CN114577115B - 一种基于plc的高速运动检测边沿位置方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于PLC的高速运动检测边沿位置方法及装置，涉及检测边沿位置技术领域，该方法包括获取激光测距传感器采集的管桩边沿位置对应的模拟量信号；每获取N个所述模拟量信号计算一次模拟量平均值并存储所述模拟量信号的平均值，根据获取的下一次模拟量信号与所述模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值；将所述更新的模拟量信号平均值作为所述边沿位置对应的模拟量信号输出给伺服驱动器驱动伺服电机。本发明通过上述方法来对模拟量信号进行滤波处理，以此解决模拟量信号由于线路分布电容、传感器、模块等影响因数采集的信号波形有少量的毛刺和缺陷的问题。
Description
技术领域
本发明涉及检测边沿位置技术领域，尤其涉及一种基于PLC的高速运动检测边沿位置方法及装置。
背景技术
预制混凝土管桩制造业劳动强度高，近年来管桩行业自动化发展快速，现场设备的运动控制经常需要对高速运动过程中的一些位置点进行采集、记录进行进一步应用；早期有伺服驱动器的探针记录位置方式和总线位置加开关量信号检测方式，这两种方式由于受现场基建安装精度和模具精度等影响稳定性，后来采用实时激光测距检测位置方法，距离数据的实时传送一种是需要支持IRT的ProfiNet总线方式，一种是高速模拟量传送方式，支持IRT的ProfiNet测距传感器具有造价昂贵、供应商少等缺点不利于设备的批量生产，高速模拟量信号由于线路分布电容、传感器、模块等影响因数采集的信号波形有少量的毛刺和缺陷，位置边沿信号的处理极为重要，将直接影响系统稳定性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于PLC的高速运动检测边沿位置方法及装置，用于解决模拟量信号由于线路分布电容、传感器、模块等影响因数采集的信号波形有少量的毛刺和缺陷的问题。
根据本发明的第一个方面，提供了基于PLC的高速运动检测边沿位置方法，包括：
获取激光测距传感器采集的管桩边沿位置对应的模拟量信号；
每获取N个所述模拟量信号计算一次模拟量平均值并存储所述模拟量信号的平均值，根据获取的下一次模拟量信号与所述模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值；
将所述更新的模拟量信号平均值作为所述边沿位置对应的模拟量信号输出给伺服驱动器驱动伺服电机。
本发明的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法，通过每获取N个模拟量信号计算一次模拟量平均值并存储模拟量信号的平均值，根据获取的下一次模拟量信号与模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值，来对模拟量信号进行滤波处理，以此解决模拟量信号由于线路分布电容、传感器、模块等影响因数采集的信号波形有少量的毛刺和缺陷的问题。
在一些实施方式中，根据获取的下一次模拟量信号与所述模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值包括：
利用A＝Al+(CX-AN)/N，计算新的模拟量信号平均值，其中，A为新的模拟量信号平均值，Al为上一次执行的模拟量信号平均值，CX为获取的下一次模拟量信号，AN为执行完N个数后更新的模拟量信号平均值。
在一些实施方式中，将所述边沿位置对应的模拟量信号在预设位移距离上为连续的信号，作为有效的模拟量信号来计算模拟量平均值。
在一些实施方式中，模拟量信号为电流模拟量信号。
根据本发明的第二个方面，提供一种基于PLC的高速运动检测边沿位置装置，该基于PLC的高速运动检测边沿位置装置用于执行上述的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法，包括：
获取模块，所述获取模块用于获取激光测距传感器采集的管桩边沿位置对应的模拟量信号；
更新模块，所述更新模块用于每获取N个所述模拟量信号计算一次模拟量平均值并存储所述模拟量信号的平均值，根据获取的下一次模拟量信号与所述模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值；
输出模块，所述输出模块用于将所述更新的模拟量信号平均值作为所述边沿位置对应的模拟量信号输出给伺服驱动器驱动伺服电机。
在一些实施方式中，所述更新模块根据获取的下一次模拟量信号与所述模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值包括：
利用A＝Al+(CX-AN)/N，计算新的模拟量信号平均值，其中，A为新的模拟量信号平均值，Al为上一次执行的模拟量信号平均值，CX为获取的下一次模拟量信号，AN为执行完N个数后更新的模拟量信号平均值。
