摘要：以清江隔河巖一級垂直升船機(jī)和福建水口垂直升船機(jī)為例，闡述了CCD條碼檢測技術(shù)等幾種行程檢測方式在升船機(jī)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：

升船機(jī)；行程檢測；CCD；編碼器

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-3198（2012）02-0282-02

1引言

清江隔河巖一級垂直升船機(jī)和福建水口垂直升船機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一套復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)，涵蓋到應(yīng)力、水位、水深、加速度、油壓、油溫行程、位置、電壓、電流、扭矩等十多種不同性質(zhì)參數(shù)的檢測。如果缺少一個可靠、精確的檢測系統(tǒng)，就難以保證升船機(jī)自動控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

行程檢測是升船機(jī)檢測項(xiàng)目中非常重要的一項(xiàng)任務(wù)，主要包括承船廂行程檢測和各類油缸的行程檢測。下面就承船廂行程檢測和各類油缸的行程檢測進(jìn)行介紹。

2承船廂行程檢測

升船機(jī)在工作過程中，承船廂位置是一個重要的測控參數(shù)，要求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、重復(fù)性好、滿足提升速度和采樣速率的要求，當(dāng)因故障掉電再行恢復(fù)運(yùn)行時原數(shù)據(jù)不丟失，而且要求檢測裝置安裝、調(diào)試方便。為確保升船機(jī)主拖動系統(tǒng)安全、準(zhǔn)確、可靠的運(yùn)行和控制，必須對承船廂行程進(jìn)行高精度的在線動態(tài)檢測。為了保證這一參數(shù)準(zhǔn)確可靠，通常采取幾種不同的測量方式同步并行，以滿足控制系統(tǒng)的要求。

2.1利用CCD條碼檢測技術(shù)

清江隔河巖一級升船機(jī)承船廂行程檢測方式之一是采用CCD條碼檢測技術(shù)對承船廂的行程進(jìn)行動態(tài)檢測。

其基本原理是當(dāng)被檢測對象在一定照度情況下通過光學(xué)系統(tǒng)就會成像在CCD像素上，用一合適的時鐘脈沖對CCD進(jìn)行驅(qū)動，在其輸出端就可獲得被檢測對象的視頻信號，我們設(shè)定編組條碼與對應(yīng)脈沖當(dāng)量有準(zhǔn)確的關(guān)系，則通過檢測判斷即可解算出承船廂當(dāng)前的實(shí)際位置，原理示意圖如下圖1：在清江隔河巖一級升船機(jī)實(shí)際施工中，我們將條碼板固定在船廂池的塔柱上，每米一組條碼，表示以米為單位的絕對位置編碼，在船廂相應(yīng)的位置安裝一個有2160光電單元的線性CCD攝像系統(tǒng)，由于CCD距離目標(biāo)（條碼）較遠(yuǎn)，而且要求目標(biāo)的位置準(zhǔn)確，因此采用穩(wěn)定的輔助光源是解決CCD動態(tài)響應(yīng)的有效途徑，我們選用可調(diào)光源的碘鎢燈，并以適當(dāng)?shù)慕祲捍胧﹣肀ＷC其使用壽命。只要能在線性CCD攝像系統(tǒng)上得到一個完整的條碼組光電影像，我們就能讀出不同條碼組的位置數(shù)據(jù)和條碼在CCD上的相對位置（一米之內(nèi)的精碼），這樣在一個掃描周期（如2.5毫秒）就能得到承船廂和塔柱間的相對位置。這好比在塔柱上防止一把100多米的直尺，條碼就是刻度線或標(biāo)號，CCD攝像系統(tǒng)好比人的眼睛，通過CCD元件將光學(xué)位置信號轉(zhuǎn)換成隨時間變化的電信號，由邏輯電路和單片機(jī)進(jìn)行高速處理，就能實(shí)時讀出承船廂的絕對位置信息。由此可看出該行程檢測方式的優(yōu)勢為：

（1）利用塔柱作為船廂行程測量基準(zhǔn)，其穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，受其他環(huán)節(jié)影響小。

