旋挖钻机控制器的软件设计

【摘 要】旋挖钻机是广泛应用于建筑基础工程中成孔作业的施工机械，其控制技术的研究有着十分重要的意义。控制器设计包含硬件系统和软件系统，该系统除了实现相应功能外，还具备相应的保护措施。本文重点讲述了控制器的软件设计。

【关键词】旋挖钻机；控制器；硬件设计；软件设计

【Abstract】Rotary drilling rig is widely used in building foundation engineering construction machinery hole operation，has a very important significance of the control technology research. The controller design includes the hardware system and the software system， this system can realize the corresponding function， also has the corresponding protective measures. This paper focuses on the software design of the controller.

【Key words】Rotary drilling rig； The controller； Hardware design； Software design

1 旋挖钻机的发展状态

旋挖钻机是一种广泛应用于建筑基础工程中成孔作业的施工机械，适用于多种地基基础施工。该类钻机可更换多种钻具，适用于多种场合施工，比如回转斗适用于湿式钻孔，短螺旋适用于干式钻孔，岩心钻适用于岩层钻孔。从国内旋挖钻机生产及销售情况及国家的基础工程建设情况来看，旋挖钻机在国内今后几年将有很大的市场。因此对旋挖钻机控制技术与结构特点研究有着十分重要的意义。

由于国内外技术的差距，我国众多旋挖钻机生产厂商均采用国外专用控制器，如芬兰的EPEC控制器，德国力士乐的控制器，以上国外控制器均实现了对钻孔深度、垂直度自动检测及控制、钻孔回转自动定位、功率匹配等技术。而国内工程机械的配套厂家还未开发旋旋挖钻机控制器，正是找准这一市场切入点，在对国内的中型旋挖钻机控制系统进行了大量市场调研的基础上，展开了旋挖钻机控制器的国产化开发。

旋挖钻机控制器开发主要研究动力头的功能及控制。动力头的功能及控制包括以下几个主要方面：钻桅垂直度自动控制、主副卷扬控制、变幅控制及变幅限位、钻杆加压、上车回转动作、动力头入岩模式、副卷扬自由落槌、深度清零、回转角度清零。

旋挖钻机控制器的硬件设计包括中央处理器、信号采集、输出驱动、通信接口、电源设计、看门狗等几个模块，具备防静电和浪涌设计，滤波保护，具备快速续流、过热、短路保护功能。软件设计要完成基本的控制功能，具备滤波保护功能。本文重点讲述软件设计部分。整个系统由液压驱动部分及电控部分组成。液压驱动部分由比例阀，油缸及钻桅组成，电控部分由传感器，控制器及相应的线束组成钻桅控制系统由液压系统和电气控制系统组成。整个控制系统的原理图如下所示：

图1 自动控制系统原理

2 控制系统软件设计

2.1 主程序

在数据采集的程序中，开关量分为高电平有效及低电平有效两种方式，开关量的处理也较为简单，直接可判断其输出方式。而对于模拟量数据，采取多采集几次数据求平均值的方式来对数据进行滤波。在模拟量数据处理的过程中，首先根据传感器类型确定处理方式，传感器分为电流型、电阻型、电压型三种类型，其数据处理方式也有所不同。然后根据传感器参数确定该参数是否报警或是其他输出。

图2 任务分配图

2.2 算法程序

根据垂直度控制系统的控制原理，本文设计了运用自适应模糊控制算法的旋挖钻机垂直度控制系统流程图：

图3

3 结论

本文初步分析了旋挖钻机的应用特点以及其控制器硬件和软件系统，并重点设计了控制器软件系统的主程序和算法程序，通过该设计可以完成基本的控制功能，并具备滤波保护功能。

【参考文献】

[1]郭勇，谢习华，何清华，刘均益.智能技术在旋挖钻机中的应用[J].建筑机械技术与管理，2005，03.

[2]刘江丽.旋挖钻机钻桅垂直度控制系统的研究[D].长沙：中南大学机械电子工程学院，2007：40-42.

[3]沈建华，姜宁.STR71x系列ARM微控制器原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006，9.

[4]卢立磊，刘春静.现代控制理论的发展简况[J].青岛建筑工程学院学报，1999，20（4）.

[5]刘正富，顾海荣.旋挖钻机电子控制技术研究概况[J].筑路机械与施工机械化，2005（1）.