在一些实施方式中，还包括高速模拟量模块，所述高速模拟量模块将所述边沿位置对应的模拟量信号在预设位移距离上为连续的信号，作为有效的模拟量信号来计算模拟量平均值。
在一些实施方式中，所述模拟量信号为电流模拟量信号。
根据本发明的第三个方面，提供一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，程序执行上述任一项的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法。
根据本发明的第四个方面，提供一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任一项的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法。
与现有技术相比，本发明的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法及装置，通过每获取N个模拟量信号计算一次模拟量平均值并存储模拟量信号的平均值，根据获取的下一次模拟量信号与模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值，来对模拟量信号进行滤波处理，以此解决模拟量信号由于线路分布电容、传感器、模块等影响因数采集的信号波形有少量的毛刺和缺陷的问题。
附图说明
图1为各OB组织块系统调用时序图；
图2为本发明一实施方式的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法的流程图；
图3为激光测距传感器采集的管桩边沿位置对应的模拟量信号的示意图；
图4为高速运行中的激光测距传感器采集的数据波形；
图5为存储N个数据的存储区示意图；
图6为本发明一实施方式的基于PLC的高速运动检测边沿位置装置的模块图；
图7为本发明一实施方式的基于PLC的高速运动检测边沿位置装置示意图。
附图标号说明：获取模块100，高速模拟量模块101，更新模块200，输出模块300。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
该基于PLC的高速运动检测边沿位置方法以PLC和运动控制应用技术专业理论知识为依托，激光测距传感器开关量信号适应性差，以西门子S7-1500扩展高速模拟量模块配合激光测距传感器解决伺服快速运动过程中查找物体边沿位置，模拟量检测可靠性、适应性好。采用西门子S7-1500的PLC,伺服电机为西门子V90组态为等时同步模式，轴工艺对象组态为定位轴工艺对象，激光测距传感器IRT等级的ProfiNet通信的传感器造价昂贵故采用模拟量信号。用于周期性与总线同步的可编写用户程序的组织块有MC-PreServo[OB67]、MC-PostServo[OB95],应用周期在MC-Servo[OB91]属性中调节，系统并实现周期性调用与同步总线报文数据，轴闭环位置控制开始时通过MC-Servo[OB91]，读取驱动装置的输入区域或编码器报文，运动控制各OB组织块系统调用时序见图1。
根据本发明的第一个方面，图2示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法。如图2所示，该基于PLC的高速运动检测边沿位置方法包括：
S100:获取激光测距传感器采集的管桩边沿位置对应的模拟量信号，其中，模拟量信号为电流模拟量信号。
如图3所示，图3示例性的显示了激光测距传感器采集的管桩边沿位置对应的模拟量信号的示意图，移动设备带动激光测距传感器沿着检测方向移动，在移动过程中，移动设备上的激光测距传感器实时检测待测管桩边沿位置的距离并输出对应的模拟量信号，其中，由于管桩边沿位置的高度不同，激光测距传感器主要测得的是高度突变点(如图所示的A点、B点、C点、D点、E点、F点)。
由于要实时读取位置数据和激光测距模拟量信号，需在MC-PostServo[OB95]中实时读取数据，MC-PostServo[OB95]是在MC-Servo[OB91]调用之后马上调用，读取的位置精度＝速度/OB91的应用周期(例如速度为500mm/s,应用周期为4ms，则记录的位置偏差最大为2mm)。模拟量模块为西门子AI 8xU/I HS的高速模拟量模块最短采样时间可达60ns，模拟量组态为4～20mA(电流信号比电压信号抗干扰能力更强)，高速运行中的激光测距传感器采集的数据波形如图4所示。
S200:每获取N个模拟量信号计算一次模拟量平均值并存储模拟量信号的平均值，根据获取的下一次模拟量信号与模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值；根据获取的下一次模拟量信号与模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值包括：
