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摘要：以清江隔河岩一级垂直升船机和福建水口垂直升船机为例，阐述了CCD条码检测技术等几种行程检测方式在升船机中的应用。
关键词：
升船机；行程检测；CCD；编码器
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2012）02-0282-02
1引言
清江隔河岩一级垂直升船机和福建水口垂直升船机计算机监控系统是一套复杂的自动控制系统，涵盖到应力、水位、水深、加速度、油压、油温行程、位置、电压、电流、扭矩等十多种不同性质参数的检测。如果缺少一个可靠、精确的检测系统，就难以保证升船机自动控制系统的正常运行。
行程检测是升船机检测项目中非常重要的一项任务，主要包括承船厢行程检测和各类油缸的行程检测。下面就承船厢行程检测和各类油缸的行程检测进行介绍。
2承船厢行程检测
升船机在工作过程中，承船厢位置是一个重要的测控参数，要求数据准确可靠、重复性好、满足提升速度和采样速率的要求，当因故障掉电再行恢复运行时原数据不丢失，而且要求检测装置安装、调试方便。为确保升船机主拖动系统安全、准确、可靠的运行和控制，必须对承船厢行程进行高精度的在线动态检测。为了保证这一参数准确可靠，通常采取几种不同的测量方式同步并行，以满足控制系统的要求。
2.1利用CCD条码检测技术
清江隔河岩一级升船机承船厢行程检测方式之一是采用CCD条码检测技术对承船厢的行程进行动态检测。
其基本原理是当被检测对象在一定照度情况下通过光学系统就会成像在CCD像素上，用一合适的时钟脉冲对CCD进行驱动，在其输出端就可获得被检测对象的视频信号，我们设定编组条码与对应脉冲当量有准确的关系，则通过检测判断即可解算出承船厢当前的实际位置，原理示意图如下图1：在清江隔河岩一级升船机实际施工中，我们将条码板固定在船厢池的塔柱上，每米一组条码，表示以米为单位的绝对位置编码，在船厢相应的位置安装一个有2160光电单元的线性CCD摄像系统，由于CCD距离目标（条码）较远，而且要求目标的位置准确，因此采用稳定的辅助光源是解决CCD动态响应的有效途径，我们选用可调光源的碘钨灯，并以适当的降压措施来保证其使用寿命。只要能在线性CCD摄像系统上得到一个完整的条码组光电影像，我们就能读出不同条码组的位置数据和条码在CCD上的相对位置（一米之内的精码），这样在一个扫描周期（如2.5毫秒）就能得到承船厢和塔柱间的相对位置。这好比在塔柱上防止一把100多米的直尺，条码就是刻度线或标号，CCD摄像系统好比人的眼睛，通过CCD元件将光学位置信号转换成随时间变化的电信号，由逻辑电路和单片机进行高速处理，就能实时读出承船厢的绝对位置信息。由此可看出该行程检测方式的优势为：
（1）利用塔柱作为船厢行程测量基准，其稳定性好，数据准确，受其他环节影响小。
（2） 利用条码技术，实现全程绝对编码，能实时提供准确可靠的绝对位置。CCD技术和单片机技术的发展可以使检测精度达到更高的要求，安装调试方便。
（3） 利用摄像头共轭特性，可以克服检测过程中船厢摆动的影响，同时可以检测承船厢的水平情况。
2.2采用光电编码技术
福建水口升船机承船厢行程检测方式之一是采用在主提升机卷筒轴上装设光电编码器的方法进行检测。具体做法是：在主提升卷筒主轴上加装过渡轴，经滑块式联轴器与测量齿轮组和编码器相连。整个检测装置通过支架固定在卷筒端盖上。其检测原理是将承船厢的直线位移转化主提升卷筒的角位移进行测量，光电编码器将卷筒的角位移量转换成对应的数字量，经行程显示仪处理后，显示出承船厢的直接行程并送PLC处理。
