激光测距传感器在PLC控制系统中的应用解析

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。基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统，在上位机监控下，对多台激光测距传感器采集的数据进行处理，通过PLC把数据传送给上位机应用软件。

1 激光测距传感器的基本原理

激光测距传感器（图1 DIMETIX激光测距传感器）的基本原理是通过相位测距技术来确定目标距离。相位测距技术的测距精度高，但作用距离有限，主要用于高精度大地测量。

图1 MIDEKER激光测距传感器

相位测距法是通过强度调制的连续光波在往返传播过程中的相位变化来测量光束的往返传播时间，其计算公式如下：

t=Φ/2πf

式中，t为光波往返传播时间（s）；Φ为调制光波的相位变化量（rad）; f为调制频率（Hz）。

光的往返传播时间得到后，目标至参考点的距离可由下式求得

R=（c/2）�（Φ/2πf）=（λ/2）�（Φ/2π）

式中，R为目标至参考点距离（m）；c为光波传播速度（m/s）；λ为调制光波波长（m）。

相位位移是以2π为周期变化的，因此有

Φ=（N △n）.2π

式中，N为相位变化整周期数；△n为相位变化非整周期数。

由以上两式可知

R=λ/2�（N △n）

上式表明，只要测出发射和接收光波的相位差，即可得到目标的距离。因此相位测距可理解为以调制光波半波长为“测量尺度”的距离测量方法。

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2所示。系统通过PLC的自由口协议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。

本系统选用图1所示的DIMETIX激光测距传感器。PLC的CPU模块选用HOLLiAS-LEC G3系列的LM3108，其性能价格比很高，广泛用于工业控制的各个领域。

LM3108模块的标准配置包括PORT0和PORT1等2个串口，其中PORT0为RS485通信接口，PORT1为RS232通信接口。可以利用RS232通信接口建立PLC与上位机的通信，实现PLC程序的下装和监控。可以利用RS485通信接口建立PLC与现场仪表的通信。

图2 激光测距系统的功能结构图

3 PLC控制系统软件设计

3.1系统的通信参数设置

在PLC程序中，首先设定激光测距传感器的地址号和通信参数。DIMETIX激光测距传感器的通信参数设置如表1所示。PLC采用自由协议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。所谓自由口协议，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。

表1 DIMETIX激光测距传感器的通信参数

通信参数值

波特率19200

数据位7

奇偶校验偶校验

停止位1

3.2系统的程序流程图

PLC控制程序采用和利时公司的编程软件PowerPro完成，并在PowerPro软件中利用视图进行显示。PLC控制程序的流程图如图3所示。

首先，根据传感器设置好PLC的PROT0通信协议。PLC对传感器操作指令的形式是用ASCII码，所以要对程序指令进行转换，把ACSII码转换成PLC能操作的十六进制数。转换好的指令写入数据缓冲区后，然后将这些数据进行偶校验，校验完成后再写入发送缓冲区，供串口发送。同样，接收到的数据也是ACSII码的形式，所以要把接收缓冲区的数据拿出来进行处理，换算成十进制的数，存放在自己定义的寄存器中，最后显示在PowerPro软件的视图中。

图3 程序流程图

4 结论

通过利用PLC的自由口可以方便地与激光测距传感器进行通信。实践证明，该方案的结构简单，运行稳定可靠。
责任编辑；zl