專利名稱：旋挖鉆機的桅桿控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)，特別是指旋挖鉆機的桅桿控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
旋挖鉆機是一種適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機械。主要適于砂土、粘性 土、粉質(zhì)土等土層施工，在灌注樁、連續(xù)墻、基礎(chǔ)加固等多種地基基礎(chǔ)施工中得到廣泛應用； 主要用于市政建設(shè)、公路橋梁、工業(yè)和民用建筑、地下連續(xù)墻、水利、防滲護坡等基礎(chǔ)施工。 目前旋挖鉆機的桅桿控制，采用手動調(diào)節(jié)桅桿垂直度，在調(diào)節(jié)過程中，由于控制系統(tǒng)接收用 戶手動的模擬信號量，由用戶按照現(xiàn)場的數(shù)據(jù)和自身的經(jīng)驗進行調(diào)節(jié)，不同經(jīng)驗的用戶調(diào) 節(jié)的速度不同，控制系統(tǒng)不能滿足各種不同經(jīng)驗用戶的使用，不具有智能性，用戶經(jīng)驗低 時，操作困難，調(diào)節(jié)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明在于提供旋挖鉆機的桅桿控制系統(tǒng)，以解決上述目前的桅桿控 制系統(tǒng)不能滿足各種不同經(jīng)驗用戶的使用，不具有智能性，用戶經(jīng)驗低時，操作困難，調(diào)節(jié) 效率低的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供旋挖鉆機的桅桿控制系統(tǒng)，包括接收桅桿角度信號 的傾角傳感器、顯示操作數(shù)據(jù)的顯示器，所述顯示器、傾角傳感器連接PLC控制器，所述PLC 控制器接收來自手柄的控制信號，通過PWM方式向桅桿調(diào)平閥輸出控制信號，通過油缸推 動桅桿；所述PLC控制器包括模式選擇模塊，用于接收用戶通過手柄選擇的自動倒桅模式或自動調(diào)垂模式，并 觸發(fā)角度判別模塊；角度判別模塊，用于按照用戶選擇的模式，判斷當前桅桿的角度，如果選擇倒桅模式，判斷當前桅桿與桅桿垂直地面時之間的角度大于第一閾值， 則觸發(fā)倒桅模塊；如果選擇自動調(diào)垂模式時，判斷當前桅桿與桅桿垂直地面時代表垂直度的兩個正 交方向的夾角之和是否小于預定第二閾值，如果是，則觸發(fā)調(diào)垂模塊；倒桅模塊，用于判斷用戶輸入的調(diào)節(jié)桅桿角度的信號，并控制桅桿移動相應的調(diào) 節(jié)量，同時通過PID模塊對正交的坐標軸上所對應的油缸進行PID調(diào)節(jié)；調(diào)垂模塊，用于判斷當前桅桿與桅桿垂直地面時代表垂直度的兩個正交方向的夾 角中哪一個夾角大于預定第三閾值，通過PID模塊分別對坐標軸上所對應的油缸進行PID 調(diào)節(jié)，直到兩個夾角中任意一個都小于第三閾值；PID調(diào)節(jié)模塊，用于接收到調(diào)垂模塊或倒桅模塊的控制后，對桅桿進行PID調(diào)節(jié)控 制。所述顯示器、傾角傳感器通過CAN總線連接PLC控制器。
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本發(fā)明的系統(tǒng)采用自動控制，以自動模式控制桅桿，控制程序進入閉環(huán)控制模式， 設(shè)定值UI (由顯示器進行設(shè)定)與反饋值(傾角傳感器傳來的信號)的偏差，在控制器里 經(jīng)過PID及相關(guān)控制運算后，輸出相應的PWM控制信號，控制比例閥口的開啟，快速、平穩(wěn)的 調(diào)整桅桿到要求的垂直狀態(tài)。調(diào)節(jié)方便，快速，效率高。


圖1是實施例的示意圖；圖2是系統(tǒng)工作流程圖。
