钢管光电测长系统及误差分析

　　0 前 言

　　钢管测长系统是无缝钢管车间精整区域的主要设备之一,恶劣的工作环境、24小时连续工作制及2.0 mm的测量精度要求,都对测长系统的设计提出了很高的技术要求。

　　本研究在对国内开发的测长系统的调研及对国外同类产品借鉴的基础上,开发了满足这些技术要求的钢管光电测长系统。

　　1 钢管光电测长系统硬件配置

　　钢管光电测长系统由工控机及PLC组成,工控机作为系统的上位机提供人员管理、统计查询、过程监控、状态显示、参数设置和通信等功能。PLC实现下位机执行机构的控制,并通过RS232-C与工控机进行实时通信。测长系统布置,如图1所示。

　　1-光电传感器; 2-运输辊道; 3-编码器; 4-接近开关; 5-分选工位

　　控制核心PLC采用SIEMENS SIMATIC S7-300可编程序控制器,带有高速计数模块、16点输入模块、16点输出模块,可以满足该系统的要求。系统的构成,如图2所示。

　　2 控制系统的设计

　　国内某钢管厂生产的钢管长度范围为5~12m,假设钢管由左向右运输,在辊道两侧布置21对光电对射传感器,传感器之间的间距,如图3所示。

　　0号光电传感器到20号光电传感器之间的距离为12.4 m,编码器由测长轮带动,放在0号与1号传感器之间,可满足测长的要求。编码器工作状态如下:当钢管由左向右运输时,触发测长轮右侧的接近开关,升降汽缸上升,使测长轮与钢管接触,靠摩擦力使测长轮随钢管一起转动,并带动编码器工作。运输过程中,管尾每经过一对光电传感器,高速计数模块清零并重新计数。光电传感器工作状态为:被钢管遮住的传感器输入信号为1;没有被遮住的输入信号为0。钢管向右运动时触发0号光电传感器,此时上位机读取光电传感器状态和高速计数模块的计数值,光电传感器标记的长度为L1,编码器标记的长度为L2,则钢管的长度L为:

　　测长结束后,编码器清零,上位机存储L值,钢管由运输辊道输送到分选工位。

　　3 数据分析及结论

　　在调试时,对长度为12056.000 mm,管径为73 mm的标准管进行50次重复测量,实验数据,如表1所示。

　　由此可知,实验数据近似满足正态分布。

　　(1)平均值为:

　　以实验标准差s(Xk)代替标准差,应用3准则检查是否存在异常数据:

　　据此可得,实验数据中不存在异常值。

　　(4)根据残差Vk=Xk-X,画出实验数据的残差散点,如图4所示。

　　应用残差正、负号的分配检验法:用Ck表示残差Vk的符号函数,有: