旋挖鉆機數字控制系統

摘　要：介紹了一種專門為旋挖鉆機的垂直起豎和井深測量而設計的控制系統的原理、實現方法和軟硬件構成等。該系統基于高性能八位微處理器Mega128而設計,集成了垂直度檢測、井深測量、垂直度控制和操作指示等功能。
 
關鍵詞：旋挖鉆機 電液比例控制 Mega128 PID PWM

旋挖鉆機是一種用于建筑基礎工程中成孔作業的施工機械。它是以履帶為支承的回轉斗式旋挖鉆孔機械,其工作裝置由動力頭、伸縮鉆桿、加壓裝置和液壓系統等組成。
 
旋挖鉆機的控制屬于一般工業自動化應用領域,它要求一種廉價、節能、維護方便、適用于大功率控制及具有一定控制精度的控制技術,所以采用電液比例控制。它能夠接受模擬信號和數字信號,使輸出的流量或壓力連續成比例地受到控制。電液比例控制系統[1]有數字控制系統、脈寬調節(PWM)控制系統等。

旋挖鉆機鉆桅的垂直度直接影響到所鉆孔的質量,對于提高工程機械作業效率有著很重要的意義,保證其在要求的范圍內是控制系統應完成的主要任務。所以旋挖鉆機的控制方案為:根據操作員的指令,利用電液比例控制系統控制液壓缸運動,實現鉆具安全平穩起豎,進而保證旋挖鉆機鉆桅的垂直度在要求范圍內。同時,精確的井深測量也能極大提高工作效率。所以,它也是控制系統應完成的任務。

目前,國內外旋挖鉆控制系統的特點是其控制器的所有控制規律處理、輸入/輸出信號波形處理和功率放大等都由模擬電路進行,因此迫切需要改進。而旋挖鉆機控制的數字化正是目前提高旋挖鉆機工作性能的必然要求和發展趨勢。

1 計算機控制系統方案

控制系統方案如圖1所示。系統監測傾角傳感器信號、比例閥反饋信號、液壓缸位置傳感器信號和操縱桿發來的指令,根據控制算法產生控制數據,控制數據經過轉換算法產生控制量(PWM信號),并通過驅動電路控制電液比例閥,采用反饋控制技術實現兩個液壓通道的精確同步控制,克服了鉆具起豎過程中由于兩個比例方向閥參數不一致而造成的歪斜。
 
旋挖鉆機的正常工作還需要許多輔助系統,在本控制系統中包含有井深測量控制系統、故障檢測系統和保護控制系統。為滿足不同旋挖鉆機的控制需要,本系統還具有控制參數設置和旋挖鉆機工作過程參數顯示等功能。

圖1旋挖鉆機控制系統結構圖

2 主要技術指標