浅谈PLC控制器与超声波 测距仪结合实现双行车防撞的自动控制

【摘要】在现代大型厂矿企业中，行车作为重要的运输设备得到了广泛应用，如炼钢厂，码头港口等工作场地，大都采用单行车在轨道上运行作业，也有采用双行车在同一轨道上作业。在实际工作中行车与轨道末端防撞器和相互碰撞的碰撞几率是十分高的。传统上都是靠操作人员的经验和目视判断和相关操作来防止这种碰撞的发生，这就要求操作人员注意力高度集中，增加了操作人员的劳动强度。在PLC广泛使用的今天，如果使用测距仪的报警功能作为传感器，利用PLC优越的位置控制功能，来实现行车的自动减速和自动制动。从而实现降低碰撞几率提高操作人员和行车的安全程度，降低操作人员的劳动强度是完全可能的。

【关键词】PLC；超声波测距仪；无线信号收发器；信号设置

1.行车、PLC、超声波测距仪的特点

1.1行车的运动特点

运输机械是属于低速，重载的起重机械，运动距离短，运行方向简单。其主要运动方向是：打车的前后直线运行、小车的的左右直线运行、吊钩的上下直线运行、和大车、小车，吊钩的复合运动。

1.2 PLC的运行特点

可编程控制器（PLC）的特点是通过采集实际工业生产过程中产生的各种物理量如：温度、速度、流量、液位、距离等模拟量，经过D/A转换，通过微处理器处理后再经过A/D转换向执行元件发出指令，从而实现被控制设备的自动运行。

2.超声波测距仪的特点

超声报测距仪具有定向发射、方向性强、强度易控制、与被测物体不直接接触的特点。广泛应用与倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。

超声波测距仪及PLC的安装位置

（1）大车；大车前后外侧防撞器处各装一个以控制大车的行走距离不可超出轨道末端，也可以实现双行车相互接近的提醒减速及制动。

（2）小车；小车前后外防撞器侧各装一个，以实现小车接近大车左右侧末端时的提醒减速及制动。

（3）PLC安装于操作室内，通过数据线与超声波测距仪相连接，也可以使用无线接收装置实现无线控制。

3.超声波测距仪距离设置

超声波测距仪有三个关键设置：（1）减速距离设置，由于行车在载荷状态下的惯性比较大，所以根据现场实际情况设定减速距离十分必要。(2)制动距离设置，经减速后的行车运行一段距离后到达轨道末端或两个行车接近安全距离范围时，就需要制动停车，否则就会发生碰撞冲击或两车相撞事故。（3）双车相向减速和制动距离设置，双车相向减速和制动距离的设置应当是单车检测末端防撞器的两倍。

4.控制原理

当单车行车在运行状态下时，当行车运行至末端减速距离时，超声波测速器发出减速信号，同时减速信号发至PLC，由PLC处理后指令减速继电器吸合，并发出提示音或提示灯光信号。实现行车或小车的减速运行。如果减速后的行车运行至制动距离时，超声波测距仪发出制动信号，经PLC处理后指令制动继电器吸合，大车或小车的抱闸动作实现制动停车。当双行车相互接近至减速距离时，双车减速信号同时发至PLC，PLC指令同时告警并且同时减速运行，运行至制动距离时双车制动信号同时发至PLC，PLC指令双车同时制动。

5.超声波测速仪对于数据传输线的要求

由于行车运行环境比较复杂，尤其是大型钢铁企业，行车工作环境尤其恶劣，同时存在高电压电磁辐射，热辐射。还有电磁干扰等影响。对此应当使用0.5―0.75m带有屏蔽层信号缆线敷设，以保证信号传输不扰，还应采用信号放大起增强接收信号，从而保证信号质量。

6.双行车防撞采用一套PLC集中控制的解决方案

当使用PLC与超声波测距仪结合作为自动防撞控制器控制单台行车时，其安装、数据传输是相对简单，也容易实现防撞功能。如果双行车各自采用一套防撞控制器时，也能实现防止相互碰撞的功能。但是会增加PLC的数量，从而造成成本的上升，也不利于充分发挥PLC集中控制多台设备的优势。所以可以采用单机有线传输和双机间无线传输的方案来解决这个问题。

具体实施方案是：1)将其中一台行车作为主机，可采用数据有线传输的方法安装，并将PLC安装在操作室内，并实现声光报警功能。并将另一台行车的信号采集和执行集中到一台无线收发器上。将另一行车台作为辅助机，只安装超声波测距仪，将所有的信号通过有线数据传输集中到一个无线收发器上。并将声光报警信号输送至操作室内。2)两台无线收发器安装于两台行车相对应的腹板或桁架平面上，并保证高度，左右距离的一致，以保证收发信号准确无误。

7.双行车无线传输信号的设置

（1）由于超声波测距仪只发出两个信号―减速与制动，对于行车来说，至少有三对信号是重叠的。为了避免行车出现一台防撞装置动作时正常运行的小车或另一台行车出现随动现象，（这种随动现象对于正在运行的行车非常危险，容易发生事故）必须对这三对信号在传输过程中作出区分。要保证行车既能在大车或小车采取制动时，又不影响的运行中的设备独立运行。

（2）由于主机的各种信号已经由PLC做出区隔，所以不用重新设置，但对于辅助机上的无线收发器信号和主机上的无线收发信号频率做出对应的区分。如小车防撞无线信号频率为减速5MHZ，制动为8MHZ。那么大车末端防撞信号频率为10MHZ，制动信号频率为13MHZ。大车相互防撞减速信号为15MHZ，制动信号频率为18MHZ。

（3）无线信号收发器的收发频率设置：两台无线信号收发器只是针对辅助行车的防撞信号进行无线传输，为了防止出现传输频点一致而导致误动作或相互干扰，就需要对接收和发送信号做出区分。如小车减速频率的无线信号设置为5MHZ，那么执行信号的频率就设置为6MHZ。小车制动频率的无线信号设置为8NHZ，那么执行信号的频率就设置为9MHZ。其余类同

（4）无线信号收发器的传输距离设置：可根据行车导轨的总长度+余量进行采购符合要求的信号收发器或自行设置，自行设置要保证在有效距离内的传输衰减量不超过5%，以保证信号传输的有效性。

（5）信号执行框图如下:

8.调试和维护

（1）自动控制系统预先设置，设置好后在地面进行测试，通过仪器检测各单元发送的信号是否有效，执行单元是否发出（下转第347页）（上接第242页）可靠的执行信号。测试完毕后可装上行车进行进一步调试。

（2）防撞自动控制系统安装完毕后，必须进行慢车接近和碰撞测试，精确设定超声波测距仪的减速距离和制动距离的设置，调整无线信号收发器的相对位置。精确设置完毕再进行一次慢车接近和碰撞测试，最后进行载荷状态下测试，以确保自动控制系统的准确有效。

（3）对于安装好的自动控制系统，应定期进行维护，包括各线路的完好检查，各连接点的螺丝紧固及无线信号收发器的清洁等。对于长期不用的设备还应定期对自动控制系统检查，测试。

9.结束语

行车作为重要的运输设备，它的安全运行直接关系着厂矿等企业的直接经济效益，也关乎着厂矿企业操作人员的生命安全，虽然可以通过技术手段实现行车的安全运行，但还是需要操作人员无比的责任心和高超的操作技术来保证行车设备的安全运行。[科]