具體實施例方式為清楚說明本發(fā)明中的方案，下面給出優(yōu)選的實施例并結(jié)合附圖詳細說明。參見圖1，桅桿控制系統(tǒng)包括接收桅桿角度信號的傾角傳感器、顯示操作數(shù)據(jù)的 顯示器，所述顯示器、傾角傳感器通過CAN總線連接PLC控制器，所述PLC控制器接收來自 手柄的控制信號，通過PWM方式向桅桿調(diào)平閥輸出控制信號。傾角傳感器可以安裝到桅桿與油缸活塞之間，PLC控制器接收角度信號和用戶通 過手柄在顯示器上選擇的模式對桅桿調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)時，用戶根據(jù)屏幕上顯示的提示信息，操 作手柄，顯示屏顯示有手動調(diào)節(jié)、點動調(diào)節(jié)等模式，用戶選擇這些模式后根據(jù)現(xiàn)場的桅桿情 況進行角度調(diào)節(jié)，用戶還可選擇自動調(diào)節(jié)的模式，調(diào)節(jié)的過程可參見圖2，步驟1 判斷當前用戶輸入的控制信號；用戶可以選擇自動倒桅模式或自動調(diào)垂模式；如果選擇自動倒桅模式，執(zhí)行步驟 2，如果選擇自動調(diào)垂模式，則執(zhí)行步驟4 ；步驟2 判斷當前的桅桿與垂直地面時之間的角度是否大于預定的第一閾值；用戶可以根據(jù)推動桅桿的油缸機械特性設(shè)置相應的角度閾值，建立相應的空間坐 標系，并判斷桅桿與桅桿垂直地面坐標軸之間的角度，如60度，地面坐標軸可采用正交的 X/Y軸，如果大于，執(zhí)行步驟3 ；如果小于，則退出；步驟3 判斷用戶輸入的調(diào)節(jié)的坐標軸信號，并控制桅桿移動相應的調(diào)節(jié)量，同時 控制正交的坐標軸進行PID調(diào)節(jié)；如當前X坐標軸的角度大于60度，用戶輸入調(diào)節(jié)X軸的坐標軸信號，控制桅桿移 動相應的調(diào)節(jié)量，同時控制油缸PID調(diào)節(jié)與X軸正交的Y坐標軸所對應桅桿與地面的角度；步驟4 判斷當前桅桿與桅桿垂直地面時之間代表垂直度的兩個夾角之和是否小 于預定第二閾值，如果是，則執(zhí)行步驟5，否則退出；代表垂直度的兩個夾角分別為在X/Y軸直角空間坐標系下，當前桅桿與桅桿垂直 地面時之間在X、Y軸方向上的兩個夾角，第二閾值可根據(jù)設(shè)備電氣特性選擇，優(yōu)選3度，當 兩個夾角之和小于3度時，進行調(diào)節(jié)；步驟5 進一步判斷哪一個夾角大于預定第三閾值，并分別控制油缸進行PID調(diào) 節(jié)。調(diào)節(jié)時，判斷代表垂直度的兩個夾角中任意一個是否大于第三閾值，第三閾值可 優(yōu)選0. 6度，如果大于，則控制油缸進行PID調(diào)節(jié)，直到兩個夾角中任意一個都小于第三閾 值，則認為桅桿垂直于地面。
上述的步驟中，可將各個控制過程集成在PLC控制器中的各個模塊內(nèi)，下面詳細 闡述各個模塊模式選擇模塊，用于接收用戶通過手柄選擇的自動倒桅模式或自動調(diào)垂模式，并 觸發(fā)角度判別模塊；角度判別模塊，用于按照用戶選擇的模式，判斷當前桅桿的角度，如果選擇倒桅模式，判斷當前桅桿與桅桿垂直地面時之間的角度大于第一閾值， 則觸發(fā)倒桅模塊；用戶可以根據(jù)推動桅桿的油缸機械特性設(shè)置相應的角度閾值，建立相應的空間坐 標系，并判斷桅桿與桅桿垂直地面坐標軸之間的角度，如60度，地面坐標軸可采用正交的 X/Y軸，如果大于，則觸發(fā)倒桅模塊；如果選擇自動調(diào)垂模式時，判斷當前桅桿與桅桿垂直地面時代表垂直度的兩個正 交方向的夾角之和是否小于預定第二閾值，如果是，則觸發(fā)調(diào)垂模塊；代表垂直度的兩個夾角分別為在X/Y軸直角空間坐標系下，當前桅桿與桅桿垂直 地面時之間在X、Y軸方向上的兩個夾角，第二閾值可根據(jù)設(shè)備電氣特性選擇，優(yōu)選3度，當 兩個夾角之和小于3度時，則觸發(fā)調(diào)垂模塊；倒桅模塊，用于判斷用戶輸入的調(diào)節(jié)桅桿角度的信號，并控制桅桿移動相應的調(diào) 節(jié)量，同時通過PID模塊對正交的坐標軸上所對應的油缸進行PID調(diào)節(jié)；調(diào)垂模塊，用于判斷當前桅桿與桅桿垂直地面時代表垂直度的兩個正交方向的夾 角中哪一個夾角大于預定第三閾值，通過PID模塊分別對坐標軸上所對應的油缸進行PID 調(diào)節(jié)，直到兩個夾角中任意一個都小于第三閾值；調(diào)節(jié)時，判斷代表垂直度的兩個夾角中任意一個是否大于第三閾值，第三閾值可 優(yōu)選0. 6度，如果大于，則控制油缸進行PID調(diào)節(jié)，直到兩個夾角中任意一個都小于第三閾 值，則認為桅桿垂直于地面。