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電鍍流水線行車避撞終端電路設計
摘要：自動化電鍍流水線通常采用行車來轉移掛具架，行車運行質量直接關系到產量和產品質量參數的實現。為提高行車運行質量，提出了一種新型避撞終端電路，應用超聲波對行車間距進行測量，使行車間距保持在安全距離以上，減少因行車碰撞而引起的倒掛等生產線停頓事件發生，提高生產效率。
關鍵詞：電鍍流水線 行車 避撞終端 超聲波測距
0 引言
現代電鍍企業大量采用自動化掛鍍流水線，在這些流水線中大多采用2噸左右的小型行車在各鍍槽中轉移掛具架。行車的行走、停止、吊具升降、停留等動作完全由PLC控制，可實現較高精度。行車運行質量直接關系到產量和產品質量參數的實現。在實際生產中，行車運行并不是特別理想。在生產線調試階段，由于調試者技術水平和觀測能力等主客觀限制，行車與實際生產所需要的走位點之間往往存在微小的誤差。通過長時間生產，這些原始誤差會逐步積累放大，最終導致行車走位與實際需要之間出現比較明顯的偏差，從而引起行車間的碰撞，造成掛具架倒掛等事故。一旦發生倒掛，整條生產線就必須停止，同時還需要人工處理掉落在渡槽中的鍍件，每次處理時間至少在20分鐘以上，對正常生產影響極大。為解決碰撞問題，有必要為行車設計和安裝一種特殊的避撞終端。
1 避撞原理
行車一般都安裝于特定軌道上并直線運行，要實現避撞，只要能及時檢測兩部行車之間的距離，在小于安全距離時暫停運行即可。在測距時，通常可使用四種方法：即無線電測距、激光測距、紅外線測距和超聲波測距。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)等會出現揮發，在渡槽上空形成大量的白色霧氣，所以紅外線測距和激光測距均不適合。同時在電鍍車間中存在大量的電力設備，無線電也會受到很大干擾，因而選擇超聲波測距作為實現手段。
超聲波測距是一種非接觸式測量方式，主要原理是：發射器定期發射超聲波，遇到障礙物產生反射，由接收器接收回波信號，采用單片機進行監控，記錄發射與接收的時間差Δt，然后可用以下公式得到準確的液位高度：
L1=L-Δt*C/2
其中L是預先輸入的罐體高度，C是超聲波傳播速度。不過超聲波在空氣中的傳播速度受溫度影響較大，與溫度的關系大致可用下式來表示：
C=331.45+0.61φ（米/秒）
φ為當地氣溫。
2 電路設計
避撞終端的結構框圖如圖1所示，主要由控制電路（ATmega8）、溫度補償電路、超聲波發射驅動電路、發射換能器（T）、超聲波接收檢測電路和接收換能器(R)、輸出接口和電源組成。
超聲波的發射頻率決定采用諧振頻率為40KHz超聲波換能器TCT40-10F1(發射)和TCT40-10S1（接收），該器件工作距離約10m，盲區約30cm。
超聲波發射驅動電路（如圖2所示）采用以74HC04為核心的推挽式驅動電路，單片機PC3口輸出40KHz的方波一路通過一級反向后加入換能器的一端，另一路通過兩級反向后加入換能器的另一端，這樣可以提高超聲波的發射功率，繼而增加最大測量距離。
超聲波接收檢測電路采用LM324兩級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，兩級增益分別控制在40dB和20dB，LM393用于信號整形，整形后的信號將輸入PC2口。
溫度補償電路采用美國Dallas公司的DS18B20芯片，其精度可以達到0.5℃。數據通過PC2口送入單片機。
3 軟件設計
本次設計采用模塊化方式，主要包括主程序、發射子程序、計算子程序、定時子程序、溫度測量子程序、比較子程序等7個單元模塊。主程序流程圖如圖3所示。
4 結束語
避撞終端可安裝于行車行走裝置導軌上方前端，測量范圍約為0.3-10m，誤差范圍約±1cm，實際使用時控制的安全間距大致在50cm左右。在程序處理時需要引入數字濾波技術，根據多次測量計算出平均值，以提高測量精度。
在實際安裝使用過程中，由于電鍍生產環境較為惡劣，需要特別注意在終端外殼應用工程塑料等抗腐蝕材料，以增強對腐蝕性氣體的抵抗能力。
參考文獻：
[1]馬潮.AVR單片機嵌入式系統原理與應用實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社.2007.
[2]潘宗預，潘登.超聲波測距精度的探討[J].長沙:湖南大學學報.2002.
[3]李健.便攜式數字化超聲波檢測儀器的研究[J].西安:西安科技大學.2005:18-21.
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