旋挖鉆機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)

摘　要：介紹了一種專門(mén)為旋挖鉆機(jī)的垂直起豎和井深測(cè)量而設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的原理、實(shí)現(xiàn)方法和軟硬件構(gòu)成等。該系統(tǒng)基于高性能八位微處理器Mega128而設(shè)計(jì),集成了垂直度檢測(cè)、井深測(cè)量、垂直度控制和操作指示等功能。
 
關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī) 電液比例控制 Mega128 PID PWM

旋挖鉆機(jī)是一種用于建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機(jī)械。它是以履帶為支承的回轉(zhuǎn)斗式旋挖鉆孔機(jī)械,其工作裝置由動(dòng)力頭、伸縮鉆桿、加壓裝置和液壓系統(tǒng)等組成。
 
旋挖鉆機(jī)的控制屬于一般工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域,它要求一種廉價(jià)、節(jié)能、維護(hù)方便、適用于大功率控制及具有一定控制精度的控制技術(shù),所以采用電液比例控制。它能夠接受模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),使輸出的流量或壓力連續(xù)成比例地受到控制。電液比例控制系統(tǒng)[1]有數(shù)字控制系統(tǒng)、脈寬調(diào)節(jié)(PWM)控制系統(tǒng)等。

旋挖鉆機(jī)鉆桅的垂直度直接影響到所鉆孔的質(zhì)量,對(duì)于提高工程機(jī)械作業(yè)效率有著很重要的意義,保證其在要求的范圍內(nèi)是控制系統(tǒng)應(yīng)完成的主要任務(wù)。所以旋挖鉆機(jī)的控制方案為:根據(jù)操作員的指令,利用電液比例控制系統(tǒng)控制液壓缸運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)鉆具安全平穩(wěn)起豎,進(jìn)而保證旋挖鉆機(jī)鉆桅的垂直度在要求范圍內(nèi)。同時(shí),精確的井深測(cè)量也能極大提高工作效率。所以,它也是控制系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。

目前,國(guó)內(nèi)外旋挖鉆控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是其控制器的所有控制規(guī)律處理、輸入/輸出信號(hào)波形處理和功率放大等都由模擬電路進(jìn)行,因此迫切需要改進(jìn)。而旋挖鉆機(jī)控制的數(shù)字化正是目前提高旋挖鉆機(jī)工作性能的必然要求和發(fā)展趨勢(shì)。

1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方案

控制系統(tǒng)方案如圖1所示。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傾角傳感器信號(hào)、比例閥反饋信號(hào)、液壓缸位置傳感器信號(hào)和操縱桿發(fā)來(lái)的指令,根據(jù)控制算法產(chǎn)生控制數(shù)據(jù),控制數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換算法產(chǎn)生控制量(PWM信號(hào)),并通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制電液比例閥,采用反饋控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)液壓通道的精確同步控制,克服了鉆具起豎過(guò)程中由于兩個(gè)比例方向閥參數(shù)不一致而造成的歪斜。
 
旋挖鉆機(jī)的正常工作還需要許多輔助系統(tǒng),在本控制系統(tǒng)中包含有井深測(cè)量控制系統(tǒng)、故障檢測(cè)系統(tǒng)和保護(hù)控制系統(tǒng)。為滿足不同旋挖鉆機(jī)的控制需要,本系統(tǒng)還具有控制參數(shù)設(shè)置和旋挖鉆機(jī)工作過(guò)程參數(shù)顯示等功能。

圖1旋挖鉆機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 主要技術(shù)指標(biāo)