在低空間落錘式液壓自動(dòng)打樁機(jī)上的應(yīng)用湛江海洋大學(xué)工程學(xué)院羅忠輝張世亮〔摘要〕本文介紹了一種新型的低空間落錘式液壓自動(dòng)打樁機(jī)的液壓系統(tǒng)工作原理，設(shè)計(jì)了PLC控制該系統(tǒng)的硬件及軟件。

　　一、引言低空間落錘式液壓自動(dòng)打樁機(jī)是一種新型建筑施工機(jī)械，它的突出特點(diǎn)是能在低空間條件下完成打樁任務(wù)。因此該打樁機(jī)較好地解決了在舊房加高、建筑物糾偏、建筑物地基加固等低空間打樁問(wèn)題?？删幊炭刂破鳎≒LC）是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，其體積小巧、工作可靠、功能豐富，能夠完成各種邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步控以及在線監(jiān)控等功能。因此，液壓自動(dòng)打樁機(jī)可采用PLC控制。

　　二、低空間落錘式液壓自動(dòng)打樁機(jī)的液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介打樁機(jī)的組成及工作原理詳見(jiàn)文獻(xiàn)〔1〕。本文只引用液壓系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。該圖中，液壓缸10是夾緊油缸，其作用是把打樁機(jī)夾緊在支承導(dǎo)軌上，壓力繼電器9起完全保護(hù)作用，保證只有在打樁機(jī)被夾緊的情況下，打樁機(jī)才能正常工作。液壓缸11控制重錘的升/降。重錘的工作行程由裝在滑架上的行程開(kāi)關(guān)XK1、XK2調(diào)節(jié)。液壓缸14控制滑架的升/降。電磁溢流閥16可使液壓系統(tǒng)在不工作的間歇處于卸荷狀態(tài)，以減少液壓系統(tǒng)的功率損失。

　　根據(jù)此液壓系統(tǒng)的組成及打樁機(jī)的工作要求，自動(dòng)打樁機(jī)的動(dòng)作循環(huán)表如表1所示。

　　整機(jī)夾緊點(diǎn)動(dòng)調(diào)整滑架上升滑架下降滑架浮動(dòng)提錘掛鉤下落掛鉤掛錘落錘整機(jī)停止注：表示通電，表示斷電7YT表示控制掛鉤松開(kāi)/夾緊的電磁鐵三、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.硬件設(shè)計(jì)由于打樁機(jī)的工作環(huán)境是建筑施工現(xiàn)場(chǎng)，灰塵、濕度大，如用傳統(tǒng)的觸點(diǎn)式繼電器控制，其體積龐大，搬運(yùn)不便，且觸點(diǎn)容易損壞。為此選用目前廣泛使用的F1系列PLC控制器。根據(jù)控制對(duì)象的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，選用F1―20MR ，其I/O分配如下。

　　輸入點(diǎn)：輸出點(diǎn)：夾緊按鈕：X400夾緊電磁鐵1YT ：Y430松開(kāi)按鈕：X401提錘電磁鐵2YT ：Y431提錘按鈕：X402落錘電磁鐵3YT ：Y432落錘按鈕：X403滑架升電磁鐵4YT ：Y433滑架上升：X404滑架降電磁鐵5YT ：Y434滑架下降：X405卸荷電磁鐵6YT ：Y435油泵起動(dòng)：X406掛錘電磁鐵7YT ：Y436油泵停止：X407泵起動(dòng)接觸器KM ：Y437行程開(kāi)關(guān)XK1 ：X機(jī)床電器2000 No .2計(jì)算機(jī)？PLC應(yīng)用壓力繼電器YJ ：X自動(dòng)/點(diǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換：X PLC外部接線圖如圖2所示。

　　2.軟件設(shè)計(jì)本打樁機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能如下：？夾緊油缸的夾緊與松開(kāi)？滑架的上升與下降？重錘的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整與自動(dòng)打樁？各液壓缸的正、反向運(yùn)動(dòng)互鎖，并有延時(shí)環(huán)節(jié)？重錘運(yùn)動(dòng)與滑架運(yùn)動(dòng)互鎖，各電磁閥與油泵電機(jī)設(shè)置聯(lián)鎖？當(dāng)重錘或滑架不工作間歇超過(guò)規(guī)定的時(shí)間便自動(dòng)卸荷。

　　根據(jù)此功能要求，控制程序主要由以下幾個(gè)環(huán)節(jié)組成。

　?。?）滑架的上升與下降環(huán)節(jié)只有在油泵電機(jī)起動(dòng)及壓力繼電器（YJ）動(dòng)作后，滑架才能上升或下降。由于滑架只在接樁情況下才會(huì)動(dòng)作，屬于短時(shí)工作制，故可采用點(diǎn)動(dòng)操縱。

　　控制梯形圖如圖3所示。

　　（2）重錘的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整及自動(dòng)打樁環(huán)節(jié)此功能環(huán)節(jié)為本控制程序的核心內(nèi)容，其梯形圖如圖4所示。

