丁美玲

摘 要：自動(dòng)控制系統(tǒng)在現(xiàn)代化機(jī)械工程中發(fā)揮著重要作用，首先對(duì)二者的發(fā)展做了簡(jiǎn)單介紹，并分析了當(dāng)前自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容，以及近些年取得的顯著成果。然后以旋挖鉆機(jī)為例，從桅桿垂直、回轉(zhuǎn)定位、自停系統(tǒng)三方面對(duì)自控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了仔細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制系統(tǒng) 旋挖鉆機(jī) 傳感器 回轉(zhuǎn)定位

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（a）-0055-03

在人類發(fā)展史中，勞動(dòng)器具的應(yīng)用推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)水平的增長(zhǎng)，勞動(dòng)器具越來越先進(jìn)，可代替人工做許多工作，在人類生產(chǎn)生活中的作用越來越突出。工業(yè)革命之后，機(jī)械由木結(jié)構(gòu)迅速朝金屬結(jié)構(gòu)過渡，制造工藝也實(shí)現(xiàn)了從憑借經(jīng)驗(yàn)到利用科學(xué)的轉(zhuǎn)變，為現(xiàn)代化機(jī)械工程奠定了基礎(chǔ)。在經(jīng)濟(jì)技術(shù)的推動(dòng)下，20世紀(jì)40年代經(jīng)典控制論形成，并逐步發(fā)展壯大；計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)則使得機(jī)械工程有了進(jìn)一步發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，為各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域均做出了巨大貢獻(xiàn)。在當(dāng)前時(shí)代，生產(chǎn)工藝日益復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)生產(chǎn)，必須熟練應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)，并不斷創(chuàng)新改進(jìn)。

1 機(jī)械工程及其重大意義

人類在利用、改造大自然為自身服務(wù)時(shí)，最初多依靠雙手完成各項(xiàng)工作。顯然這是不夠的，因?yàn)槿肆O其有限，伴隨著需求的增加，人們的開拓領(lǐng)域越來越廣，僅依靠雙手在很多方面都受到限制。各種機(jī)械器具便在此背景下出現(xiàn)，并不斷更新改進(jìn)，機(jī)械能夠完成人們用雙手無法完成的事，而且效率和質(zhì)量更佳。經(jīng)過千百年的演變，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，機(jī)械工程規(guī)模擴(kuò)大，研究愈發(fā)深入，應(yīng)用更為廣泛，是各個(gè)行業(yè)都不可或缺的重要組成部分。直至進(jìn)入現(xiàn)代社會(huì)，機(jī)械工程開始引進(jìn)現(xiàn)代化高新技術(shù)，機(jī)械裝置在精度、質(zhì)量各方面都進(jìn)入到全新階段。如今，可上游宇宙天空、下潛大洋深層，遠(yuǎn)窺百億光年、近察細(xì)胞分子。此外，機(jī)械工程在軍事、建筑、農(nóng)業(yè)、生物、醫(yī)療、勘探等諸多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展

現(xiàn)代化機(jī)械工程的一個(gè)明顯特點(diǎn)，就是建立有自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。所謂自動(dòng)控制系統(tǒng)，即在無人直接參與的情況下，通過對(duì)多種高新技術(shù)的應(yīng)用，能夠自動(dòng)完成生產(chǎn)任務(wù)，或能夠按照設(shè)定程序自動(dòng)操作的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)包括控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象以及變送器4部分，按照控制原理，可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種，在社會(huì)各方面都有使用。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生是生產(chǎn)水平和經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)等。尤其是21世紀(jì)以來，自動(dòng)控制系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用受到高度重視。早些時(shí)期，自動(dòng)控制系統(tǒng)多依靠機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；當(dāng)前則主要通過各種專用和通用的單片機(jī)，以及工業(yè)級(jí)控制計(jì)算機(jī)等控制器來實(shí)現(xiàn)；隨著科技的進(jìn)步和研究的深入，自控系統(tǒng)正朝著智能化方向邁進(jìn)，在將來應(yīng)用納米光電子元件、光電子計(jì)算機(jī)等裝置，系統(tǒng)將更穩(wěn)定，反應(yīng)越來越快，精確性也更高。

