激光测距在小车定位中的应用
激光测距在小车定位中的应用
薛淮中 徐朝辉
1前言
小车是工矿企业生产现场常用的运输设备,有些小车在运行线路上有多个停车定位点。传统的位置检测仪器是接近开关,故障率高,维护成本高。采用激光测距仪取代接近开关,具有许多优点,故障率低,为企业带来效益。重钢热轧薄板厂卷取区域小车采用激光测距仪取代接近开关,取得良好效果。
2 现状描述
重庆钢铁股份有限公司热轧薄板厂有三台取卷机,每台卷取机配有一台卸卷小车和一台运卷小车。卸卷小车的任务是将钢卷从卷取机卷筒上卸下来,运送到打捆台上,运卷小车是将打捆后的钢卷从打捆台上运送至快链上。
2.1 接近开关应用情况
小车是采用的接近开关定位方式,卸卷小车有4 只接近开关,运卷小车有 5 只,整个卷取运输区六台小车共计有 27 只接近开关。接近开关受自身工作方式和现场环境因素影响,故障率高。有时信号误动作发生掉卷,砸坏其他设备或设施,造成次生事故。
2.2 接近开关定位方式存在的问题
2.2.1 因小车在行走时有晃动,容易撞坏接近开关或感应块。
2.2.2 因打包带掉落,容易干扰接近开关,产生误动作。 2.2.3 现场接近开关安装点位多,用量大,故障率高。 2.2.4 现场卷取机组的冷却水冲淋接近开关和线缆,设备老化快。
2.2.5 处理故障需钳工、焊工、自动化等专业人员配合,现场场地狭窄,工作效率低。
2.2.6 遇到更换小车或轨道,所有感应块要重新安装,所有信号要重新调试,耗时长。
3 采用激光测距定位
重钢热轧薄板厂卷取区域小车定位系统改造目标为:定位精度满足生产工艺要求;增强定位系统稳定性;减少事故时间;减少调试时间;减少维护人员工作量。
3.1 用激光测距仪取代接近开关
采用激光测距定位,一台小车只需要一台激光测距仪,整个卷取和运输区域用 6 台取代 27 个接近开关。一台卷取机组两台小车现场定位的示意图如图1。
3.2 激光测距仪选型
小车运行速度有两档,I 档为 0.10m/s,II 档为0.25 m/s。小车定位精度工艺要求为≤0.030m。
选择激光测距仪,以测量精度、测量频率为主要指标。从经济实用角度考虑,选择测量精度为0.001m,测量频率为 10Hz 的激光测距仪。在 II 档速度时,定位精度误差为 0.025m,可满足生产工艺和现场设备控制要求。
3.3 控制系统结构和程序修改
3.3.1 控制系统结构:卸卷小车控制器是西门子TDC,运卷小车控制器是西门子 PLC S7-400 。接近开关信号通过数字量输入(DI)模板进入远程 I/O站,激光测距信号是选用 4-20mA 电流信号,通过模拟量输入(AI)模板进入 远程 I/O 站。如图 3 所示。
3.3.2 控制程序修改:在控制程序中,先将从 AI 模板读到的数据转换为距离数值,再根据现场定位要求,产生激光定位脉冲信号,以脉冲信号替换原程序中的接近开关信号,其余程序控制逻辑不变。
3.3.3 画面显示:每台卸卷小车有 4 个定位:接卷减速位、停止位,运卷减速位、停止位。每台运卷小车有 5 个定位:接卷减速位、停止位,中间等待位,运卷减速位、停止位。在卷取操作台 HMI 画面上,每个定位信号都有指示。
激光定位系统投入运行后,画面上增加了激光测距或接近开关的选择功能和激光测距数据。HMI画面程序不需要修改。卷取区域 HMI 画面见图 6,包含 3 台卸卷小车的定位指标。运输区域 HMI 画面见图 7,包含 3 台运卷小车的定位指标。
3.4 现场安装与调试
3.4.1 现场安装要点:现场安装激光测距仪,要注意保证激光光线水平,且与小车轨道方向平行。
运卷小车本体端面的左侧可作为激光靶。而卸卷小车由于和运卷小车同轨,可在其右侧加装一块“激光靶”。为了避免卷取机组冷却水飞溅影响卸卷小车的激光测量,需要将卸卷小车“激光靶”向快链方面延伸。卸卷小车的“激光靶”和延伸段的长度,参数要固定,在更换卸卷小后不用调整参数。 “激光靶”的安装,同样要注意要保证激光光线水平,且与小车轨道方向平行,高度与激光测距仪相同。
3.4.2 激光定位参数调试:定位参数的整定可在生产过程中进行。在接近开关定位系统正常的情况下,程序人员在 IBA 曲线(波形记录)上同窗调出激光定位脉冲信号和接近开关脉冲信号进行观察比对,并在程序中调整参数,直到激光定位脉冲与接近开关脉冲波形完全一致,即完成参数整定。
将整定好的参数固定备案,在以后的运行维护中不需要再做修改。激光定位试运行阶段,控制程序中可保留接近开关定位功能,在画面上做切换。
3.5 激光测距定位改造的效果
重钢热轧薄板厂先在 1#运卷小车实施了激光测距定位改造,取得了良好的运行效果。
3.5.1 系统简化:以 6 台激光测距仪替代 27 个接近开关,检测设备少,线路少,故障点少。
3.5.2 远离恶劣环境:激光测距仪远离现场恶劣环境,避免了小车摇晃、打包带掉落、冷却水冲淋等异常干扰,故障率低,寿命长。
3.5.3 激光测距仪远离现场狭窄空间,维护方便、快捷。
3.5.4“免调试”:遇到更换小车或轨道,所有参数都不需调整,基本实现“免调试”。
在 1#运卷小车实施激光测距定位后,定位精度满足生产工艺要求,系统稳定,运行三年没有发生过定位故障,更换小车和轨道后不需要调试,日常维护只需自动化人员进行,达到了改造目标。
4结语
重钢热轧薄板厂卷取、运输区域小车定位系统的改造,先在 1#运卷小车上进行了试验。从小车定位的工艺要求着手,采用激光测距仪取代接近开关,优化了定位程序和参数,提高了小车定位系统的可靠性和准确性;避开了接近开关恶劣的工作环境,事故大为减少,达到了设计目标。在 1#运卷小车实施激光测距定位后,运行了三年时间,没有发生过定位故障,期间更换小车和轨道后也不需要调试。
激光测距仪在小车定位中的应用,可在热轧生产线现场进一步推广,提高自动化系统的稳定性。比如:
1)用于步进梁的平移检测,可以取代磁尺和接近开关;
2)用于下阶梯垫位移检测,取代磁尺;
3)用于快链定位,替代接近开关;
4)用于快链钢卷对中数据显示和偏差报警,防止掉卷。