邱 雪 王琳琳

（1.貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，貴州 貴陽 550003；2.貴陽鋁鎂設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550023）

1 旋挖鉆機的發(fā)展狀態(tài)

旋挖鉆機是一種廣泛應(yīng)用于建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機械，適用于多種地基基礎(chǔ)施工。該類鉆機可更換多種鉆具，適用于多種場合施工，比如回轉(zhuǎn)斗適用于濕式鉆孔，短螺旋適用于干式鉆孔，巖心鉆適用于巖層鉆孔。從國內(nèi)旋挖鉆機生產(chǎn)及銷售情況及國家的基礎(chǔ)工程建設(shè)情況來看，旋挖鉆機在國內(nèi)今后幾年將有很大的市場。因此對旋挖鉆機控制技術(shù)與結(jié)構(gòu)特點研究有著十分重要的意義。

由于國內(nèi)外技術(shù)的差距，我國眾多旋挖鉆機生產(chǎn)廠商均采用國外專用控制器，如芬蘭的EPEC 控制器，德國力士樂的控制器，以上國外控制器均實現(xiàn)了對鉆孔深度、垂直度自動檢測及控制、鉆孔回轉(zhuǎn)自動定位、功率匹配等技術(shù)。而國內(nèi)工程機械的配套廠家還未開發(fā)旋旋挖鉆機控制器，正是找準這一市場切入點，在對國內(nèi)的中型旋挖鉆機控制系統(tǒng)進行了大量市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，展開了旋挖鉆機控制器的國產(chǎn)化開發(fā)。

旋挖鉆機控制器開發(fā)主要研究動力頭的功能及控制。動力頭的功能及控制包括以下幾個主要方面：鉆桅垂直度自動控制、主副卷揚控制、變幅控制及變幅限位、鉆桿加壓、上車回轉(zhuǎn)動作、動力頭入巖模式、副卷揚自由落槌、深度清零、回轉(zhuǎn)角度清零。

旋挖鉆機控制器的硬件設(shè)計包括中央處理器、信號采集、輸出驅(qū)動、通信接口、電源設(shè)計、看門狗等幾個模塊，具備防靜電和浪涌設(shè)計，濾波保護，具備快速續(xù)流、過熱、短路保護功能。軟件設(shè)計要完成基本的控制功能，具備濾波保護功能。本文重點講述軟件設(shè)計部分。整個系統(tǒng)由液壓驅(qū)動部分及電控部分組成。液壓驅(qū)動部分由比例閥，油缸及鉆桅組成，電控部分由傳感器，控制器及相應(yīng)的線束組成鉆桅控制系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。整個控制系統(tǒng)的原理圖如下所示：

圖1 自動控制系統(tǒng)原理

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 主程序

在數(shù)據(jù)采集的程序中，開關(guān)量分為高電平有效及低電平有效兩種方式，開關(guān)量的處理也較為簡單，直接可判斷其輸出方式。而對于模擬量數(shù)據(jù)，采取多采集幾次數(shù)據(jù)求平均值的方式來對數(shù)據(jù)進行濾波。在模擬量數(shù)據(jù)處理的過程中，首先根據(jù)傳感器類型確定處理方式，傳感器分為電流型、電阻型、電壓型三種類型，其數(shù)據(jù)處理方式也有所不同。然后根據(jù)傳感器參數(shù)確定該參數(shù)是否報警或是其他輸出。

圖2 任務(wù)分配圖

2.2 算法程序

根據(jù)垂直度控制系統(tǒng)的控制原理，本文設(shè)計了運用自適應(yīng)模糊控制算法的旋挖鉆機垂直度控制系統(tǒng)流程圖：

圖3

3 結(jié)論

本文初步分析了旋挖鉆機的應(yīng)用特點以及其控制器硬件和軟件系統(tǒng)，并重點設(shè)計了控制器軟件系統(tǒng)的主程序和算法程序，通過該設(shè)計可以完成基本的控制功能，并具備濾波保護功能。

［1］郭勇，謝習華，何清華，劉均益.智能技術(shù)在旋挖鉆機中的應(yīng)用[J].建筑機械技術(shù)與管理，2005，03.

［2］劉江麗.旋挖鉆機鉆桅垂直度控制系統(tǒng)的研究[D].長沙：中南大學機械電子工程學院，2007：40-42.

［3］沈建華，姜寧.STR71x 系列ARM 微控制器原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006，9.

［4］盧立磊，劉春靜.現(xiàn)代控制理論的發(fā)展簡況[J].青島建筑工程學院學報，1999，20(4).

［5］劉正富，顧海榮.旋挖鉆機電子控制技術(shù)研究概況[J].筑路機械與施工機械化，2005(1).