陳夢(mèng)雪 蔣波 李林洪

摘 要

介紹了激光測(cè)距儀測(cè)距技術(shù)及其在XX堆廳吊車控制系統(tǒng)中的安裝和應(yīng)用，重點(diǎn)介紹其在吊車定位及自動(dòng)對(duì)中中的應(yīng)用，使用該技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)吊車位置的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)定位，解除了現(xiàn)在普遍應(yīng)用的吊車控制系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)對(duì)中初始目標(biāo)位置的限制，還可以引入一些擴(kuò)展應(yīng)用，方便了操作人員的操作。

關(guān)鍵詞

激光測(cè)距儀;定位;自動(dòng)對(duì)中

中圖分類號(hào)： TG334.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 77

0 引言

堆廳吊車是進(jìn)行核燃料裝載必不可少的設(shè)備，在反應(yīng)堆運(yùn)行期間，承擔(dān)著把輻照材料吊入、吊出堆芯孔道的任務(wù)。

XX堆廳吊車控制系統(tǒng)采用光電開關(guān)檢查位置區(qū)域，無法自動(dòng)獲取大小車的準(zhǔn)確位置，所以僅可在0#孔道和1～9#孔道間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中，且大車的初始位置和欲對(duì)中的目標(biāo)孔道必須分別位于大車運(yùn)行方向第二個(gè)光電開關(guān)（安裝于大車行程的中間位置）的兩側(cè)，若位于同側(cè)，則不具備自動(dòng)對(duì)中功能。

1 激光測(cè)距儀

激光測(cè)距是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的定位技術(shù)，利用激光的非接觸性、快速性及高精度特性對(duì)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，有利于改善整合行吊運(yùn)動(dòng)控制特性，準(zhǔn)確、快速到達(dá)預(yù)定位置，減少人員來回定位時(shí)帶來的工作效率低下等問題。

激光測(cè)距儀是利用激光對(duì)目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定（又稱激光測(cè)距）的儀器。激光測(cè)距儀在工作時(shí)向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，計(jì)時(shí)器測(cè)定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)間，計(jì)算出從觀測(cè)者到目標(biāo)的距離。

激光測(cè)距是光波測(cè)距中的一種測(cè)距方式，如果光以速度c 在空氣中傳播在A、B 兩點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為t，則A、B 兩點(diǎn)間距離D可用下列表示。

D=ct/2

式中：

D——測(cè)站點(diǎn)A、B兩點(diǎn)間距離;

c——速度;

t——光往返A(chǔ)、B一次所需的時(shí)間。

由上式可知，要測(cè)量A、B 距離實(shí)際上是要測(cè)量光傳播的時(shí)間t，根據(jù)測(cè)量時(shí)間方法的不同，激光測(cè)距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測(cè)量形式。

脈沖法是測(cè)距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測(cè)量物體的反射后又被測(cè)距儀接收，測(cè)距儀同時(shí)記錄激光往返的時(shí)間。光速和往返時(shí)間的乘積的一半，就是測(cè)距儀和被測(cè)量物體之間的距離。脈沖法測(cè)量距離的精度是一般是在10厘米左右。另外，此類測(cè)距儀的測(cè)量盲區(qū)一般是1米左右。

而相位測(cè)量測(cè)量調(diào)制在紅外或者激光上面的信號(hào)相位，通常精密測(cè)距需要全反射棱鏡配合，直接以光滑的鏡面反射測(cè)量，光反射回來的信號(hào)強(qiáng)度夠大，與此可以知道，發(fā)射激光源一定要與反射面垂直，否則返回信號(hào)過于微弱將無法得到精確距離。相位激光測(cè)距儀精度可達(dá)到1毫米誤差，適合各種高精度測(cè)量用途。

吊車測(cè)量系統(tǒng)可用相位激光測(cè)距儀實(shí)現(xiàn)吊車的實(shí)時(shí)定位。根據(jù)堆廳大小，選擇中距離傳感器，測(cè)量范圍為50mm至30000mm，即可滿足吊車可達(dá)區(qū)域的測(cè)量需求。

2 吊車速度的設(shè)置

吊車在運(yùn)行過程中具有較大慣性，為了降低慣性對(duì)定位帶來的影響，需實(shí)現(xiàn)大小車的調(diào)速;同時(shí)為了使大小鉤的吊取操作更穩(wěn)定，需實(shí)現(xiàn)大小鉤的調(diào)速。

采用變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及方向和速度控制，以此實(shí)現(xiàn)大小車和大小鉤的緩啟、緩?fù)９δ堋?/p>

大鉤、小鉤的手動(dòng)狀態(tài)下速度只有高速、低速兩個(gè)選擇，大車、小車手動(dòng)狀態(tài)下速度分為5檔，為1檔（20%額定速度）、2檔（40%額定速度）、3檔（60%額定速度）、4檔（80%額定速度）、5檔（100%額定速度），這些速度均可在PLC中重新設(shè)置。

3 儀器的安裝

在定位和自動(dòng)對(duì)中中需要獲取吊鉤的當(dāng)前位置信息，該位置可以通過測(cè)量大小車距離橫向和縱向墻面的距離得到，因此，只需在大車、小車的適當(dāng)位置分別安裝一臺(tái)激光測(cè)距儀，并且以通訊方式接入PLC即可。其對(duì)吊車運(yùn)行的控制原理如圖1所示，激光測(cè)距儀測(cè)得到位置信息模擬信號(hào)送到控制柜PLC處理后對(duì)吊車的方向和速度進(jìn)行調(diào)控。

