激光測距儀在XX堆廳吊車控制系統(tǒng)中的應用

陳夢雪 蔣波 李林洪

摘 要

介紹了激光測距儀測距技術及其在XX堆廳吊車控制系統(tǒng)中的安裝和應用，重點介紹其在吊車定位及自動對中中的應用，使用該技術，可以實現(xiàn)對吊車位置的準確實時定位，解除了現(xiàn)在普遍應用的吊車控制系統(tǒng)對自動對中初始目標位置的限制，還可以引入一些擴展應用，方便了操作人員的操作。

關鍵詞

激光測距儀;定位;自動對中

中圖分類號： TG334.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

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

0 引言

堆廳吊車是進行核燃料裝載必不可少的設備，在反應堆運行期間，承擔著把輻照材料吊入、吊出堆芯孔道的任務。

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

1 激光測距儀

激光測距是當前廣泛應用的定位技術，利用激光的非接觸性、快速性及高精度特性對目標進行準確定位，有利于改善整合行吊運動控制特性，準確、快速到達預定位置，減少人員來回定位時帶來的工作效率低下等問題。

激光測距儀是利用激光對目標的距離進行準確測定（又稱激光測距）的儀器。激光測距儀在工作時向目標射出一束很細的激光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離。

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

D=ct/2

式中：

D——測站點A、B兩點間距離;

c——速度;

t——光往返A、B一次所需的時間。

由上式可知，要測量A、B 距離實際上是要測量光傳播的時間t，根據(jù)測量時間方法的不同，激光測距儀通?？煞譃槊}沖式和相位式兩種測量形式。

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

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

吊車測量系統(tǒng)可用相位激光測距儀實現(xiàn)吊車的實時定位。根據(jù)堆廳大小，選擇中距離傳感器，測量范圍為50mm至30000mm，即可滿足吊車可達區(qū)域的測量需求。

2 吊車速度的設置

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

采用變頻器實現(xiàn)電機驅動以及方向和速度控制，以此實現(xiàn)大小車和大小鉤的緩啟、緩停功能。

大鉤、小鉤的手動狀態(tài)下速度只有高速、低速兩個選擇，大車、小車手動狀態(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中重新設置。

3 儀器的安裝

在定位和自動對中中需要獲取吊鉤的當前位置信息，該位置可以通過測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、小車的適當位置分別安裝一臺激光測距儀，并且以通訊方式接入PLC即可。其對吊車運行的控制原理如圖1所示，激光測距儀測得到位置信息模擬信號送到控制柜PLC處理后對吊車的方向和速度進行調控。

如圖2，A、B為安裝于大小車上的激光測距儀，a為A對應的置于墻壁上與A垂直的固定位置的反光板，b為B對應的置于大車上靠近墻壁的與B垂直的固定位置的反光板，激光測距儀發(fā)出的信號送到控制柜的PLC處理后對吊車進行控制。S1、S2、S3、S4為限位開關，吊車運行過程中遇到限位開關即停止運行，K1、K2為光電開關，吊車運行過程中遇到光電開關吊鉤自動上升至一定高度，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系的原點。大車上的激光測距儀測量橫向（X軸方向）到墻面反光板的距離，該距離與激光測距儀X方向的坐標經計算修正后即得到大車X方向的坐標值;小車上的激光測距儀測量縱向（Y軸方向）到大車上的反光板的距離，該距離與激光測距儀及反光板Y方向的坐標經計算修正后即得到小車Y方向的坐標值。這兩個方向的坐標值作為大小車位置信息送入PLC，即實現(xiàn)了大小車的定位。

送入PLC大小車的實時位置信息可應用于后續(xù)的自動對中過程，同時也可以顯示于顯示器上供操作人員觀察使用。

5 自動對中

首先將堆廳10個固定孔道的位置信息事先保存到PLC控制器內，若自動對中的對象為堆廳內的10個固定孔道之一，則只需在控制臺上選擇孔道即可，如需要吊取堆廳內孔道位置以外的物體，則需要事先測量該位置的坐標值（精確度要求高時可選擇用激光測距儀測得）并手動輸入PLC系統(tǒng)中供選擇。吊車的自動對中原理如圖3所示，控制系統(tǒng)對目標位置坐標和激光測距儀測得的吊車當前位置進行比較后控制變頻器驅動馬達調速。

大車的自動對中過程如下：

大車的運行速度在自動狀態(tài)下下分為高速（100%額定速度）和低速（20%額定速度），預設低速運行距離為S。

設測得大車X軸方向位置坐標為X1（實時測量），目標點的X軸方向位置坐標為X2，則D=X2-X1為目標點距大車的距離。大車運行方向和速度確定如下：

當D>0時，大車向右運行;當D<0時，大車向左運行，當D=0時，大車停止運行。

當D>S時，大車高速運行;當D=S時，進行高低速切換;當D

小車在Y軸方向上的自動運行同理。

考慮到大小車啟動、停止、加速、減速過程中慣性的影響，需要在實際調試中通過定時運行的方式作適當修正。

大小車PLC控制下定位及自動對中流程見圖4在此運行過程中，程序要時刻檢測是否有手動操作的切換，如果有，自動對中程序馬上中止進入手動操作程序。

6 擴展應用

運用激光測距儀吊車實現(xiàn)實時位置定位后，突破了目標位置的限制，但現(xiàn)在的吊車控制系統(tǒng)的吊車自動對中功能僅可以在設定的10個孔道間進行，可以進一步改進，即添加目標位置自定義功能，將目標位置的坐標輸入到PLC中，該位置即可和預先定義的10個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，將激光測距儀實時測得的吊車位置和運行方向、速度、故障狀態(tài)等信息一起顯示出來供操作員查看。

7 結論

使用激光測距儀可以對吊車位置實現(xiàn)精確的實時定位，從而消除了后續(xù)自動對中流程的初始位置限制，實現(xiàn)了整個吊車運行范圍內任意目標位置的自動對中，除此之外，還可以實現(xiàn)目標位置自定義及吊車實時位置顯示等擴展應用，方便了堆廳操作人員對堆廳內吊車的操作。

參考文獻

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