基于激光测距仪的钢包精确吊运控制系统研究

徐璐 刘苏

摘 要：本文利用激光测距仪，根据勾股定理，检测天车钩头与地面钢包吊耳间的距离（激光测距仪误差2毫米），利用工业无线终端结合P2P技术，将钢包吊耳与天车驾驶仓标点的距离数据传输给天车的可编程控制器[1]，可编程控制器在收到激光测距仪传递的距离数据后，利用勾股定理计算出天车与吊耳的水平距离，以确定大车行进距离。钩头每次使用前由可编程控制器设定摆放在固定位置设为“零位”，由于钢包高度固定，因此，每次吊钢包时钩头下降固定高度，即将钩头摆放到钢包吊耳高度。小车轨道设定机械限位，天车吊包时可编程控制器控制小车移动至机械限位处，正对钢包吊耳挂钩。从而实现天车的精确吊运[2]。

关键词：激光测距仪;工业无线终端;P2P技术;可编程控制器

Abstract：This paper uses laser rangefinder，according to the Pythagorean theorem，to detect the distance between the crane's hook head and the ground steel bag hanging ear（laser rangefinder error of 2 mm），and uses industrial wireless terminal combined with P2P technology. Transmission of the distance data between the steel bag hanging ear and the car's driving position to the programmable controller of the car[ After receiving the distance data transmitted by the laser rangefinder，the programmable controller uses the Pythagorean theorem to calculate the horizontal distance between the car and the hanging ear to determine the distance from which the car travels. The hook head is set to be placed in a "zero position" by the programmable controller before each use. Due to the fixed height of the steel bag，the hook head drops to a fixed height each time the steel bag is lifted，that is，the hook head is placed at the height of the steel bag. The car track is set to a mechanical limit，and the programmable controller controls the car to move to a mechanical limit when the car is hoisting，and is hooking the steel bag hoist. In order to achieve the exact lifting of the car.

KEYWORD：Laser rangefinder，Industrial wireless terminals，Peer to peer technology，Programmable controller

一、引言：

本文以一炼钢车間现场天车吊运钢包工作为研究目标，对整个吊运控制过程进行分析。炼钢车间现场环境热、脏、乱、视线差，天车操作人员在驾驶仓内很难看清楚地面钢包吊耳位置，钩头摆放时容易发生意外碰撞，一旦发生碰撞事故可能导致钢包倾覆、钢水泄漏，引发群死群伤事件，造成巨大的人员伤亡及财产损失。

鉴于以上安全问题，本文介绍研究一种新的针对钢包的天车精确吊运控制系统。

二、系统原理：

本系统以天车钩头为研究对象，天车钩头的摆放位置是通过大车横向移动、小车纵向移动、钩头垂直升降三个动作来确定。如何确定天车三个动作的运动距离是实现天车精确吊运的关键[3]。

炼钢车间现场钢包工位固定、天车驾驶舱在天车上的位置固定、小车及钩头停放位置可以通过机械限位、位移编码器与可编程控制器确定。

首先，在出钢车工位侧与钢包吊耳处于同一水平线上的设置一台激光测距仪，且激光测距仪与驾驶舱标点（激光测距仪测量点）连线的垂直投影与天车轨道平行，假设投影距离设为b。

其次，根据现场工作环境，将天车钩头起升限位设置在与驾驶舱底面平齐的位置该位置设为“零位”，天车每次工作结束后，由天车可编程控制器自动将钩头放置在起升限位位置。由于钢包位置固定，钩头位置可以在每次工作前设定在“零位”，因此钩头距离吊耳的垂直距离可以固定，设为h。

再次，由于钢包工位固定，将天车小车平移限位设置在钢包吊耳的正上方，天车每次吊包操作前通过可编程控制器自动将小车打到该位置。

天车驾驶仓底面与激光测距仪垂直高度为h，即为钩头到钢包吊耳的垂直距离，当钢水熔炼结束时由炉前控制系统启动激光测距仪，激光测距仪测得与驾驶仓标点距离为a，利用勾股定理：

b即为天车与钢包吊耳的水平距离。

激光测距仪与天车可编程控制器进行数据通信，将激光测距仪测得与驾驶仓距离a，传输到可编程控制器。可编程控制器在接到数据a，后计算出天车与钢包吊耳的水平距离b，给大车行进距离b的指令、给小车行进指令至限位时停止此时钩头正好在吊耳正上方、给钩头升降距离h的指令。将钩头摆放到被吊物体吊耳处，从而实现天车的精确吊运。

三、实验

本系统采用P2P技术实现数据通信[4]，并且本系统为开环控制系统无需反馈。因此，信号传输采用单工通信方式。系统图示：

LMD301激光测距仪可以在不使用反光板的情况下精确测量目标距离，测量距离0-300m，测量精度2mm，标准测量时间0.5ms，数据串行接口R232，防护等级IP67。

可编程控制器采用西门子S-7 200系列。工业无线通信终端采用DTD433MB_L3，无线传输距离1000m左右，由于生产现场噪声较大实测传输距离300米，能够满足大型厂房使用需要。

将LMD301激光测距仪安置在出钢车工位侧与钢包吊耳处于同一水平线上，测距仪通过串行RS232接口与DTD433MB_L3连接，实现天车位置数据通信。DTD433MB_L3与天车对端DTD433MB_L3链接通信，对端DTD433MB_L3将接收到的数据信号通过RS232接口传输给西门子S7-200可编程控制器，S7-200可编程控制器接收到天车位置信号后，控制天车大车、小车及钩头的位移量，将天车钩头放置到钢包吊耳处，实现天车精确吊运。

参考文献

[1] 高吉祥，数字系统与自动控制系统设计[M]，电子工业出版社，2019，44-115.

[2] 周榆丰.天车吊运系统中运动目标识别与匹配方法研究[D].河北联合大学，2014.

[3] 张天一.仓库管理系统的设计与实现[D].电子科技大学，2013.

[4] 张春红.P2P技术全面解析[M]，人民邮电出版社，2010，22-108.