本發(fā)明涉及一種鋁電解行業(yè)設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及一種鋁電解多功能天車激光防撞控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鋁電解車間的天車采用接觸式行程開關(guān)控制的防撞裝置。由于行程開關(guān)限位屬于接觸式防撞，防撞距離極短，在天車與天車相撞時，雖然行程開關(guān)限位使天車斷電，但由于天車本身的行駛慣性使天車與天車之間在停車時產(chǎn)生一定距離的滑行，造成較大剛性碰撞，致使天車停車不平穩(wěn)，產(chǎn)生較大振動，容易造成天車部件損壞，產(chǎn)生故障，使天車的可靠性降低。
鋁電解電解槽中的工作溫度達(dá)上千攝氏度，造成鋁電解車間環(huán)境熱氣流流動復(fù)雜。現(xiàn)有鋁電解行業(yè)的激光防撞多功能天車，通過激光測距，獲得天車與障礙物距離?，F(xiàn)有技術(shù)，由于鋁電解車間環(huán)境熱氣流復(fù)雜，熱氣流對流，空氣折射率波動程度大，光速變動大，采用激光測距波動大、精度低，造成激光測距不準(zhǔn)，容易造成天車碰撞事故。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鋁電解多功能天車激光防撞控制系統(tǒng)，旨在解決鋁電解車間空氣折射率波動大，激光測距精度低的問題，提高天車防撞性能，減少發(fā)生天車碰撞事故。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鋁電解多功能天車激光防撞控制系統(tǒng)，包括多功能天車，還包括：
固定于所述多功能天車一側(cè)的激光發(fā)射器、激光接收器；
固定于所述多功能天車上的控制運(yùn)算器、報警器、行進(jìn)控制繼電器；
以及固定于相鄰多功能天車相對應(yīng)一側(cè)的目標(biāo)反射器；
所述激光發(fā)射器的輸入端連接所述控制運(yùn)算器的第一輸出端，所述激光接收器的輸出端連接所述控制運(yùn)算器的第二輸入端，所述控制運(yùn)算器的第三輸出端連接所述報警器，所述控制運(yùn)算器的第四輸出端連接所述行進(jìn)控制繼電器的輸入端；
所述控制運(yùn)算器包括激光發(fā)射控制模塊、激光接收控制模塊、計時模塊、距離求解模塊、數(shù)值處理模塊、報警器控制模塊、繼電器控制模塊；
所述激光發(fā)射控制模塊，用于控制激光發(fā)射器依次發(fā)送若干檢測脈沖；
所述激光接收控制模塊，用于控制激光接收器接收經(jīng)反射后的若干反射脈沖；
所述計時模塊，用于根據(jù)所述檢測脈沖和所述反射脈沖，獲得第i個脈沖發(fā)射和接收的時間差δti；所述i為正整數(shù)；
所述距離求解模塊，用于根據(jù)各個脈沖的時間差δti，獲得各個脈沖的檢測距離di；所述
所述數(shù)值處理模塊，用于對各個所述檢測距離di進(jìn)行數(shù)值處理，獲得預(yù)測距離d，所述
所述報警器控制模塊，用于根據(jù)所述預(yù)測距離d大小，控制所述報警器報警；
所述繼電器控制模塊，用于根據(jù)所述預(yù)測距離d大小，控制所述行進(jìn)控制繼電器開啟或關(guān)斷。
在該技術(shù)方案中，運(yùn)算控制器控制激光發(fā)射器發(fā)射脈沖激光，并經(jīng)反射，由激光接收器獲取，計算獲得一組激光測距數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理獲得預(yù)測距離值，并控制報警器和天車行進(jìn)繼電器工作，實(shí)現(xiàn)對天車防撞控制。有益之處在于：利用脈沖激光的反射時間差，獲得一組測距數(shù)據(jù)，并進(jìn)處理，獲得精確地激光測距數(shù)值，有利于防撞控制的精確處理。解決鋁電解車間空氣折射率波動大，激光測距精度低的問題。
在一實(shí)施例中，所述控制運(yùn)算器還包括天車測速模塊，所述天車測速模塊被配置為：
提取所述檢測脈沖的間隔t，提取各個脈沖的檢測距離di；
