引言

 

　　随着经济建设的持续深入、施工技术的高速进步、环保理念的不断加强以及基础建设工作的不断拓展，使得桩基础的应用范围非常广泛。钢筋混凝土灌注桩因施工噪音低、震动较小且适用于多种地基而在桩基础的应用中占有绝对大的比例。旋挖钻机的工作效率较高、功能较为多样、灵活度高且所产生的污染较低，因此在世界范围内的现场混凝土灌注桩作业中占有主导地位。为达到输出功率、扭矩、效率等各方面的施工需求，电气控制系统的合理、优化设计工作至关重要。机电液一体化作为旋挖钻机主导的发展方向，最终将实现全自动化作业。对旋挖钻机的电气控制系统进行合理、优化的设计能够提高其智能化水平，增强系统的自动控制性能及监测保护能力，达到采用计算机系统及电子控制元件来提升旋挖钻机作业效率的目的。

 

　　1.旋挖钻机电气系统控制原理

 

　　CAN总线在现场中的应用非常广泛，是标准化形式的串行总线系统，可靠性较高。基于CAN总线的旋挖钻机电气系统的核心部分为PLC（ProgrammableLogicController），该控制系统所使用的直流电源为24V。系统能够实现多样化的控制功能，通过对发动机、液压泵、操作控制阀及人机交互界面的控制主要实现九个部分的自动控制功能：桅杆位置监测与控制、成孔深度测量、回转定位、主卷浮动控制、触地提示、履带伸缩控制、油散控制、发动机转速控制及极限载荷控制。此外，还可以实现多种安全保护功能及参数设定等功能。

 

　　电气系统的控制流程为：利用传感器进行信号采集以保障PLC可以随时采集对象信息。PLC将采集到的信号进行处理然后传送至显示模块用于信息的储存显示或实现内部的反馈控制；利用工况控制器采集由开关、手柄、按钮等操作部件发送的各种信号，经内部运算结构进行信号的运算及放大等数据处理过程，再激活相应的PLC驱动继电器、液压阀或传送工作参数至LCD显示模块进行显示；由发动机底盘部分的控制器采集ECM的油门旋钮、工作模式、接收点开火等重要状态数据以达到自动控制发动机的启停、转速以及与负载的功率匹配的目的；通过LCD显示模块能够设定作业参数，并利用CAN总线将信息传至核心控制器以实现通信。控制器将获取信号进行内部处理后可控制执行机构完成预定的动作。同时该模块可以显示设备作业时的油位、油压、成孔深度、旋转角度、桅杆倾角及各种重要工况参数，并具有故障报警功能和密码保护功能；远程通信模块可以把控制器的工作状态参数返回至中心控制平台，通过两者间信息的相互传递以达到对旋挖钻机的远程控制、锁机等目的；在整个控制作业中，所有模块间及串行总线系统传感器和相应的控制器间均要按照一定的通信协议实现数据及信息的传递。

 

　　2.旋挖钻机电气系统设计

 

　　2.1硬件设计

 

　　旋挖钻机电气系统采用总线进行数据信息的反馈，为典型的反馈式控制。控制系统的主要组成元件包括总线控制器、传感器、显示器、限位开关、电磁阀、开关电源、油门控制装置、远程通信装置及车载故障信息接口。其中传感器的主要作用是实现对作业压力、油液温度、桅杆倾角及液位等信号的实时采集，构成了系统的感知模块并将可靠信息传送至控制器；控制模块主要是对接收到的数据信息进行处理后发送控制命令至相应的执行机构以控制其实现相应的动作。PLC与传统的继电器比较，接线更为简单，而且PLC的主要功能是利用程序的执行来完成的。如需更改部分控制功能，仅需修改接线及相应的程序即可，大大减少了工作量；液晶显示模块主要是进行人机界面交互以对控制动作进行指示，不仅可以对控制参数及警报系统进行直观反映，还能更准确的实现电气控制。交互界面所用的输入方式为图形文本LCD，把显示器当作系统的输入点，显示的信息可以直观清楚的反映设备的运行状态以方便工作人员进行各种操作。开关电源可将波动电压整定为稳压状态，保证旋挖钻机的各个电气元件均能可靠运行；旋挖钻机远程通信装置仅需达到总线协议通信要求就能执行特定的遥控命令；远程监控系统则由嵌入式车载终端及软件平台组成，能够实现对旋挖钻机受力参数、工作参数及警报信息的数据采集及参数设定，达到远程控制的目的。

 

　　2.2软件设计

 

　　旋挖钻机电气控制系统的软件主要有PLC编程及液晶显示器的程序设计。前者采用专业化软件CoDeSys编制，后者用C++语言实现，然后利用一定的接口程序共享数据信息。软件设计要达到对执行装置动作的可靠控制，因此控制器需可靠高效的采集传感器所传递的数据信息并进行正确判断。系统故障信息的判断需要从机载自身、系统与总线自检的层面进行考虑。为提升系统的智能化水平，控制模块需具备及时报警、参数与控制命令的实时显示和校正功能。通信程序部分采用模块化结构，采用主控制程序调用的执行方式。主要有控制启动总线通信的总线启动模块、节点检验模块及数据收发模块等。只有在总线进行正常的数据通信之后，才开始监测各模块工作状态，如果检测到异常信号则启动警报系统。

 

　　3.结语

 

　　旋挖钻机电气系统的设计需根据具体的控制对象和相应要求进行，不过从整体的设计流程角度来说大致相同。在阐述其工作原理后，给出了系统的硬件组成及相应功能。在软件方面的设计可以有效的提升对设备进行电气控制的准确度。

 

　　参考文献：

 

　　[1]高晶，刘玉涛，吕伟祥.旋挖钻机回转自动定位控制系统[J].建筑机械化.2009（07）.

 

　　[2]孙国庆.旋挖钻机关键部件的可靠性分析研究[D].天津大学2012.

 

　　[3]杨景峰，张文杰，赵海玉.旋挖钻机施工工艺及控制[J].交通科技.2006（06）.