基于激光測距儀的鋼包精確吊運控制系統研究

徐璐 劉蘇

摘 要：本文利用激光測距儀，根據勾股定理，檢測天車鉤頭與地面鋼包吊耳間的距離（激光測距儀誤差2毫米），利用工業無線終端結合P2P技術，將鋼包吊耳與天車駕駛倉標點的距離數據傳輸給天車的可編程控制器[1]，可編程控制器在收到激光測距儀傳遞的距離數據后，利用勾股定理計算出天車與吊耳的水平距離，以確定大車行進距離。鉤頭每次使用前由可編程控制器設定擺放在固定位置設為“零位”，由于鋼包高度固定，因此，每次吊鋼包時鉤頭下降固定高度，即將鉤頭擺放到鋼包吊耳高度。小車軌道設定機械限位，天車吊包時可編程控制器控制小車移動至機械限位處，正對鋼包吊耳掛鉤。從而實現天車的精確吊運[2]。

關鍵詞：激光測距儀;工業無線終端;P2P技術;可編程控制器

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：

本文以一煉鋼車間現場天車吊運鋼包工作為研究目標，對整個吊運控制過程進行分析。煉鋼車間現場環境熱、臟、亂、視線差，天車操作人員在駕駛倉內很難看清楚地面鋼包吊耳位置，鉤頭擺放時容易發生意外碰撞，一旦發生碰撞事故可能導致鋼包傾覆、鋼水泄漏，引發群死群傷事件，造成巨大的人員傷亡及財產損失。

鑒于以上安全問題，本文介紹研究一種新的針對鋼包的天車精確吊運控制系統。

二、系統原理：

本系統以天車鉤頭為研究對象，天車鉤頭的擺放位置是通過大車橫向移動、小車縱向移動、鉤頭垂直升降三個動作來確定。如何確定天車三個動作的運動距離是實現天車精確吊運的關鍵[3]。

煉鋼車間現場鋼包工位固定、天車駕駛艙在天車上的位置固定、小車及鉤頭停放位置可以通過機械限位、位移編碼器與可編程控制器確定。

首先，在出鋼車工位側與鋼包吊耳處于同一水平線上的設置一臺激光測距儀，且激光測距儀與駕駛艙標點（激光測距儀測量點）連線的垂直投影與天車軌道平行，假設投影距離設為b。

其次，根據現場工作環境，將天車鉤頭起升限位設置在與駕駛艙底面平齊的位置該位置設為“零位”，天車每次工作結束后，由天車可編程控制器自動將鉤頭放置在起升限位位置。由于鋼包位置固定，鉤頭位置可以在每次工作前設定在“零位”，因此鉤頭距離吊耳的垂直距離可以固定，設為h。

再次，由于鋼包工位固定，將天車小車平移限位設置在鋼包吊耳的正上方，天車每次吊包操作前通過可編程控制器自動將小車打到該位置。

天車駕駛倉底面與激光測距儀垂直高度為h，即為鉤頭到鋼包吊耳的垂直距離，當鋼水熔煉結束時由爐前控制系統啟動激光測距儀，激光測距儀測得與駕駛倉標點距離為a，利用勾股定理：

b即為天車與鋼包吊耳的水平距離。

激光測距儀與天車可編程控制器進行數據通信，將激光測距儀測得與駕駛倉距離a，傳輸到可編程控制器。可編程控制器在接到數據a，后計算出天車與鋼包吊耳的水平距離b，給大車行進距離b的指令、給小車行進指令至限位時停止此時鉤頭正好在吊耳正上方、給鉤頭升降距離h的指令。將鉤頭擺放到被吊物體吊耳處，從而實現天車的精確吊運。

三、實驗

本系統采用P2P技術實現數據通信[4]，并且本系統為開環控制系統無需反饋。因此，信號傳輸采用單工通信方式。系統圖示：

LMD301激光測距儀可以在不使用反光板的情況下精確測量目標距離，測量距離0-300m，測量精度2mm，標準測量時間0.5ms，數據串行接口R232，防護等級IP67。

可編程控制器采用西門子S-7 200系列。工業無線通信終端采用DTD433MB_L3，無線傳輸距離1000m左右，由于生產現場噪聲較大實測傳輸距離300米，能夠滿足大型廠房使用需要。

將LMD301激光測距儀安置在出鋼車工位側與鋼包吊耳處于同一水平線上，測距儀通過串行RS232接口與DTD433MB_L3連接，實現天車位置數據通信。DTD433MB_L3與天車對端DTD433MB_L3鏈接通信，對端DTD433MB_L3將接收到的數據信號通過RS232接口傳輸給西門子S7-200可編程控制器，S7-200可編程控制器接收到天車位置信號后，控制天車大車、小車及鉤頭的位移量，將天車鉤頭放置到鋼包吊耳處，實現天車精確吊運。

參考文獻

[1] 高吉祥，數字系統與自動控制系統設計[M]，電子工業出版社，2019，44-115.

[2] 周榆豐.天車吊運系統中運動目標識別與匹配方法研究[D].河北聯合大學，2014.

[3] 張天一.倉庫管理系統的設計與實現[D].電子科技大學，2013.

[4] 張春紅.P2P技術全面解析[M]，人民郵電出版社，2010，22-108.