PID調(diào)節(jié)模塊，用于接收到調(diào)垂模塊或倒桅模塊的控制后，對桅桿進行PID調(diào)節(jié)控 制。本發(fā)明的系統(tǒng)采用的桅桿控制模式包括手動模式/自動模式。桅桿角度在3度 (可以通過顯示器設(shè)定)以外，以手動模式(即半自動模式)控制桅桿，控制程序進入開環(huán) 控制模式，控制器根據(jù)手柄信號輸出PWM數(shù)字信號控制桅桿；桅桿角度在3度(可以通過顯 示器設(shè)定)以內(nèi)，以自動模式控制桅桿，控制程序進入閉環(huán)控制模式，設(shè)定值UI(由顯示器 進行設(shè)定)與反饋值(傾角傳感器傳來的信號)的偏差，在控制器里經(jīng)過PID及相關(guān)控制 運算后，輸出相應的PWM控制信號，控制比例閥口的開啟，快速、平穩(wěn)的調(diào)整桅桿到要求的 垂直狀態(tài)。本發(fā)明的系統(tǒng)采用自動控制，調(diào)節(jié)方便，傾角傳感器的安裝可根據(jù)現(xiàn)場情況進行 選擇，如安裝在油缸的活塞或桅桿與地面(設(shè)備)的安裝平面之間。對于本發(fā)明各個實施例中所闡述的桅桿控制系統(tǒng)，凡在本發(fā)明的精神和原則之 內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
旋挖鉆機的桅桿控制系統(tǒng)，其特征在于，包括接收桅桿角度信號的傾角傳感器、顯示操作數(shù)據(jù)的顯示器，所述顯示器、傾角傳感器連接PLC控制器，所述PLC控制器接收來自手柄的控制信號，通過PWM方式向桅桿調(diào)平閥輸出控制信號，通過油缸推動桅桿；所述PLC控制器包括模式選擇模塊，用于接收用戶通過手柄選擇的自動倒桅模式或自動調(diào)垂模式，并觸發(fā)角度判別模塊；角度判別模塊，用于按照用戶選擇的模式，判斷當前桅桿的角度，如果選擇倒桅模式，判斷當前桅桿與桅桿垂直地面時之間的角度大于第一閾值，則觸發(fā)倒桅模塊；如果選擇自動調(diào)垂模式時，判斷當前桅桿與桅桿垂直地面時代表垂直度的兩個正交方向的夾角之和是否小于預定第二閾值，如果是，則觸發(fā)調(diào)垂模塊；倒桅模塊，用于判斷用戶輸入的調(diào)節(jié)桅桿角度的信號，并控制桅桿移動相應的調(diào)節(jié)量，同時通過PID模塊對正交的坐標軸上所對應的油缸進行PID調(diào)節(jié)；調(diào)垂模塊，用于判斷當前桅桿與桅桿垂直地面時代表垂直度的兩個正交方向的夾角中哪一個夾角大于預定第三閾值，通過PID模塊分別對坐標軸上所對應的油缸進行PID調(diào)節(jié)，直到兩個夾角中任意一個都小于第三閾值；PID調(diào)節(jié)模塊，用于接收到調(diào)垂模塊或倒桅模塊的控制后，對桅桿進行PID調(diào)節(jié)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋挖鉆機的桅桿控制系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示器、傾角傳 感器通過CAN總線連接PLC控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開了旋挖鉆機的桅桿控制系統(tǒng)，包括接收桅桿角度信號的傾角傳感器、顯示操作數(shù)據(jù)的顯示器，所述顯示器、傾角傳感器連接PLC控制器，所述PLC控制器接收來自手柄的控制信號，通過PWM方式向桅桿調(diào)平閥輸出控制信號，通過油缸推動桅桿；所述PLC控制器包括模式選擇模塊，判別桅桿角度的角度判別模塊，控制倒桅的倒桅模塊，控制桅桿調(diào)垂的調(diào)垂模塊，PID調(diào)節(jié)模塊。本發(fā)明的系統(tǒng)采用自動控制，以自動模式控制桅桿，在控制器里經(jīng)過PID及相關(guān)控制運算后，輸出相應的PWM控制信號，控制比例閥口的開啟，快速、平穩(wěn)的調(diào)整桅桿到要求的垂直狀態(tài)。
文檔編號E21B15/00GK101923357SQ20091005271
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者劉華富, 史建敏, 智丙輝, 李斌, 王曉峰, 白海濤, 陳成虎 申請人:上海派芬自動控制技術(shù)有限公司