在20世紀(jì)40年代經(jīng)典控制論出現(xiàn)后，以模擬量自控系統(tǒng)為主，但系統(tǒng)輸入、輸出為單變量；隨后朝著多變量發(fā)展，實(shí)際生產(chǎn)控制中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，需要快速運(yùn)算，計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起使此問題得到了很好的解決。到80年代，線性自動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生，與能夠?qū)で笠粋€(gè)最優(yōu)控制向量作用而使自動(dòng)化機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)或輸出滿足某種最優(yōu)準(zhǔn)則的最優(yōu)自控系統(tǒng)；至90年代，計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和電子技術(shù)飛速發(fā)展，相關(guān)研究越來越多，自控系統(tǒng)也進(jìn)一步改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)控制系統(tǒng)的建立，即根據(jù)外部環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，該系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)，始終滿足某種最優(yōu)準(zhǔn)則。進(jìn)入21世紀(jì)后，機(jī)械工程變得更加復(fù)雜，在實(shí)際制造加工中，遇到許多非線性的難題，因無法準(zhǔn)確構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)控制系統(tǒng)也就難以取得較好的效果。智能控制便應(yīng)運(yùn)而生，且倍受青睞，其發(fā)展空間十分廣闊，是今后的主流。

3 關(guān)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容

3.1 功能設(shè)計(jì)

自動(dòng)控制系統(tǒng)在當(dāng)前機(jī)械工程中的作用不言而喻，隨著人們對(duì)機(jī)械制造、加工、應(yīng)用等方面要求的不斷提高，自動(dòng)控制系統(tǒng)還需改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)更多功能。較為常見的一些功能有自助決策、人機(jī)交互、信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換和分析、科學(xué)規(guī)劃、遠(yuǎn)程通信和遠(yuǎn)程控制、對(duì)控制軟件的支持等，是目前自控系統(tǒng)功能的研究重點(diǎn)。但其實(shí)際研究過程較為艱難，因?yàn)樽钥叵到y(tǒng)是多種學(xué)科的知識(shí)和理論的綜合應(yīng)用，包括機(jī)械、計(jì)算機(jī)、物理、軟件、電子信息、通訊、數(shù)學(xué)、人工智能、人機(jī)工程以及心理學(xué)等諸多學(xué)科。

3.2 控制功能計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能的基礎(chǔ)設(shè)備，機(jī)械工程涉及面較廣，不同行業(yè)都有與其自身相適應(yīng)的自控系統(tǒng)。被控對(duì)象的用途、功能、體積、參數(shù)等因素各有差異，在選擇控制功能計(jì)算機(jī)時(shí)，應(yīng)具體而定。一般而言，當(dāng)被控機(jī)械系統(tǒng)的規(guī)模較小時(shí)，監(jiān)視控制量為開關(guān)量和少量數(shù)據(jù)信息的模擬量，實(shí)現(xiàn)控制要求較為簡(jiǎn)單，多采用PLC或單片機(jī)；當(dāng)被控機(jī)械系統(tǒng)的規(guī)模較大，或要處理海量數(shù)據(jù)信息時(shí)，多選擇工控機(jī)。系統(tǒng)總線是其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以并行數(shù)字通信方式為主，負(fù)責(zé)控制模板與計(jì)算機(jī)CPU間的數(shù)據(jù)傳遞交換工作。當(dāng)前應(yīng)用較多且發(fā)展速度最快的系統(tǒng)總線有STD、VME、PC幾種；當(dāng)被控機(jī)械系統(tǒng)為多層次、且較復(fù)雜時(shí)，分布式自動(dòng)控制系統(tǒng)無疑是最好的選擇，它通過分析各級(jí)控制對(duì)象的特點(diǎn)，分別采用單片機(jī)、PLC總線工控機(jī)以及微型計(jì)算機(jī)等來完成不同的功能。在計(jì)算機(jī)的選擇中，除了以上因素，還需考慮具體的指令、字長(zhǎng)等。另外，如果設(shè)計(jì)任務(wù)是已經(jīng)給定的，選結(jié)合實(shí)際需要制定多種選擇方案，經(jīng)對(duì)比后確定最佳方案。

