通讯方式采集到后台PLC系统中，并且在每个下料口处安装接近开关，辅助编码器，共同完成小车的定位。

2.RFID射频卡+接近开关的方式

随着射频技术的应用越来越广泛，计划采用安装射频卡的方式检测小车位置，在每个下料口安装卡片，在小车本体上安装RFID发射装置，通过小车移动到每个料仓时，检测到每个卡片，卡片中写有料仓号等信息，通过DP通讯方式采集到后台PLC中，进行后期的处理和使用。

3.激光测距仪+接近开关的方式

通过在小车的两侧，各安装一个激光测距仪，发射装置安装在小车两侧的墙上，激光反射板安装在小车中间最高的位置，减少粉尘对其测量的影响，激光测距的数据通过4-20ma的信号传输到后台PLC中，通过处理进行位置显示。

通过对上述三种检测方式的分析，各有优缺点：

编码器的测量方式优点是测量准确，精度高，能够随小车移动实时测量距离，缺点是传输通讯线需要随小车移动，同时在轴上安装受机械的影响较大，小车没有移动的滑触线，实现数据传输比较困难；所以这种方式不能满足现场的要求。

RFID的测量方式采用的是非接触的测量方法，感应距离和小车的移动速度对其有很大的影响，首先小车在行驶过程中会有晃动，造成测量距离的不稳定，其次，小车的移动速度大概3m/s，可能会存在速度太快感应不到的情况发生，导致测量不准确，然后，RFID测量只是在每个料仓下料口有测量点，不能实时监测小车位置，所以这种测量方式不太适合现场的环境和要求。

激光测距仪的测量方式是在小车两侧的墙上安装激光测距发射装置，小车上只安装一块反射板，这就减少了小车本体对测量的影响，同时测量信号4-20ma信号通过硬线直接接入PLC系统，不受滑触线的限制，这种测量方式还可以实时显示小车位置，满足现场看需要。

通过对这三种方式的讨论和验证，同时结合其它矿山的应用经验，最终决定采用激光测距仪+接近开关的方式来检测小车的位置。

三、 小车控制方案确定

1.在布料小车旁边的墙上安装滑触线，将小车的电源线由原来的固定滑触线改为可移动的外部电气柜供电，同时将所有的控制电缆通过这个滑触线铺设到小车本体控制箱，最终实现小车的控制过程。

2.通过在小车本体和外部电气柜安装无线IO站，通过对射网络，将小车反馈点进行采集和控制点进行输出，这样不用有太大的改动，还能实现需要的功能。

通过对两种方案的比较，首先第一种方式墙上安装滑触线没有操作空间，现场由于管道限制，没有安装地点，同时这种控制线通过滑触线的方式对电缆的要求很高，会有更多的故障点，同时带来很大的后期维护量。而无线IO站的方式，现场不需要多少改动，只需要将小车控制箱的电气回路进行稍微的改动，加入远程控制信号接入点，就可以实现远程控制，同时无线的通讯方式适应时代的发展，所以最终决定通过添加无线IO站的方式来进行小车控制。

四、 系统配置

1.硬件配置

在小车东、西两侧各安装一个激光测距仪发射装置，在小车最高处安装一块共用的反射板，为测量的准确性，反射板尽量要大一些；在每个下料口和两侧极限位置安装接近开关，现场共有九个下料口，接近开关的信号线直接接入控制系统；在小车本体和外部控制柜各安装一个4输入、4输出的无线IO站，一个发射站，一个接收站，工作原理为发射站的输入端接收PLC系统的控制信号，通过对射网络，在接收站的输出端进行输出，将信号接入电气控制回路，小车的反馈信号通过接收端的输入接入，通过对射网络，发射端的输出端接收，同时将信号反饋到PLC控制系统。

2.软件系统配置

首先确定每个下料口对应的激光测距仪的米数，整个料仓的距离是0-42.7米，0米和42.7米是小车在两侧的极限位置，记录两个激光测距仪对应的每个下料口的米数，如下：其次，确定控制方式，远程主要包括点动和自动两种控制方式，点动方式即在上位机中点击左行和右行，来控制小车的点动行驶，通过激光测距仪数据观察并结合摄像头图像确定到达目标仓位后，点击停止按钮，使小车停在指定的下料口。

自动控制方式即直接点击目标仓位号，由程序自动判断当前小车位置、小车行走的方向，然后自动行驶直到到达目标仓位后自动停止，没有过多的人为因素参与其中，达到小车远程无人值守的控制要求。

五、结语

该小车的控制方案经过了详细的方案制定、讨论、应用阶段，确保了在满足现场工艺和控制要求的前提下，充分利用先进的控制理念和控制思想，提高了自动化控制水平，自动化程度更高，成本更低，节省了大量的人力物力，提高了工作效率，该系统经过现场是实际应用，比较稳定，数据传输较快，具有较高的推广性。

参考文献：

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