如圖2，A、B為安裝于大小車上的激光測(cè)距儀，a為A對(duì)應(yīng)的置于墻壁上與A垂直的固定位置的反光板，b為B對(duì)應(yīng)的置于大車上靠近墻壁的與B垂直的固定位置的反光板，激光測(cè)距儀發(fā)出的信號(hào)送到控制柜的PLC處理后對(duì)吊車進(jìn)行控制。S1、S2、S3、S4為限位開關(guān)，吊車運(yùn)行過程中遇到限位開關(guān)即停止運(yùn)行，K1、K2為光電開關(guān)，吊車運(yùn)行過程中遇到光電開關(guān)吊鉤自動(dòng)上升至一定高度，以免撞到房間1的墻壁。

4 吊車定位

定義吊車安裝大廳的左下角為三維直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)。大車上的激光測(cè)距儀測(cè)量橫向（X軸方向）到墻面反光板的距離，該距離與激光測(cè)距儀X方向的坐標(biāo)經(jīng)計(jì)算修正后即得到大車X方向的坐標(biāo)值;小車上的激光測(cè)距儀測(cè)量縱向（Y軸方向）到大車上的反光板的距離，該距離與激光測(cè)距儀及反光板Y方向的坐標(biāo)經(jīng)計(jì)算修正后即得到小車Y方向的坐標(biāo)值。這兩個(gè)方向的坐標(biāo)值作為大小車位置信息送入PLC，即實(shí)現(xiàn)了大小車的定位。

送入PLC大小車的實(shí)時(shí)位置信息可應(yīng)用于后續(xù)的自動(dòng)對(duì)中過程，同時(shí)也可以顯示于顯示器上供操作人員觀察使用。

5 自動(dòng)對(duì)中

首先將堆廳10個(gè)固定孔道的位置信息事先保存到PLC控制器內(nèi)，若自動(dòng)對(duì)中的對(duì)象為堆廳內(nèi)的10個(gè)固定孔道之一，則只需在控制臺(tái)上選擇孔道即可，如需要吊取堆廳內(nèi)孔道位置以外的物體，則需要事先測(cè)量該位置的坐標(biāo)值（精確度要求高時(shí)可選擇用激光測(cè)距儀測(cè)得）并手動(dòng)輸入PLC系統(tǒng)中供選擇。吊車的自動(dòng)對(duì)中原理如圖3所示，控制系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)位置坐標(biāo)和激光測(cè)距儀測(cè)得的吊車當(dāng)前位置進(jìn)行比較后控制變頻器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)調(diào)速。

大車的自動(dòng)對(duì)中過程如下：

大車的運(yùn)行速度在自動(dòng)狀態(tài)下下分為高速（100%額定速度）和低速（20%額定速度），預(yù)設(shè)低速運(yùn)行距離為S。

設(shè)測(cè)得大車X軸方向位置坐標(biāo)為X1（實(shí)時(shí)測(cè)量），目標(biāo)點(diǎn)的X軸方向位置坐標(biāo)為X2，則D=X2-X1為目標(biāo)點(diǎn)距大車的距離。大車運(yùn)行方向和速度確定如下：

當(dāng)D>0時(shí)，大車向右運(yùn)行;當(dāng)D<0時(shí)，大車向左運(yùn)行，當(dāng)D=0時(shí)，大車停止運(yùn)行。

當(dāng)D>S時(shí)，大車高速運(yùn)行;當(dāng)D=S時(shí)，進(jìn)行高低速切換;當(dāng)D

小車在Y軸方向上的自動(dòng)運(yùn)行同理。

考慮到大小車啟動(dòng)、停止、加速、減速過程中慣性的影響，需要在實(shí)際調(diào)試中通過定時(shí)運(yùn)行的方式作適當(dāng)修正。

大小車PLC控制下定位及自動(dòng)對(duì)中流程見圖4在此運(yùn)行過程中，程序要時(shí)刻檢測(cè)是否有手動(dòng)操作的切換，如果有，自動(dòng)對(duì)中程序馬上中止進(jìn)入手動(dòng)操作程序。

6 擴(kuò)展應(yīng)用

運(yùn)用激光測(cè)距儀吊車實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位置定位后，突破了目標(biāo)位置的限制，但現(xiàn)在的吊車控制系統(tǒng)的吊車自動(dòng)對(duì)中功能僅可以在設(shè)定的10個(gè)孔道間進(jìn)行，可以進(jìn)一步改進(jìn)，即添加目標(biāo)位置自定義功能，將目標(biāo)位置的坐標(biāo)輸入到PLC中，該位置即可和預(yù)先定義的10個(gè)孔道一起供操作員選擇即可。

除此之外，還可以添加一塊顯示屏，將激光測(cè)距儀實(shí)時(shí)測(cè)得的吊車位置和運(yùn)行方向、速度、故障狀態(tài)等信息一起顯示出來供操作員查看。

7 結(jié)論

使用激光測(cè)距儀可以對(duì)吊車位置實(shí)現(xiàn)精確的實(shí)時(shí)定位，從而消除了后續(xù)自動(dòng)對(duì)中流程的初始位置限制，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)吊車運(yùn)行范圍內(nèi)任意目標(biāo)位置的自動(dòng)對(duì)中，除此之外，還可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置自定義及吊車實(shí)時(shí)位置顯示等擴(kuò)展應(yīng)用，方便了堆廳操作人員對(duì)堆廳內(nèi)吊車的操作。

參考文獻(xiàn)

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