求解所述多功能天車速度v，所述
該技術(shù)方案的有益之處在于：可以獲得多功能天車速度，方便設(shè)備提取天車速度數(shù)據(jù)，同時，該速度計算精確，并且具有快速計算優(yōu)勢。
在一實(shí)施例中，所述激光接收器的輸出端與所述控制運(yùn)算器的第二輸入端之間還連接有信號放大電路和濾波整形電路。
該技術(shù)方案的有益之處在于：提高信號抗噪聲能力，提高測量精度。
在一實(shí)施例中，所述檢測脈沖的脈沖寬度為10ns-10ms，所述檢測脈沖的脈沖間隔為50ns-50ms。
該技術(shù)方案的有益之處在于：提高信號抗噪聲能力，提高測量精度。同時，也保證測量速度。
在一實(shí)施例中，所述行進(jìn)控制繼電器，包括高速行進(jìn)控制繼電器、低速行進(jìn)控制繼電器；
所述報警器控制模塊和所述繼電器控制模塊，被配置為：
若所述預(yù)測距離d大于門限值q1，則所述報警器不開啟，所述高速行進(jìn)控制繼電器開啟；
若所述預(yù)測距離d小于或等于門限值q1，且所述預(yù)測距離d大于門限值q2，則所述報警器不開啟，開啟所述低速行進(jìn)控制繼電器；
若所述預(yù)測距離d小于或等于門限值q2，則所述報警器開啟，關(guān)閉所述低速行進(jìn)控制繼電器；所述q1、q2滿足0≤q2≤q1。
在該技術(shù)方案中，通過設(shè)定門限值，達(dá)到精確控制報警器和行進(jìn)控制繼電器的工作，避免天車發(fā)送碰撞事故。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過運(yùn)算控制器控制激光發(fā)射器發(fā)射脈沖激光，并經(jīng)反射，由激光接收器獲取，計算獲得一組激光測距數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理獲得預(yù)測距離值，并控制報警器和天車行進(jìn)繼電器工作，實(shí)現(xiàn)對天車防撞控制。具有獲得較大的激光測距樣本，數(shù)據(jù)處理獲得的激光測距精確，防撞精度高，解決了鋁電解車間空氣折射率波動大，激光測距精度低的問題。本發(fā)明激光測距精度高，制造成本低，易于工業(yè)化。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明一具體實(shí)施方式的脈沖激光發(fā)射與接收示意圖；
圖3是本發(fā)明一具體實(shí)施方式的激光測距數(shù)據(jù)曲線；
圖4是本發(fā)明一具體實(shí)施方式的流程示意圖；
圖5是本發(fā)明一具體實(shí)施方式的激光發(fā)射器和接收器安裝位置示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
如圖1、圖5所示，在本發(fā)明第一實(shí)施例中，提供一種鋁電解多功能天車激光防撞控制系統(tǒng)，包括多功能天車，還包括：
固定于所述多功能天車一側(cè)的激光發(fā)射器11、激光接收器12；
所述激光發(fā)射器11和激光接收器12采用固定托架和防松彈簧墊圈固定；所述激光發(fā)射器11光軸與所述激光接收器12光軸平行，所述激光發(fā)射器11發(fā)出的激光，經(jīng)發(fā)射由所述激光接收器12接收；
固定于所述多功能天車上的運(yùn)算控制器2、報警器32、行進(jìn)控制繼電器31；
以及固定于相鄰多功能天車相對應(yīng)一側(cè)的目標(biāo)反射器13；
所述目標(biāo)反射器13底部通過螺栓固定于支撐架上；
所述激光發(fā)射器11的輸入端連接所述運(yùn)算控制器2的第一輸出端，所述激光接收器12的輸出端連接所述運(yùn)算控制器2的第二輸入端，所述運(yùn)算控制器2的第三輸出端連接所述報警器32，所述運(yùn)算控制器2的第四輸出端連接所述行進(jìn)控制繼電器31的輸入端；
所述運(yùn)算控制器2包括激光發(fā)射控制模塊21、激光接收控制模塊22、計時模塊23、距離求解模塊24、數(shù)值處理模塊25、報警器控制模塊27、繼電器控制模塊26；