3.3 控制軟件

軟件是支撐自控系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵，包括兩大部分：（1）應(yīng)用軟件。即為滿足各種領(lǐng)域，主要是光機(jī)電系統(tǒng)的需求而提供的軟件。在可構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的情況下，通常會(huì)先建立微分方程，接著建立傳遞函數(shù)或狀態(tài)空間表達(dá)式。為提高系統(tǒng)質(zhì)量，各項(xiàng)性能指標(biāo)均能順利實(shí)現(xiàn)，可選擇MATLAB進(jìn)行分析；（2）系統(tǒng)軟件。由操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)庫、診斷系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)連接等構(gòu)成，如Windows系列操作平臺(tái)等。主要負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)軟硬件的協(xié)調(diào)，對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)度維護(hù)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，系統(tǒng)軟件在今后將更加完善，應(yīng)用軟件也進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)出多功能和多參數(shù)的軟件。endprint

3.4 人性化操作界面

人機(jī)交流是自動(dòng)控制系統(tǒng)必須具備的前提條件，且人占據(jù)著主導(dǎo)地位，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的操作研發(fā)等工作。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件和各種管控程序時(shí)，在保證其安全性的同時(shí)，還應(yīng)考慮操作的方便簡(jiǎn)捷。通過合理設(shè)計(jì)，確保人的最終決策功能得到最大發(fā)揮，使系統(tǒng)能夠?yàn)槿说恼_決策提供多種作業(yè)輔助手段，同時(shí)強(qiáng)調(diào)人的特性和限度?？茖W(xué)設(shè)計(jì)相關(guān)接口，如信息接口、物理接口等，以方便系統(tǒng)同執(zhí)行元件及其他動(dòng)力源的連接。智能接口在信息處理方面更具優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)，而且人性化操作界面也是當(dāng)前自控系統(tǒng)的重點(diǎn)部分。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)總線

即安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與自控裝置之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。典型的有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF、控制器局域網(wǎng)CAN、HART等。例如CAN總線廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造等領(lǐng)域，具有高抗電磁干擾、高錯(cuò)誤檢出性，可提供較高數(shù)據(jù)傳輸速率，進(jìn)而順利實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制；目前研究進(jìn)一步增大CAN總線傳輸距離，但尚有一些困難問題未能得到解決。

4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的相關(guān)研究成果

4.1 傳感器技術(shù)

傳感器在現(xiàn)代化機(jī)械工程中發(fā)揮著重要作用，與后續(xù)操作密切相關(guān)，進(jìn)而影響到控制效果。為提高自動(dòng)控制水平，需保證傳感器的性能符合要求：首先，自身質(zhì)量比較穩(wěn)定。如在外界沖擊力較大時(shí)，傳感器不會(huì)有大的損傷；具備防止環(huán)境污染的功能；能夠適應(yīng)高溫高濕環(huán)境。其次，傳感器還應(yīng)具備準(zhǔn)確、快速地獲取各種有效信息的能力。從國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀來看，此類傳感器在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)，但在實(shí)際大型機(jī)械設(shè)備上應(yīng)用時(shí)，其效果難以得到充分發(fā)揮。由于性能的不穩(wěn)定，將對(duì)工程機(jī)械一體化的發(fā)展形成阻礙。

4.2 可靠性技術(shù)

