激光测距仪在连续检测制丝线贮柜存料量中的应用.doc

激光测距仪在连续检测制丝线贮柜存料量中的应用张红亮1 ，李峰2，崔鸿刚31.河北白沙烟草有限责任公司保定卷烟厂，河北省保定市玉兰大街769号，071002.安徽中烟工业公司蚌埠卷烟厂，安徽省蚌埠市东海路121号，2330103. 云南昆明船设计研究院，昆明市人民中路6号5楼，650051关键词：制丝线；激光测距仪；贮柜存料量检测摘 要：制丝线中寻堆布料贮柜存料量的检测，一直以来是一个技术难题，本文介绍了采用激光测距仪间接检测此类贮柜存料量的方法。并结合实际使用情况说明了两类激光测距的应用方法。在最后对新出现的扫描式漫反射激光测距仪的应用方式进行了介绍。中图分类号： 文献标识号： 文章编号：贮柜是制丝生产线上的物料存贮设备，及时准确地掌握其存料量对于合理安排生产、及时调整生产计划等具有重要作用。随着分组加工工艺的应用实施，需要对多个模块按比例进行掺配，因此及时准确地掌握贮柜的存料量才能够保证生产的顺利进行。但由于贮柜的结构特点，只能够通过现场人员的目测确定物料存料量，缺点是不能够及时准确的反应料量的变化。近年来随着激光测距技术的发展，为连续检测贮柜存料量提供了一种间接解决方案。本文介绍了3种不同类型激光测距仪在制丝线贮柜存料连续监测中的应用，以期为在线连续监测贮柜料量提供一种可行的方法。1 仪器结构及工作原理(该节内容最好补充测距仪的种类、结构等方面内容，并配上主要涉及类型仪器的结构示意图等)激光测距仪的工作原理主要是基于测距公式D =ct2，式中D 为被测距离，c为激光的传播速度，t为激光从发射到被测目标返回发射端的往返时间。激光测距仪通常采用两种测量方式对距离进行测量，其检测原理可分为相位式和脉冲式1-2。相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。该方法的测量精度高可以达到毫米级，但需要合作目标反射镜。脉冲激光测距原理是，用脉冲激光器向目标发射一列很窄的光脉冲(脉冲宽度小于50ns)，光达到目标表面后部分被反射，通过测量光脉冲从发射到返回接收机的时间，可算出测距机与目标之间的距离。测量误差在厘米级，但不需要合作目标反射镜。各个传感器厂家根据以上原理开发出了采用相位监测技术的镜反射激光测距仪和采用脉冲方式的漫反射激光测距仪。漫反射式激光测距仪根据激光束是否可以移动又分为固定激光束型和扫描式激光束型。本文将对这三种激光测距仪的应用方式进行介绍。2 不同激光测距仪在贮柜中的应用贮柜为制丝线重要的物料存储设备，其存料部分接近为一个长方体，根据不同的存贮量其柜长可以到80米以上、柜宽可以到达8米、存料深度可以到3米，物料由贮柜顶部的辅料车进行布料。根据工艺要求布料方式分为：布料车沿贮柜长度方向往复运动的条播布料；布料车根据物料的当前位置在其尾部追加布料的寻堆布料方式。由于条播布料方式采取的是进柜后再出柜的方式，因此检测物料存量可以通过安装于贮柜底部的接近开关计数进行计算。而寻堆布料方式是物料可以边进边出，要想准确地获取物料存量则较困难，因此可以采取激光测距仪进行物料存量进行连续监测。(1)镜反射式激光测距仪检测物料存量。激光测距仪安装于贮柜出料端，反射板安装于布料小车车身上，在小车布料过程中测距仪可以实时检测小车的位置，根据小车位置、布料方向、小车车身长度、盘链计数值(安装于贮柜底部的接近开关通过感应计数经过该接近开关的贮柜底带的盘链数，进而计算出贮柜底带运行的距离）可以计算出贮柜中剩余的物料量。由于寻堆布料时物料有两种方向，见图1，因此当物料面向激光测距仪正向布料时，其存料计算公式为：贮柜存料量LdDH式中：为物料密度，Ld为测距长度，D为贮柜宽度，H为贮柜深度。当物料背离激光测距仪反向布料时，其存料计算公式为：贮柜存料量（LdLc）DH式中：为物料密度，Ld为测距长度，Lc为布料小车长度，D为贮柜宽度，H为贮柜深度。当进料完成时，系统记录最终的进料长度，在出料时通过下式计算出贮柜存料量：贮柜存料量Li(N1)CpDH式中：为物料密度，Li为最终进料长度，N为贮柜旁链计数值，Cp为单位盘链长度系数，D为贮柜宽度，H为贮柜深度。图1 镜反射式激光测距仪检测物料存量工作原理图（正向布料时）图2 镜反射式激光测距仪检测物料存量工作原理图（反向布料时）(2)漫反射式激光测距仪检测物料存量。由于漫反射不需要安装反射板，因此可以直接照射到物料上，从而获取物料的长度，然后计算出物料存料。在使用漫反射测距仪时，测距仪安装于贮柜的尾部，通过透明的检查窗口照射到物料上，见图2，其计算存料量的公式为：贮柜存料量=(LeLd)DH式中：为物料密度，Le为有效布料长度，Ld为测距长度，D为贮柜宽度，H为贮柜深度。