论基于激光测距技术的桥式起重机定位系统

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摘要：为了使桥式起重机在进行施工作业时的定位精度更加准确、运行更加平稳，在其原有桥式起重机的控制方式和结构得以保留的情况下，采用了激光测距器和条码定位仪作为测距测速的传感器，并且结合工控机和可编程控制器使精度得到绝对认址。经过实际的运行，该定位系统能够让桥式起重机更加精准的实现定位，使桥式起重机在施工现场能够更加的高效、平稳的作业。

关键词：激光测距技术 桥式起重机 定位系统

引言：就目前而言，桥式起重机的定位控制系统研究还不能从本质上解决定位精度差、效率低以及运行不稳定的问题。将激光测距器和条码定位仪作为测距测速传感器，能够有效的解决以上问题，实现精确的绝对认址和闭环控制，目前，该系统已经成功的运用于实际的现场作业中，并取得道显著的作用。

一丶桥式起重机的工作方式

桥式起重机进行物料装配时的重要设备，它的结构主要是由桥架、大车小车、升降装置和操作室组成，该定位系统的主要目的是对升降装置的吊钩进行水面定位，而吊钩的运行方式是通过以大小车为载体，所以将对吊钩的定位转换为对大小车运行结构的定位。在进行作业时，将桥式起重机跌工作区域分为x、y、z三个坐标方向的运行空间。其中大车的运行结构沿车间墙壁上方铺设的钢轨继续拧横向运动，而运动方向为x，小车运行机构在大车上运行并做纵向运动，其运动方向为y，而吊钩则做垂直运动，其运动方向为z。为了使运行机构的实时位置能够精确快速的监测，并且方便操作人员对桥式起重机进行更加有效的控制，由安装在大小车上的激光技术测距传感器在x、y、z坐标上对桥式起重机运行机构的位置和吊钩的高度进行测量，并将相应的数据传输给操作人员。

二丶基于激光测距技术的桥式起重机定位系统设计

根据桥式起重机的总体控制方案和机械结构的控制要求，确定定位系统的结构设计方案。系统的硬件电路由主控制器、传感器检测单元、变频器执行单元以及外围扩展接口设备等电路组成。桥式起重机定位系统结构图如下：

桥式起重机定位系统结构图

（一）定位系统

为了解决桥式起重机定位不精确效率低等问题，采用了基于激光技术的条码定位仪和激光测距器，对定位系统的传感器检测单元进行了重新设计，这种新型的测距方式打破了传统的测量方法，采用非接触测量，实现了定位中的绝对认址。激光测距器是由电脉冲的驱动来产生激光，并被打车上的反射板发射，通过接收镜头返回接收原件，产生电脉冲并且计算电脉冲的时间间隔，由传感器进行处理输出模拟信号，由此得出激光器与反射板的距离。下图为其工作原理：

激光测距器工作原理图

而条码定位仪是一种新型的阅读器，它将激光技术与旋转编码器的优点融合在了一起，通过读取运行路线的条形码来确定位置，有效的实现了绝对认址和曲线定位。其原理为将吊码读取头安装在大车上，条形码安装在行进轨道中，当打车运行时，条码读取头将会实时扫描条码，利用激光从条码带中可测量至毫米级的位置值，信息可由条码阅读器读出，并有内置解码器将数据传输至PLC。 这种定位系统采用的条码定位仪和激光测距器都是激光测距技术，属于非接触测量方式。

（二）控制系统

该定位系统使部分设计方案能够在保留原有的控制系统结构和机械系统的结构上以工控机为上位机，可编程控制器为下位机。下位机控制系统：下位机控制系统拥有很高的可靠性和抗干扰能力，并且其指令集功能十分强大，因此可用于复杂的环境。下位机负责对测距传感器的位置信号进行收集并且利用数字量来完成数据的实时采样，并对变频器等机构进行控制。上位机控制系统：工控机上机位能够进行复杂的算法和数据处理，并且能够保存大量的数据，所以采用工控机为核心可以极大程度的提高控制系统的灵活性和可靠性，使系统的管理水平得到提升。工控机能够查询并且读取可编程控制器内部的数据信息，并且进行分析处理。人机界面也能够显示桥式起重机的当前状态和位置高度，并通过数据库进行记录。，操作人员可以通过上机位的监控界面想设备发出执行命令，控制机构运行到指定的位置。

（三）数据通信

在该系统中，工控机、可编程控制器、传感器等电气设备之间的数据传输采用PROFBUS-DP的总线技术，该技术利用其开放性能够快速的进行自动化系统中控制设备的通信，每种自动化设备都可以采用这种方式来进行信息数据的交换，取代4--20MA的模拟量信号传输。其数据量大和扩展性强等优势是现场的作业需要得到满足。在该系统进行数据传输时，上位机的控制命令以及调度命令必须要及时准确的发送至下位机，下位机数据采集端必须将采集到的各类数据运送至可编程控制器和工控机中。例如条码定位仪在扫描条码进行位置值的测定时，通过其内置解码器将打车的位置信息传输至可编程控制器中。桥式起重机在出厂时各项运行参数都保存在可编程控制器中，为了继续拧上位计算机和下位控制器通讯，采用PROFBUS-DP能够实现数据的交换，使系统能够更好的进行数据的分析和处理。

结束语：本文对桥式起重机的定位控制系统进行了详细的研究，采用激光测距技术的测距传感器在于变频器和可编程控制器结合后能够实现精确的绝对认址和闭环控制。根据实际的作业情况表明，该系统极大的提高了生产工具和原料的定位精度，使桥式起重机能够更加平稳高效的运行，完成原有的工作量只需要原有工作时间的三分之一，是工作效率得到了极大地提高。

参考文献

[1]冷建伟,李涛.基于激光测距技术的桥式起重机定位系统设计[J].电气传动,2011,41(7):48-50.

[2]冷建伟,李涛.基于激光测距技术的桥式起重机定位系统[J].起重运输机械,2011,(6):39-41.

[3]李涛.桥式起重机定位控制系统的研究[D].天津:天津理工大学,2010. DOI:10.7666/d.y1871696.

[4]天津理工大学.基于激光测距与条码定位技术的桥式起重机定位系统:CN201410344531.2[P].2014-11-05.