利用A＝Al+(CX-AN)/N，计算新的模拟量信号平均值，其中，A为新的模拟量信号平均值，Al为上一次执行的模拟量信号平均值，CX为获取的下一次模拟量信号，AN为执行完N个数后更新的模拟量信号平均值。
由于线路存在分布电容、传感器或模块等原因高速采集的模拟量信号存在尖峰毛刺和缺陷，在图3中AB和CD和EF或BC和DE段的高度不一样，为了实时取得最好的边沿处的高差对比，在MC-PostServo[OB95]中实时滤波更新高度值。MC-PostServo[OB95]由系统中断调用，在MC-PostServo[OB95]中编写的程序应尽可能的精简高效，否则会大大拉长系统循环时间或者总线应用周期时间，上面提到MC-Servo[OB91]总线应用周期加长将会加大边沿记录的位置偏差，系统循环时间加长会降低系统响应速度。可能在边沿的最后位置我们要实时更新最新检测距离，或者要在同一平面上检测凸起部分的边沿位置并要同时计算平面至设备的距离的时候，我们要将采集回来的信号进行边沿提取、剔除无效数据、滤波取得距离等一系列操作，剔除和滤波程序处理不当将严重影响MC-PostServo[OB95]的执行时间。现有技术主要采用环形缓冲队列滤波，该方式首先划分一个存储N个数据的存储区，每次执行程序都将数据CX存储至存储区，如图5所示。存完N个数据后对N个数求和S、求平均值A，之后每执行一次程序将CN+1覆盖C1、CN+2覆盖C2以此类推，每次执行一次求和、求平均值S＝Sl-Cb+CX，A＝S/N。式中：Sl是上一次的求和值，Cb为当前采集的数据CX将要覆盖的存储值。这种滤波程序具有代码简单、执行速度快的优点。但存在要覆盖的数据Cb与平均值相差太大(如Cb远远大于当前平均值CX，CX略大于平均值A，由公式可以看出此时执行程序后求得的A反而减小)造成信号失真，当我们要对N个数进行平均平滑滤波时，就需要规划N个数据的存储区。可以看出前面的程序具有信号失真和占用运行内存的缺点。
针对这两个缺点进行优化。将公式S＝Sl-Cb+CX，A＝S/N改成S＝Sl-AN+CX，A＝S/N，从先前的CX替换Cb改成了CX替换AN。由于上一次队列循环S＝AN*N，这样程序执行N次过后从缓冲区的第一个数据到第N个数据替换总和是相等的，这样每次替换的是AN消除了替换Cb带来信号失真，而从公式可以看出由于只需存储AN就能反推需要替换的总和，从而不需要划分N个数据的存储区，这样不管N多大运行内存也不会增加。再将公式S＝Sl-AN+CX，A＝S/N变形得到A＝Al+(CX-AN)/N(式中：A为新的模拟量信号平均值，Al为上一次执行的模拟量信号平均值，CX为获取的下一次模拟量信号，AN为执行完N个数后更新的模拟量信号平均值)。可以看出由于去掉了用于缓存数据的数组，变量就只剩下几个。相对于每次循环求和再求平均值的程序，这样的代码执行时间短、占用CPU运行内存也少，这对应用于在高频率定时中断程序中且需要实时采集模拟量信号状态又需要滤波的极为重要，只需要合理地规划程序就能实现数据的抓取、剔除、滤波等功能。
S300:将更新的模拟量信号平均值作为边沿位置对应的模拟量信号输出给伺服驱动器驱动伺服电机。
在其他实施例中，该基于PLC的高速运动检测边沿位置方法包括：
S101:将边沿位置对应的模拟量信号在预设位移距离上为连续的信号，作为有效的模拟量信号来计算模拟量平均值。
由于线路存在分布电容、传感器或模块等原因高速采集的模拟量信号存在尖峰毛刺和缺陷，此时需要将边沿信号在位移一定距离并连续的信号作为有效边沿信号；由于要实时采集数据和处理数据，这部分程序要在MC-PostServo[OB95]中编写。采集的数据存在尖峰毛刺和缺口，不能将采集的信号边沿直接判断为实际物体的边沿，需要激光测距信Analog(X+1)～Analog(X+N)连续有效的才能判定为有效边沿信号，此时Position(X+1)为有效的边沿信，见表1。判断连续有效信号有两种方法，一种是设定应用周期N个模拟量数据连续判断，此时N个应用周期的移动距离受速度影响；一种是在设定移动距离ΔPosition后模拟量数据连续，此时ΔPosition的采集点受速度影响。
表1
根据本发明的第二个方面，图6和7示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的基于PLC的高速运动检测边沿位置装置，该基于PLC的高速运动检测边沿位置装置用于执行上述的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法，包括：
获取模块100，获取模块100用于获取激光测距传感器采集的管桩边沿位置对应的模拟量信号，其中，模拟量信号为电流模拟量信号；
更新模块200，更新模块200用于每获取N个模拟量信号计算一次模拟量平均值并存储模拟量信号的平均值，根据获取的下一次模拟量信号与模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值；
