摘要：自動(dòng)化電鍍流水線通常采用行車(chē)來(lái)轉(zhuǎn)移掛具架，行車(chē)運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系到產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。為提高行車(chē)運(yùn)行質(zhì)量，提出了一種新型避撞終端電路，應(yīng)用超聲波對(duì)行車(chē)間距進(jìn)行測(cè)量，使行車(chē)間距保持在安全距離以上，減少因行車(chē)碰撞而引起的倒掛等生產(chǎn)線停頓事件發(fā)生，提高生產(chǎn)效率。

    關(guān)鍵詞：電鍍流水線  行車(chē)  避撞終端  超聲波測(cè)距

    0 引言

    現(xiàn)代電鍍企業(yè)大量采用自動(dòng)化掛鍍流水線，在這些流水線中大多采用2噸左右的小型行車(chē)在各鍍槽中轉(zhuǎn)移掛具架。行車(chē)的行走、停止、吊具升降、停留等動(dòng)作完全由PLC控制，可實(shí)現(xiàn)較高精度。行車(chē)運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系到產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，行車(chē)運(yùn)行并不是特別理想。在生產(chǎn)線調(diào)試階段，由于調(diào)試者技術(shù)水平和觀測(cè)能力等主客觀限制，行車(chē)與實(shí)際生產(chǎn)所需要的走位點(diǎn)之間往往存在微小的誤差。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)，這些原始誤差會(huì)逐步積累放大，最終導(dǎo)致行車(chē)走位與實(shí)際需要之間出現(xiàn)比較明顯的偏差，從而引起行車(chē)間的碰撞，造成掛具架倒掛等事故。一旦發(fā)生倒掛，整條生產(chǎn)線就必須停止，同時(shí)還需要人工處理掉落在渡槽中的鍍件，每次處理時(shí)間至少在20分鐘以上，對(duì)正常生產(chǎn)影響極大。為解決碰撞問(wèn)題，有必要為行車(chē)設(shè)計(jì)和安裝一種特殊的避撞終端。

    1 避撞原理
    行車(chē)一般都安裝于特定軌道上并直線運(yùn)行，要實(shí)現(xiàn)避撞，只要能及時(shí)檢測(cè)兩部行車(chē)之間的距離，在小于安全距離時(shí)暫停運(yùn)行即可。在測(cè)距時(shí)，通常可使用四種方法：即無(wú)線電測(cè)距、激光測(cè)距、紅外線測(cè)距和超聲波測(cè)距。在電鍍流水線上，渡槽通常需要蒸汽加熱，很多原料比如出光劑（硝酸）、除脂劑(LH-303)等會(huì)出現(xiàn)揮發(fā)，在渡槽上空形成大量的白色霧氣，所以紅外線測(cè)距和激光測(cè)距均不適合。同時(shí)在電鍍車(chē)間中存在大量的電力設(shè)備，無(wú)線電也會(huì)受到很大干擾，因而選擇超聲波測(cè)距作為實(shí)現(xiàn)手段。

    超聲波測(cè)距是一種非接觸式測(cè)量方式，主要原理是：發(fā)射器定期發(fā)射超聲波，遇到障礙物產(chǎn)生反射，由接收器接收回波信號(hào)，采用單片機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，記錄發(fā)射與接收的時(shí)間差Δt，然后可用以下公式得到準(zhǔn)確的液位高度：
    L1=L-Δt*C/2
    其中L是預(yù)先輸入的罐體高度，C是超聲波傳播速度。不過(guò)超聲波在空氣中的傳播速度受溫度影響較大，與溫度的關(guān)系大致可用下式來(lái)表示：
    C=331.45+0.61φ（米/秒）
    φ為當(dāng)?shù)貧鉁亍?/p>

    2 電路設(shè)計(jì)
    避撞終端的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由控制電路（ATmega8）、溫度補(bǔ)償電路、超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射換能器（T）、超聲波接收檢測(cè)電路和接收換能器(R)、輸出接口和電源組成。 

超聲波的發(fā)射頻率決定采用諧振頻率為40KHz超聲波換能器TCT40-10F1(發(fā)射)和TCT40-10S1（接收），該器件工作距離約10m，盲區(qū)約30cm。

    超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路（如圖2所示）采用以74HC04為核心的推挽式驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)PC3口輸出40KHz的方波一路通過(guò)一級(jí)反向后加入換能器的一端，另一路通過(guò)兩級(jí)反向后加入換能器的另一端，這樣可以提高超聲波的發(fā)射功率，繼而增加最大測(cè)量距離。

    超聲波接收檢測(cè)電路采用LM324兩級(jí)反相比例放大電路和LM393比較電路組成。放大電路用于接收并放大信號(hào)，兩級(jí)增益分別控制在40dB和20dB，LM393用于信號(hào)整形，整形后的信號(hào)將輸入PC2口。

    溫度補(bǔ)償電路采用美國(guó)Dallas公司的DS18B20芯片，其精度可以達(dá)到0.5℃。數(shù)據(jù)通過(guò)PC2口送入單片機(jī)。

    3 軟件設(shè)計(jì)
    本次設(shè)計(jì)采用模塊化方式，主要包括主程序、發(fā)射子程序、計(jì)算子程序、定時(shí)子程序、溫度測(cè)量子程序、比較子程序等7個(gè)單元模塊。主程序流程圖如圖3所示。

    4 結(jié)束語(yǔ)
    避撞終端可安裝于行車(chē)行走裝置導(dǎo)軌上方前端，測(cè)量范圍約為0.3-10m，誤差范圍約±1cm，實(shí)際使用時(shí)控制的安全間距大致在50cm左右。在程序處理時(shí)需要引入數(shù)字濾波技術(shù)，根據(jù)多次測(cè)量計(jì)算出平均值，以提高測(cè)量精度。

    在實(shí)際安裝使用過(guò)程中，由于電鍍生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，需要特別注意在終端外殼應(yīng)用工程塑料等抗腐蝕材料，以增強(qiáng)對(duì)腐蝕性氣體的抵抗能力。

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