（2）利用條碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全程絕對編碼，能實(shí)時提供準(zhǔn)確可靠的絕對位置。CCD技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展可以使檢測精度達(dá)到更高的要求，安裝調(diào)試方便。

（3）利用攝像頭共軛特性，可以克服檢測過程中船廂擺動的影響，同時可以檢測承船廂的水平情況。

2.2采用光電編碼技術(shù)

福建水口升船機(jī)承船廂行程檢測方式之一是采用在主提升機(jī)卷筒軸上裝設(shè)光電編碼器的方法進(jìn)行檢測。具體做法是：在主提升卷筒主軸上加裝過渡軸，經(jīng)滑塊式聯(lián)軸器與測量齒輪組和編碼器相連。整個檢測裝置通過支架固定在卷筒端蓋上。其檢測原理是將承船廂的直線位移轉(zhuǎn)化主提升卷筒的角位移進(jìn)行測量，光電編碼器將卷筒的角位移量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)行程顯示儀處理后，顯示出承船廂的直接行程并送PLC處理。

該種檢測方式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，易于維護(hù)，但該方式對于主提升卷筒加工精度要求較高，并且受鋼絲繩直徑不均勻、鋼絲繩磨損、鋼絲繩受力伸長不等、鋼絲繩的彈性模量和溫度的不一致等因素的影響。

2.3采用紅外激光測距儀進(jìn)行檢測

采用瑞紅外激光測距儀對承船廂進(jìn)行動態(tài)行程測量，經(jīng)PLC處理可得到承船廂實(shí)時的絕對高程。通常用該檢測方式與其他檢測方式配合使用，用以可以補(bǔ)償主提升機(jī)卷筒和鋼絲繩帶來的誤差。

3各類油缸行程檢測

3.1采用恒力彈簧收繩開度檢測方式

該檢測方式原理圖如圖2。

圖2恒力彈簧收繩開度檢測原理圖

其檢測原理為：鋼絲繩與油缸活塞桿相連，活塞桿運(yùn)動時，測量輪在恒張力盤簧和鋼絲繩的帶動下轉(zhuǎn)動，將油缸活塞桿或閘門開度的線位移轉(zhuǎn)換成測量卷筒的角位移，光電編碼器將卷筒的角位移量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)開度顯示儀處理后，顯示出油缸的直接行程量并送PLC進(jìn)行解算（或直接將編碼器信號送PLC處理），得出油缸移動的位移量。

該檢測方式的特點(diǎn)是無需吊掛配重，測量精度高，工作可靠，操作維護(hù)方便。但該方式由于鋼絲繩外置，易受外界的損壞而導(dǎo)致鋼絲繩斷繩。

3.2采用壓輪式開度檢測方式

該檢測方式原理圖如圖3。

其檢測原理為：油缸活塞桿運(yùn)動時，壓輪與油缸活塞桿同步轉(zhuǎn)動，壓輪將油缸的線位移轉(zhuǎn)換成壓輪的角位移，編碼器將壓輪的角位移量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)開度顯示儀處理后，顯示出油缸的直接行程量并送PLC解算，得出油缸移動的位移量即活塞桿當(dāng)前所處的位置。

圖3壓輪式開度檢測方式原理圖

該檢測方式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，工作可靠，操作維護(hù)方便，克服了傳統(tǒng)的鋼絲繩檢測方式易受外界干擾的缺點(diǎn)。

4結(jié)語

由于鋼絲繩卷揚(yáng)全平衡式升船機(jī)是一個全新的領(lǐng)域，其很多行程檢測技術(shù)處于摸索和發(fā)展階段，因此其成功與否還有待今后實(shí)踐的進(jìn)一步檢驗(yàn)。，但均對直徑和長度測量無影響。

參考文獻(xiàn)

［1］胡永國，林金華等.基于CCD的三峽升船機(jī)船廂行程檢測研究［J］.光學(xué)與光電技術(shù)，2011，（4）：69-73.