所述激光發(fā)射器11的輸入端連接所述激光發(fā)射控制模塊21的第一輸出端，所述激光接收器12的輸出端連接所述激光接收控制模塊22的第二輸入端，所述報警控制模塊的第三輸出端連接所述報警器32，所述繼電器控制模塊26的第四輸出端連接所述行進(jìn)控制繼電器31的輸入端；
所述激光發(fā)射控制模塊21，用于控制激光發(fā)射器11依次發(fā)送若干檢測脈沖；
所述激光接收控制模塊22，用于控制激光接收器12接收經(jīng)反射后的若干反射脈沖；
所述計時模塊23，用于根據(jù)所述檢測脈沖和所述反射脈沖，獲得第i個脈沖發(fā)射和接收的時間差δti；所述i為正整數(shù)；
當(dāng)運(yùn)算控制器2發(fā)送檢測脈沖時，即通知計時模塊23計時；直到激光接收器12接收到發(fā)射脈沖，計時模塊23分別對各個脈沖從發(fā)射到接收到發(fā)射脈沖進(jìn)行計時。計時模塊23的計時觸發(fā)端連接激光發(fā)射控制模塊21，計時模塊23的計時統(tǒng)計端連接激光接受模塊。
所述距離求解模塊24，用于根據(jù)各個脈沖的時間差δti，獲得各個脈沖的檢測距離di；所述
所述數(shù)值處理模塊25，用于對各個所述檢測距離di進(jìn)行數(shù)值處理，獲得預(yù)測距離d，所述
所述報警器控制模塊27，用于根據(jù)所述預(yù)測距離d大小，控制所述報警器32報警；
所述繼電器控制模塊26，用于根據(jù)所述預(yù)測距離d大小，控制所述行進(jìn)控制繼電器31開啟或關(guān)斷。
如圖2所示，激光發(fā)射器11發(fā)射脈沖激光111，經(jīng)過一段時間，激光接收器12接收到脈沖激光121，計時模塊23分別記錄各個脈沖的的時間差δti，示意性地，在圖2中，四個脈沖激光的時間差分別為δt1、δt2、δt3、δt4。
值得一提的是，在本實(shí)施例中，通過對檢測距離di進(jìn)行數(shù)值處理，獲得預(yù)測距離d。接下來對其求解公式進(jìn)行推導(dǎo)。
本發(fā)明通過激光測距，獲得障礙物距離，進(jìn)一步控制天車行進(jìn)避免碰撞，天車相對于障礙物的狀態(tài)可分為相對靜止、遠(yuǎn)離和逼近。根據(jù)狀態(tài)的不同，獲得檢測距離數(shù)據(jù)di，可以分別擬合為斜率為0、斜率為正和斜率為負(fù)的一次函數(shù)，如圖3，為逼近障礙物的激光測距數(shù)據(jù)構(gòu)成的曲線。由于多功能天車設(shè)置有多個檔位速度，在各個檔位下，設(shè)定激光測距數(shù)據(jù)為一次函數(shù)。滿足如下關(guān)系：
y＝k(x-x0)+y0(1)
其中，k為斜率，x為數(shù)據(jù)di的編號，(x0,y0)為一次函數(shù)上的一點(diǎn)，令(x0,y0)為
當(dāng)前天車距障礙物距離為d滿足：
同時，曲線斜率k的求解，可以通過圖2數(shù)據(jù)中，后j個數(shù)據(jù)的平均值減去前j個數(shù)據(jù)的平均值，再除以二者的距離獲得，即：
聯(lián)系式(3)、式(4)可得：
此外，在本實(shí)施例中，所述運(yùn)算控制器2還包括天車測速模塊，所述天車測速模塊被配置為：
提取所述檢測脈沖的間隔t，提取各個脈沖的檢測距離di；
求解所述多功能天車速度v，所述
在本實(shí)施例中，所述激光接收器12的輸出端與所述運(yùn)算控制器2的第二輸入端之間還連接有信號放大電路和濾波整形電路。其中，信號放大電路是有三極管構(gòu)成的放大電路，三極管構(gòu)成放大電路為現(xiàn)有技術(shù)，這里不再贅述。濾波整形電路為雙橋?yàn)V波電路，該技術(shù)也為現(xiàn)有技術(shù)，這里不再贅述。
