基于LM的激光测距系统
2007/2/7 10:55:00
作者：贵振方1) 张汝江1) 吕卫阳2)
1）杭州和利时自动化有限公司，杭州 310018
2）北京科技大学，北京 100083
摘 要：本系统以HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC为核心，采用自由口通信技术，对多台激光测距传感器进行监控，实现了激光测距系统的数据采集与处理。
关键词：PLC，激光测距传感器，自由口通信
分类号：TP315
Laser Ranging System Based on the HOLLiAS-LEC G3 PLC
GUI Zhenfang1) Zhang Rujiang1) LU Weiyang2)
1） Hangzhou HollySys Ltd., Hangzhou 310018
2） University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083
ABSTRACT: HOLLiAS-LEC G3 Micro PLC is the main part of the laser ranging system which can monitor several laser-ranging-sensors by the free port communication technology to data acquisition and processing.
KEY WORDS: PLC，Laser-ranging-sensor，Free port communication
随着激光技术的发展，激光测距传感器在检测领域得到了越来越多的应用。本文所研究的基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统，对多台激光测距传感器所采集到的数据进行处理，并将数据传送给上位机，实现了对多台激光测距传感器的监控。
1 激光测距传感器的基本原理
激光测距传感器的基本原理是，通过测量激光往返于被测目标之间所需的时间，来确定被测目标之间的距离。激光测距传感器的原理和结构都很简单，是长距离检测最有效的手段。
激光测距传感器工作时，首先由激光二极管对被测目标发射激光脉冲。经被测目标反射后，激光向各方向散射。部分散射的激光返回到传感器的接收器，被光学系统接收后，成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，能够检测极其微弱的光信号。记录并处理激光脉冲从发射到返回所经历的时间，即可得到被测目标的距离。
2 PLC控制系统硬件设计
基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统的功能结构图如图1所示。系统通过PLC的自由口通信，接收多台激光测距传感器发送过来的数据，根据传感器提供的数据格式解析数据包，计算出测量的距离。系统的功能还包括显示测量距离、在非正常情况下报警、与上位机进行数据交换等。
PLC的CPU模块选用HOLLiAS-LEC G3系列的LM3108模块，其性能价格比很高，广泛应用于工业控制的各个领域。LM3108模块的标准配置包括两个串行通信接口PORT0和PORT1，其中PORT0为RS485接口，PORT1为RS232接口。采用RS232接口建立PLC与上位机的通信，实现PLC程序的下装和监控。采用RS485接口建立PLC与现场仪表的通信。
3 PLC控制系统软件设计
PLC采用自由口通信方式接收激光测距传感器的数据，用%MB400~%MB411的12个字节作为通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的数据。所谓自由口通信，是指用户可以通过设置通信模式来改变通信接口的参数，以适应不同的通信协议。在PLC程序中设定的激光测距传感器的通信参数如表1所示。PLC控制程序采用和利时公司的编程软件PowerPro完成，下面详细介绍数据解析程序。其它应用程序从略。
表1 激光测距传感器的通信参数
3.1 数据解析程序的变量定义
PROGRAM PLC_PRG
VAR
SetRS485: Set_COMM2_PRMT; (* RS485自由口通信参数设置 *)
SetRS485Q: BOOL; (* RS485自由口通信参数设置标志 *)
Receive: COMM2_RECEIVE; (* RS485自由口通信数据接收 *)
ReceiveQ: BOOL; (* RS485自由口通信数据接收标志 *)
ReceivedData: STRING; (* 存储ASCII码数据的字符串 *)
Position1: INT; (* 起始字符的位置 *)
Position2: INT; (* 结束字符的位置 *)
ReceivedData_STRING: STRING; (* ASCII码形式的数据 *)
ReceivedData_DWORD: DWORD; (* 十六进制形式的数据 *)
END_VAR
3.2 数据解析程序的梯形图
3.3 数据解析程序分析
PLC从激光测距传感器接收到的数据是ASCII码形式，所以需要将ACSII码转换成PLC能够操作的十六进制数。
首先在存储ASCII码数据的字符串ReceivedData中找到数据的起始字符“+”，并将其位置存储在变量Position1中。然后再找到数据的结束字符“$R”，并将其位置存储在变量Position2中。将位置Position2与位置Position1之间的字符取出，存入变量ReceivedData_STRING中，此即为数据的ASCII码形式。最后将该ASCII码形式的数据ReceivedData_STRING转换位十六进制形式的数据ReceivedData_DWORD，即完成了数据的解析。
4 结论
采用和利时HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC作为激光测距系统的控制核心，可以方便地与激光测距传感器进行通信。实践证明，该方案结构简单，运行过程稳定可靠，实现了激光测距系统的数据采集与处理。
参考文献
[1]杭州和利时自动化有限公司. HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC硬件手册，2006
[2]杭州和利时自动化有限公司. HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC软件手册，2006
[3]杭州和利时自动化有限公司. HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC指令手册，2006
1）杭州和利时自动化有限公司，杭州 310018
2）北京科技大学，北京 100083
摘 要：本系统以HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC为核心，采用自由口通信技术，对多台激光测距传感器进行监控，实现了激光测距系统的数据采集与处理。
关键词：PLC，激光测距传感器，自由口通信
分类号：TP315
Laser Ranging System Based on the HOLLiAS-LEC G3 PLC
GUI Zhenfang1) Zhang Rujiang1) LU Weiyang2)
1） Hangzhou HollySys Ltd., Hangzhou 310018
2） University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083
ABSTRACT: HOLLiAS-LEC G3 Micro PLC is the main part of the laser ranging system which can monitor several laser-ranging-sensors by the free port communication technology to data acquisition and processing.