　　在此梯形圖中， X是自動(dòng)/點(diǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，X、X分別是重錘工作行程的上、下限位開(kāi)關(guān)，X402、X403分別是重錘上升、下落按鈕。掛錘用電磁鐵（Y436）的通/斷與行程開(kāi)關(guān)的通/斷是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，而與控制重錘上升/下降的電磁鐵的通斷有延時(shí)環(huán)節(jié)。這是因?yàn)楫?dāng)掛鉤掛上重錘且向上運(yùn)動(dòng)碰到行程開(kāi)關(guān)XK1時(shí)，掛錘電磁鐵立即通電，掛鉤松開(kāi)重錘，此時(shí)重錘的運(yùn)動(dòng)是上拋運(yùn)動(dòng)，即重錘還要上升，上升時(shí)間t /2g.因此掛錘電磁鐵通電松開(kāi)之際，不宜立即起動(dòng)控制掛鉤下降的電磁鐵，而要有一定的延時(shí)時(shí)間，t延于重錘的下落是準(zhǔn)自由落體運(yùn)動(dòng)，其速度大于液壓缸控制掛鉤向下的運(yùn)動(dòng)速度，所以當(dāng)掛鉤碰到XK2時(shí)，重錘已完成了打樁運(yùn)動(dòng)，并停留在樁帽上。但考慮到液壓電磁閥換向的機(jī)械慣性，也設(shè)置了較短的延時(shí)環(huán)節(jié)〔2〕，確保系統(tǒng)工作的可靠性。

　?。?）卸荷環(huán)節(jié)當(dāng)控制重錘及滑架運(yùn)動(dòng)的液壓缸不工作間歇超過(guò)規(guī)定的時(shí)間，液壓系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)卸荷功能。其梯形圖如圖5所示，它是由計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器配合實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，工作間歇時(shí)間可任意設(shè)定（X =1 ，2 ，3 ，…

　　計(jì)算機(jī)？PLC應(yīng)用機(jī)床電器2000 No .2分）。

　　四、結(jié)論1.低空間落錘式液壓自動(dòng)打樁機(jī)采用F1― 20MR可編程控制器進(jìn)行控制，其突出的特點(diǎn)是：體積小、重量輕、搬運(yùn)方便，能在惡劣的建筑施工環(huán)境中可靠工作，性能價(jià)格比較高。

　　2.采用PLC控制，電器控制部分設(shè)計(jì)、制作周期非常短，通過(guò)改變程序，即可改變各種工作循環(huán)狀態(tài)，使用非常方便、靈活。

　　3.采用PLC的內(nèi)部計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器，可方便控制延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短及精度，這與觸點(diǎn)式時(shí)間繼電器相比，具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。

　　1張世亮，羅忠輝。低空間落錘式液壓自動(dòng)打樁機(jī)的研究。

　　2羅忠輝。PLC計(jì)時(shí)器在機(jī)床電器控制中的應(yīng)用。機(jī)床電編程中定時(shí)器串級(jí)使用定時(shí)值的精確計(jì)時(shí)漢中八一三廠王成PLC計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)指令的串級(jí)使用，能夠擴(kuò)展定時(shí)器的定時(shí)范圍，在工業(yè)生產(chǎn)及科研實(shí)驗(yàn)中需要定時(shí)、延時(shí)時(shí)經(jīng)常用到。對(duì)于一般不太精確的定時(shí)或延時(shí)，可以不考慮PLC的掃描周期（CE I系列為0.02s），但對(duì)于一些要求比較高的實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)工藝中的定時(shí)就不得不考慮。下面僅以CE―I系列PLC中關(guān)于定時(shí)器精確計(jì)時(shí)的問(wèn)題舉例說(shuō)明。

　　在CE―I中，每個(gè)計(jì)時(shí)器的最大預(yù)置值為999.9s ，每個(gè)計(jì)數(shù)器的最大預(yù)置值為9999.如果需要的預(yù)置值超過(guò)最大預(yù)置值，可以通過(guò)幾個(gè)計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器的串級(jí)聯(lián)接來(lái)擴(kuò)展預(yù)置值的范圍。

　　例如：有一臺(tái)電機(jī)要求30分鐘后啟動(dòng)，因?yàn)?0×60 =1800s ，大于最大預(yù)置值，可用計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器的串級(jí)聯(lián)接來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。

　　T613是一個(gè)預(yù)置值為2s的自復(fù)位計(jì)時(shí)器，接點(diǎn)‖一接通，T613每2s接通一次，每次接通時(shí)間為一個(gè)掃描周期，計(jì)數(shù)器C614對(duì)這一時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)常開(kāi)接點(diǎn)接通輸出繼電器21 ，驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)。

　　但是，若要精確計(jì)時(shí)，便應(yīng)考慮計(jì)時(shí)器T613每次接通時(shí)要用一個(gè)掃描周期（0.02s）的時(shí)間，那么計(jì)數(shù)器C614對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)900次將有900×0.02 = 18s的時(shí)間未計(jì)，也就是說(shuō)精確的計(jì)時(shí)應(yīng)是900×2 900×0.02 =1818s ，比原來(lái)設(shè)定的時(shí)間多18s ，這對(duì)有的設(shè)備和工藝要求可能不會(huì)造成事故，但若是對(duì)于要求精度高、工藝比較復(fù)雜的數(shù)控機(jī)床，可能造成動(dòng)作紊亂，工件加工報(bào)廢的后果，要精確計(jì)時(shí)，就應(yīng)考慮掃描周期，可以把計(jì)數(shù)器的設(shè)定值設(shè)為X ，那么剛才的定時(shí)30分鐘計(jì)算如下：2X 0.02X =1800 ，解0.18s，比原來(lái)誤差小得多，能夠滿足要求。