在本實(shí)施例中，所述檢測脈沖的脈沖寬度為10ns-10ms，所述檢測脈沖的脈沖間隔為50ns-50ms。脈沖寬度可以有運(yùn)算控制器2設(shè)定，運(yùn)算控制器2的i/o口輸出控制信號，并通過三極管開關(guān)電路驅(qū)動激光發(fā)射器11發(fā)射脈沖激光。在一典型的案例中，脈沖寬度為10ns，脈沖間隔為50ns。在另一可選的案例中，脈沖寬度為10ms，脈沖間隔為50ms。為了采集足夠多的樣本數(shù)據(jù)，需要減少脈沖寬度以及脈沖間隔，同時，為了保證脈沖激光發(fā)射與接收穩(wěn)定，需要增大脈沖寬度和脈沖間隔。故而，在一優(yōu)選的案例中，脈沖寬度為1ms，脈沖間隔為10ms。
在本實(shí)施例中，所述行進(jìn)控制繼電器31，包括高速行進(jìn)控制繼電器31、低速行進(jìn)控制繼電器31、前進(jìn)控制繼電器、后退控制繼電器；示例性地，在本實(shí)施例中，高速行進(jìn)速度3m/s，低速行進(jìn)速度為1m/s。
行進(jìn)控制繼電器31連接所述多功能天車的plc，所述plc通過所述行進(jìn)控制繼電器31控制所述多功能天車運(yùn)行；多功能天車的plc系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，這里不再贅述。
所述報警器控制模塊27和所述繼電器控制模塊26，被配置為：
若所述預(yù)測距離d大于門限值q1，則所述報警器32不開啟，所述高速行進(jìn)控制繼電器31開啟，所述低速進(jìn)行控制繼電器關(guān)閉；在本實(shí)施中，門限值q1＝10m。
若所述預(yù)測距離d小于或等于門限值q1，且所述預(yù)測距離d大于門限值q2，則所述報警器32不開啟，關(guān)閉所述高速進(jìn)行控制繼電器，開啟所述低速行進(jìn)控制繼電器31；在本實(shí)施中，門限值0＜q2≤5m，可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定?？蛇x地q2＝5m?？蛇x地，當(dāng)兩天車實(shí)現(xiàn)對接功能時，q2＝0.1m。
若所述預(yù)測距離d小于或等于門限值q2，則所述報警器32開啟，關(guān)閉所述低速行進(jìn)控制繼電器31，關(guān)閉所述高速進(jìn)行控制繼電器；所述q1、q2滿足0≤q2≤q1。
如圖4所示，本實(shí)施例提供的防撞系統(tǒng)的工作流程，包括如下步驟：
步驟s1、激光發(fā)射器11依次發(fā)送若干檢測脈沖；其中，激光發(fā)射器11的發(fā)射頻率及脈沖寬度由人工預(yù)設(shè)至運(yùn)算控制器2。
步驟s2、激光接收器12接收經(jīng)反射后的若干反射脈沖；
步驟s3、計時模塊23根據(jù)所述檢測脈沖和所述反射脈沖，獲得第i個脈沖發(fā)射和接收的時間差δti；所述i為正整數(shù)；
值得一提的是，當(dāng)運(yùn)算控制器2發(fā)送檢測脈沖時，即通知計時模塊23計時，并激光接收器12接收到發(fā)射脈沖，計時模塊23分別對各個脈沖從發(fā)射到接收到發(fā)射脈沖進(jìn)行計時。
步驟s4、根據(jù)各個脈沖的時間差δti，獲得各個脈沖的檢測距離di；所述
步驟s5、對各個所述檢測距離di進(jìn)行數(shù)值處理，獲得預(yù)測距離d，所述
步驟s6、根據(jù)所述預(yù)測距離d大小，控制所述報警器32報警，或控制所述行進(jìn)控制繼電器31開啟或關(guān)斷。
本實(shí)施例的工作原理為：由于鋁電解車間的高溫溫度對流，各個區(qū)域空氣密度變化大，所測量的距離信息波動大，需要進(jìn)行數(shù)值處理，獲得較精確的激光測距數(shù)值。在本發(fā)明中，激光發(fā)射器11發(fā)出檢測波，經(jīng)所述目標(biāo)反射器13反射，所述激光接收器12獲得反射波，經(jīng)所述運(yùn)算控制器2處理，獲得激光測距數(shù)值，控制所述報警器32、行進(jìn)控制繼電器31工作。多個脈沖發(fā)射，并接收多個反射脈沖，每一對發(fā)射/反射脈沖均包含有障礙物與多功能天車的距離信息。通過對這些距離信息進(jìn)行數(shù)值處理，獲得精確地激光測距數(shù)據(jù)。
以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。