该种检测方式的特点是结构简单，安装方便，易于维护，但该方式对于主提升卷筒加工精度要求较高，并且受钢丝绳直径不均匀、钢丝绳磨损、钢丝绳受力伸长不等、钢丝绳的弹性模量和温度的不一致等因素的影响。
2.3采用红外激光测距仪进行检测
采用瑞红外激光测距仪对承船厢进行动态行程测量，经PLC处理可得到承船厢实时的绝对高程。通常用该检测方式与其他检测方式配合使用，用以可以补偿主提升机卷筒和钢丝绳带来的误差。
3各类油缸行程检测
3.1采用恒力弹簧收绳开度检测方式
该检测方式原理图如图2。
图2恒力弹簧收绳开度检测原理图
其检测原理为：钢丝绳与油缸活塞杆相连，活塞杆运动时，测量轮在恒张力盘簧和钢丝绳的带动下转动，将油缸活塞杆或闸门开度的线位移转换成测量卷筒的角位移，光电编码器将卷筒的角位移量转换成对应的数字量，经开度显示仪处理后，显示出油缸的直接行程量并送PLC进行解算（或直接将编码器信号送PLC处理），得出油缸移动的位移量。
该检测方式的特点是无需吊挂配重，测量精度高，工作可靠，操作维护方便。但该方式由于钢丝绳外置，易受外界的损坏而导致钢丝绳断绳。
3.2采用压轮式开度检测方式
该检测方式原理图如图3。
其检测原理为：油缸活塞杆运动时，压轮与油缸活塞杆同步转动，压轮将油缸的线位移转换成压轮的角位移，编码器将压轮的角位移量转换成对应的数字量，经开度显示仪处理后，显示出油缸的直接行程量并送PLC解算，得出油缸移动的位移量即活塞杆当前所处的位置。
图3压轮式开度检测方式原理图
该检测方式的特点是结构简单，测量精度高，工作可靠，操作维护方便，克服了传统的钢丝绳检测方式易受外界干扰的缺点。
4结语
由于钢丝绳卷扬全平衡式升船机是一个全新的领域，其很多行程检测技术处于摸索和发展阶段，因此其成功与否还有待今后实践的进一步检验。，但均对直径和长度测量无影响。
参考文献
［1］胡永国，林金华等.基于CCD的三峡升船机船厢行程检测研究［J］.光学与光电技术，2011，（4）：69-73.
关键词：
升船机；行程检测；CCD；编码器
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2012）02-0282-02
1引言
清江隔河岩一级垂直升船机和福建水口垂直升船机计算机监控系统是一套复杂的自动控制系统，涵盖到应力、水位、水深、加速度、油压、油温行程、位置、电压、电流、扭矩等十多种不同性质参数的检测。如果缺少一个可靠、精确的检测系统，就难以保证升船机自动控制系统的正常运行。
行程检测是升船机检测项目中非常重要的一项任务，主要包括承船厢行程检测和各类油缸的行程检测。下面就承船厢行程检测和各类油缸的行程检测进行介绍。
2承船厢行程检测
升船机在工作过程中，承船厢位置是一个重要的测控参数，要求数据准确可靠、重复性好、满足提升速度和采样速率的要求，当因故障掉电再行恢复运行时原数据不丢失，而且要求检测装置安装、调试方便。为确保升船机主拖动系统安全、准确、可靠的运行和控制，必须对承船厢行程进行高精度的在线动态检测。为了保证这一参数准确可靠，通常采取几种不同的测量方式同步并行，以满足控制系统的要求。
2.1利用CCD条码检测技术
清江隔河岩一级升船机承船厢行程检测方式之一是采用CCD条码检测技术对承船厢的行程进行动态检测。