工程施工條件越來越惡劣，以至于機(jī)械設(shè)備在作業(yè)時(shí)常會(huì)發(fā)生劇烈振動(dòng)，使得最終效果受到影響。包括動(dòng)力源處的液壓裝置、外界的負(fù)荷和沖擊等都會(huì)對(duì)機(jī)械使用效果不利。所以，控制系統(tǒng)必須具備極強(qiáng)的耐震性。工程中很多基礎(chǔ)材料，如水分、砂石、污染物等，可能會(huì)因施工進(jìn)入機(jī)械裝置中，這就要求系統(tǒng)具備良好的密封性。此外，系統(tǒng)還應(yīng)具備抗干擾能力，不會(huì)受外部噪音、環(huán)境的影響。

4.3 微機(jī)控制技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)在不斷發(fā)展進(jìn)步，硬件控制功能日益完善，已經(jīng)能夠完全滿足現(xiàn)代化機(jī)械工程要求；軟件控制也取得顯著成果，積極引進(jìn)各種控制算法，如螞蟻集群算法等。

5 旋挖鉆機(jī)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)

5.1 工程實(shí)例

某住宅小區(qū)占地75000 m2，計(jì)劃建設(shè)10棟現(xiàn)代化住宅樓，采用框架剪刀墻表結(jié)構(gòu)，高度均為32層，設(shè)有2層地下室，現(xiàn)代簡(jiǎn)約風(fēng)格，另有兩層裙房。地基土質(zhì)也粉質(zhì)粘土和黏土居多，為提高地基承載力，樁基工程采用旋挖鉆孔成樁技術(shù)進(jìn)行施工。經(jīng)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施工的難點(diǎn)在于：（1）孔壁易發(fā)生坍塌；（2）成孔過程中沉渣較多，加大了清孔難度；（3）粘土層易堵塞鉆斗，且很難甩出；粘土層較硬時(shí)，效率比較低。

5.2 旋挖鉆機(jī)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)

旋挖鉆機(jī)是建筑工程成孔環(huán)節(jié)中常見的機(jī)械設(shè)備，成孔深、效率高、質(zhì)量好、噪音少，在路橋施工、水利建設(shè)等方面有著極為廣泛的應(yīng)用。主要由滑輪架、桅桿、鉆桿、轉(zhuǎn)盤、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、調(diào)垂油缸、上車、鉆具和底盤等幾部分組成。如圖1所示。

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，企業(yè)若想提高旋挖效率和適量，需建立起自動(dòng)控制系統(tǒng)。主要包括以下幾部分：

（1）桅桿姿態(tài)檢測(cè)及桅桿控制。

通過顯示器按鍵選擇進(jìn)入自動(dòng)糾偏模式，并借助手柄對(duì)立桅及倒桅速度加以控制。通過控制器的自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)左右油缸的同步；進(jìn)入自動(dòng)立桅模式后，由控制器自動(dòng)立桅，調(diào)平OK后延時(shí)5 s退出自動(dòng)立桅模式；進(jìn)入自動(dòng)倒桅模式，同樣由控制器自動(dòng)倒桅，桅桿Y軸角若在5 s時(shí)發(fā)生變化，停止自動(dòng)倒桅；若桅桿前后角及左右角均小于3°，可進(jìn)入自動(dòng)調(diào)垂模式，調(diào)平OK后延時(shí)5 s，退出該模式。

（2）回轉(zhuǎn)定位。

通過顯示器設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位開，且鉆頭要高于地面30 cm，然后按下手柄上自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位按鈕，控制器自動(dòng)控制車體與原來相反方向回轉(zhuǎn)到定位位置。

（3）主卷浮動(dòng)控制。

按下主卷浮動(dòng)按鈕，主卷制動(dòng)閥與浮動(dòng)閥打開，主卷靠鉆桿和鉆頭的自重自動(dòng)跟進(jìn)。

（4）深度測(cè)量。

在額頭滑輪測(cè)深方式：利用編碼器計(jì)數(shù)，然后經(jīng)精密計(jì)算，最終將深度值顯示在顯示器上。雖然器件的安裝工作較為簡(jiǎn)單，精確卻不高。在卷揚(yáng)測(cè)深方式：與上同，雖然每次換鋼絲繩時(shí)均需重新標(biāo)定參數(shù)，較為繁瑣，但其精度比較高。深度的顯示方式：將旋挖的孔深度、平均深度以及鉆頭所處位置的結(jié)果顯示在顯示器上。