KEY WORDS: PLC，Laser-ranging-sensor，Free port communication
随着激光技术的发展，激光测距传感器在检测领域得到了越来越多的应用。本文所研究的基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统，对多台激光测距传感器所采集到的数据进行处理，并将数据传送给上位机，实现了对多台激光测距传感器的监控。
1 激光测距传感器的基本原理
激光测距传感器的基本原理是，通过测量激光往返于被测目标之间所需的时间，来确定被测目标之间的距离。激光测距传感器的原理和结构都很简单，是长距离检测最有效的手段。
激光测距传感器工作时，首先由激光二极管对被测目标发射激光脉冲。经被测目标反射后，激光向各方向散射。部分散射的激光返回到传感器的接收器，被光学系统接收后，成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，能够检测极其微弱的光信号。记录并处理激光脉冲从发射到返回所经历的时间，即可得到被测目标的距离。
2 PLC控制系统硬件设计
基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统的功能结构图如图1所示。系统通过PLC的自由口通信，接收多台激光测距传感器发送过来的数据，根据传感器提供的数据格式解析数据包，计算出测量的距离。系统的功能还包括显示测量距离、在非正常情况下报警、与上位机进行数据交换等。
PLC的CPU模块选用HOLLiAS-LEC G3系列的LM3108模块，其性能价格比很高，广泛应用于工业控制的各个领域。LM3108模块的标准配置包括两个串行通信接口PORT0和PORT1，其中PORT0为RS485接口，PORT1为RS232接口。采用RS232接口建立PLC与上位机的通信，实现PLC程序的下装和监控。采用RS485接口建立PLC与现场仪表的通信。
3 PLC控制系统软件设计
PLC采用自由口通信方式接收激光测距传感器的数据，用%MB400~%MB411的12个字节作为通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的数据。所谓自由口通信，是指用户可以通过设置通信模式来改变通信接口的参数，以适应不同的通信协议。在PLC程序中设定的激光测距传感器的通信参数如表1所示。PLC控制程序采用和利时公司的编程软件PowerPro完成，下面详细介绍数据解析程序。其它应用程序从略。
表1 激光测距传感器的通信参数
3.1 数据解析程序的变量定义
PROGRAM PLC_PRG
VAR
SetRS485: Set_COMM2_PRMT; (* RS485自由口通信参数设置 *)
SetRS485Q: BOOL; (* RS485自由口通信参数设置标志 *)
Receive: COMM2_RECEIVE; (* RS485自由口通信数据接收 *)
ReceiveQ: BOOL; (* RS485自由口通信数据接收标志 *)
ReceivedData: STRING; (* 存储ASCII码数据的字符串 *)
Position1: INT; (* 起始字符的位置 *)
Position2: INT; (* 结束字符的位置 *)
ReceivedData_STRING: STRING; (* ASCII码形式的数据 *)
ReceivedData_DWORD: DWORD; (* 十六进制形式的数据 *)
END_VAR
3.2 数据解析程序的梯形图
3.3 数据解析程序分析
PLC从激光测距传感器接收到的数据是ASCII码形式，所以需要将ACSII码转换成PLC能够操作的十六进制数。
首先在存储ASCII码数据的字符串ReceivedData中找到数据的起始字符“+”，并将其位置存储在变量Position1中。然后再找到数据的结束字符“$R”，并将其位置存储在变量Position2中。将位置Position2与位置Position1之间的字符取出，存入变量ReceivedData_STRING中，此即为数据的ASCII码形式。最后将该ASCII码形式的数据ReceivedData_STRING转换位十六进制形式的数据ReceivedData_DWORD，即完成了数据的解析。
4 结论
采用和利时HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC作为激光测距系统的控制核心，可以方便地与激光测距传感器进行通信。实践证明，该方案结构简单，运行过程稳定可靠，实现了激光测距系统的数据采集与处理。
参考文献
[1]杭州和利时自动化有限公司. HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC硬件手册，2006
[2]杭州和利时自动化有限公司. HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC软件手册，2006
[3]杭州和利时自动化有限公司. HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC指令手册，2006
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