其基本原理是当被检测对象在一定照度情况下通过光学系统就会成像在CCD像素上，用一合适的时钟脉冲对CCD进行驱动，在其输出端就可获得被检测对象的视频信号，我们设定编组条码与对应脉冲当量有准确的关系，则通过检测判断即可解算出承船厢当前的实际位置，原理示意图如下图1：在清江隔河岩一级升船机实际施工中，我们将条码板固定在船厢池的塔柱上，每米一组条码，表示以米为单位的绝对位置编码，在船厢相应的位置安装一个有2160光电单元的线性CCD摄像系统，由于CCD距离目标（条码）较远，而且要求目标的位置准确，因此采用稳定的辅助光源是解决CCD动态响应的有效途径，我们选用可调光源的碘钨灯，并以适当的降压措施来保证其使用寿命。只要能在线性CCD摄像系统上得到一个完整的条码组光电影像，我们就能读出不同条码组的位置数据和条码在CCD上的相对位置（一米之内的精码），这样在一个扫描周期（如2.5毫秒）就能得到承船厢和塔柱间的相对位置。这好比在塔柱上防止一把100多米的直尺，条码就是刻度线或标号，CCD摄像系统好比人的眼睛，通过CCD元件将光学位置信号转换成随时间变化的电信号，由逻辑电路和单片机进行高速处理，就能实时读出承船厢的绝对位置信息。由此可看出该行程检测方式的优势为：
（1）利用塔柱作为船厢行程测量基准，其稳定性好，数据准确，受其他环节影响小。
（2） 利用条码技术，实现全程绝对编码，能实时提供准确可靠的绝对位置。CCD技术和单片机技术的发展可以使检测精度达到更高的要求，安装调试方便。
（3） 利用摄像头共轭特性，可以克服检测过程中船厢摆动的影响，同时可以检测承船厢的水平情况。
2.2采用光电编码技术
福建水口升船机承船厢行程检测方式之一是采用在主提升机卷筒轴上装设光电编码器的方法进行检测。具体做法是：在主提升卷筒主轴上加装过渡轴，经滑块式联轴器与测量齿轮组和编码器相连。整个检测装置通过支架固定在卷筒端盖上。其检测原理是将承船厢的直线位移转化主提升卷筒的角位移进行测量，光电编码器将卷筒的角位移量转换成对应的数字量，经行程显示仪处理后，显示出承船厢的直接行程并送PLC处理。
该种检测方式的特点是结构简单，安装方便，易于维护，但该方式对于主提升卷筒加工精度要求较高，并且受钢丝绳直径不均匀、钢丝绳磨损、钢丝绳受力伸长不等、钢丝绳的弹性模量和温度的不一致等因素的影响。
2.3采用红外激光测距仪进行检测
采用瑞红外激光测距仪对承船厢进行动态行程测量，经PLC处理可得到承船厢实时的绝对高程。通常用该检测方式与其他检测方式配合使用，用以可以补偿主提升机卷筒和钢丝绳带来的误差。
3各类油缸行程检测
3.1采用恒力弹簧收绳开度检测方式
该检测方式原理图如图2。
图2恒力弹簧收绳开度检测原理图
其检测原理为：钢丝绳与油缸活塞杆相连，活塞杆运动时，测量轮在恒张力盘簧和钢丝绳的带动下转动，将油缸活塞杆或闸门开度的线位移转换成测量卷筒的角位移，光电编码器将卷筒的角位移量转换成对应的数字量，经开度显示仪处理后，显示出油缸的直接行程量并送PLC进行解算（或直接将编码器信号送PLC处理），得出油缸移动的位移量。
该检测方式的特点是无需吊挂配重，测量精度高，工作可靠，操作维护方便。但该方式由于钢丝绳外置，易受外界的损坏而导致钢丝绳断绳。
3.2采用压轮式开度检测方式
该检测方式原理图如图3。
其检测原理为：油缸活塞杆运动时，压轮与油缸活塞杆同步转动，压轮将油缸的线位移转换成压轮的角位移，编码器将压轮的角位移量转换成对应的数字量，经开度显示仪处理后，显示出油缸的直接行程量并送PLC解算，得出油缸移动的位移量即活塞杆当前所处的位置。
图3压轮式开度检测方式原理图
该检测方式的特点是结构简单，测量精度高，工作可靠，操作维护方便，克服了传统的钢丝绳检测方式易受外界干扰的缺点。
4结语
由于钢丝绳卷扬全平衡式升船机是一个全新的领域，其很多行程检测技术处于摸索和发展阶段，因此其成功与否还有待今后实践的进一步检验。，但均对直径和长度测量无影响。
参考文献
［1］胡永国，林金华等.基于CCD的三峡升船机船厢行程检测研究［J］.光学与光电技术，2011，（4）：69-73.