图3 漫反射式激光测距仪检测物料存量工作原理图（3）采用扫描激光式测距仪近年来随着激光测距仪技术的发展又出现了新型的器件，例如在一定角度内具备连续扫描测距的漫反射式激光测距仪，应用该器件可以实现对贮柜物料外形的轮廓的连续检测，从而获得更为准确的贮柜存料量。其检测原理是通过安装在布料车头上的激光扫描器对布料车经过的横截面物料高度进行扫描，从而得到横截面的物料轮廓，这样随着布料车移动就可以说经过的物料的连续轮廓，从而最终得到物料的量。其原理见图3。 图4 扫描式漫反射激光测距仪安装示意图3 应用效果目前很多传感器厂商均提供了以上介绍的三种激光测距仪产品。在漫反射式激光测距仪出现以前，多采用镜反射式激光测距仪，由于该测距仪是通过布料小车和底带旁链计数等间接方法获得物料量的，在实际应用中检测数据的准确性较差，为修正检测误差，需要修改控制程序，实现布料车与物料的同步，从而完成存料量的检测。在漫反射式测距仪出现后，存料的检测变为直接的方式，不需要进行物料与布料车的同步，检测的准确性和方便性有了极大的提高，是一种理想的检测方式。扫描激光式测距仪，通过编制程序可以实现对物料上轮廓线的检测，通过计算可以得到较为准确的物料存量。但是该方法在应用中由于布料车车身的限制，其检测不能完全覆盖整个物料长度，因此需要进行折算，这样实际检测的准确性也并不能够比前面两种测距仪高，同时该方法的算法复杂，程序编制较为困难。在实际应用中较少采用。但是该方法可以用于对布料均匀性的检测。目前在制丝线中常用的激光测距仪多采用Sick公司产品，该公司提供DME5000系列镜反射激光测距仪和DME3000序列漫反射激光测距仪。两个序列均提供Profibus DP接口，防护等级达到IP65，具备现场安装能力。DME5000系列测距范围70m，精度2mm3，被测对象运动速度10m/s。DME3000系列测距范围0.1-500m，精度5mm，被测对象运动速度6m/s4。DME3000的照片和外形尺寸如下图所示： 图5 DME3000 照片和外形尺寸图4在国内一家卷烟厂2006年技改中全线配置了7台漫反射式激光测距仪，对多模块丝掺配环节边进边出贮柜存料进行连续检测。激光测距仪选用DME3000通过Profibus DP接口连接到Profibus DP现场总线，完成与工艺段主控PLC（西门子S7-400）的通讯，测距仪将检测到的数据传递给PLC，通过PLC中编制的程序实时计算贮柜的存料量，同时该数据传送给集中监控系统，操作员能够实时监控料量信息。系统结构图如图6所示。整个系统实时完成后能够准确及时的给出贮柜的存料量，将原来由人工目测吨级误差提高到100kg级误差，为生产调度提供了准确的依据，较好的满足了生产实际的需求。图6 激光测距仪应用系统系统结构图 参考文献1 中国矿业学院矿山测量教研室.激光测距仪M 1980：10-15.2 王建波.激光测距仪原理及应用J.有色设备，2002(6)：15.3 Sick公司.DME5000 Data SheetG.2003.3 Sick公司.Laser scanner in Tobacco productionG.2007.4 Sick公司.DME 2000/DME 3000:Precise non-contactdistance determinationG.2008作者简介：张红亮（1976-），学士，工程师，主要从事烟草企业设备管理工作。E-mail: Application of the Laser Distance Measurement for Continually Measure the Remain Amount of SiloZhang Hongliang(1) And Li Feng(2) And Cui Honggang(3)1.Baoding Tobacco Factory,No.769 Rulan Road ,Baoding 071000,P.R.China2.Bengbu Tobacco Factory , No.121 of Donghai Road,Bengbu 233010,P.R.China3.Kunming Shipbuilding Design & Research Institute ,KSEC Building, No.6 Middle of Renming Road,Kunming 600051,P.R. ChinaKeyword: The Tobacco Primary Line ；Laser distance measurement; Measure the remain Amount Of SiloAbstract: It is a technical difficult problem all along that continually measure the remain amount of Silo. The article introduce a sort of method that indirec