输出模块300，输出模块300用于将更新的模拟量信号平均值作为边沿位置对应的模拟量信号输出给伺服驱动器驱动伺服电机。
在其他实施例中，更新模块根据获取的下一次模拟量信号与模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值包括：
利用A＝Al+(CX-AN)/N，计算新的模拟量信号平均值，其中，A为新的模拟量信号平均值，Al为上一次执行的模拟量信号平均值，CX为获取的下一次模拟量信号，AN为执行完N个数后更新的模拟量信号平均值。
在其他实施例中，还包括高速模拟量模块101，高速模拟量模块101将边沿位置对应的模拟量信号在预设位移距离上为连续的信号，作为有效的模拟量信号来计算模拟量平均值。其中高速模拟量模块101、获取模块100、更新模块200和输出模块300集成在PLC内。
根据本发明的第三个方面，提供一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，程序执行上述任一项的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法。
根据本发明的第四个方面，提供一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任一项的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于PLC的高速运动检测边沿位置方法，其特征在于，包括：
获取激光测距传感器采集的管桩边沿位置对应的模拟量信号，其中，所述管桩边沿位置的高度不同，所述激光测距传感器检测的是高度突变点；
将所述边沿位置对应的模拟量信号在预设位移距离上为连续的信号，作为有效的模拟量信号来计算模拟量平均值；
每获取N个所述模拟量信号计算一次模拟量平均值并存储所述模拟量信号的平均值，根据获取的下一次模拟量信号与所述模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值；所述根据获取的下一次模拟量信号与所述模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值包括：
利用A=Al+(CX- AN)/ N，计算新的模拟量信号平均值，其中，A为新的模拟量信号平均值，Al为上一次执行的模拟量信号平均值，CX为获取的下一次模拟量信号，AN为执行完 N 个数后更新的模拟量信号平均值；
将所述更新的模拟量信号平均值作为所述边沿位置对应的模拟量信号输出给伺服驱动器驱动伺服电机。
2.根据权利要求1所述的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法，其特征在于，所述模拟量信号为电流模拟量信号。
3.一种基于PLC的高速运动检测边沿位置装置，其特征在于，包括：
获取模块，所述获取模块用于获取激光测距传感器采集的管桩边沿位置对应的模拟量信号，其中，所述管桩边沿位置的高度不同，所述激光测距传感器检测的是高度突变点；
高速模拟量模块，所述高速模拟量模块将所述边沿位置对应的模拟量信号在预设位移距离上为连续的信号，作为有效的模拟量信号来计算模拟量平均值；
更新模块，所述更新模块用于每获取N个所述模拟量信号计算一次模拟量平均值并存储所述模拟量信号的平均值，根据获取的下一次模拟量信号与所述模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值；所述更新模块根据获取的下一次模拟量信号与所述模拟量信号的平均值更新新的模拟量信号平均值包括：
利用A=Al+(CX- AN)/ N，计算新的模拟量信号平均值，其中，A为新的模拟量信号平均值，Al为上一次执行的模拟量信号平均值，CX为获取的下一次模拟量信号，AN为执行完 N 个数后更新的模拟量信号平均值；
输出模块，所述输出模块用于将所述更新的模拟量信号平均值作为所述边沿位置对应的模拟量信号输出给伺服驱动器驱动伺服电机。
4.根据权利要求3所述的基于PLC的高速运动检测边沿位置装置，其特征在于，所述模拟量信号为电流模拟量信号。
5.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行权利要求1-2任一项所述的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法。
6.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1-2任一项所述的基于PLC的高速运动检测边沿位置方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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