6 自動(dòng)控制系統(tǒng)在旋挖鉆機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用

鑒于以往經(jīng)驗(yàn)，為提高成孔質(zhì)量，該工程提前對(duì)旋挖型鉆機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。在此主要從以下三方面進(jìn)行詳細(xì)分析。

6.1 桅桿垂直自動(dòng)控制系統(tǒng)

在鉆進(jìn)過程中，旋挖鉆機(jī)的桅桿必須呈垂直狀，否則極易影響鉆孔效果。此工程現(xiàn)場(chǎng)有多處不平整，桅桿必將出現(xiàn)傾斜的情況，所以應(yīng)對(duì)此加以調(diào)節(jié)。在此自動(dòng)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)調(diào)平缸，由負(fù)荷傳感泵驅(qū)動(dòng)，當(dāng)鉆桅發(fā)生傾斜時(shí)，予以糾正，使其恢復(fù)垂直狀。調(diào)平缸由電液比例閥獨(dú)立控制。該系統(tǒng)包括微處理器控制器、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理器、電控手柄、油缸、傳感器等組成。采用的是雙軸傾角傳感器，安裝在桅桿上，負(fù)責(zé)傾斜角度的測(cè)量工作，然后借助PLC內(nèi)部的A/D模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)化后，與給出的信號(hào)進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生角度偏差?？刂破骼孟嚓P(guān)算法對(duì)此結(jié)果加以調(diào)平處理，而后將PWM控制信號(hào)輸出，經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器，將信號(hào)向油缸傳遞。再利用電液比例閥，構(gòu)成閉環(huán)電液比例控制系統(tǒng)，對(duì)桅桿傾斜加以控制。

PLC控制器是自動(dòng)調(diào)垂控制系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵部分，在此選擇的是Hesmor系列，具有諸多優(yōu)勢(shì)，如在嚴(yán)重振動(dòng)、溫度變化頻繁以及強(qiáng)電磁干擾的情況下依舊可以正常工作。除了發(fā)動(dòng)機(jī)，均使用的是該系列中的HC-G16控制器，主頻為40 MHz，512KbytesRAM，XC167CPU，共有2個(gè)CAN接口和13個(gè)AI/DI口。endprint

6.2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位系統(tǒng)

旋挖機(jī)在施工中經(jīng)常會(huì)有車回轉(zhuǎn)的操作，包括啟動(dòng)、回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)3個(gè)環(huán)節(jié)，此過程中回轉(zhuǎn)的負(fù)荷有較大的變化。其定位是否精確與鉆孔成樁效果密切相關(guān)，為此必須建立自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位系統(tǒng)?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)臺(tái)主體、回轉(zhuǎn)支承、鉆桅支承和回轉(zhuǎn)減速機(jī)等部分構(gòu)成，對(duì)其有幾點(diǎn)要求：盡量將能量損失降至最低；回轉(zhuǎn)力矩應(yīng)控制在規(guī)定值內(nèi)，角加速度符合要求；定位必須精確，不得有過大的誤差。其中，精確定位尤為關(guān)鍵。

自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位系統(tǒng)是在電液比例控制技術(shù)、信號(hào)反饋控制技術(shù)以及CAN-BUS總線通訊技術(shù)的基礎(chǔ)上建立起來的。包括控制器、顯示器、回轉(zhuǎn)開關(guān)、編碼器等裝置，顯示器上設(shè)置有“孔位確定”按鈕，鉆頭回轉(zhuǎn)任意角度排渣后，按下“自動(dòng)回轉(zhuǎn)”按鈕，編碼器可對(duì)回轉(zhuǎn)方向和位置進(jìn)行檢測(cè)，將結(jié)果輸送至控制器。經(jīng)過相關(guān)計(jì)算后，控制器將PWM信號(hào)輸出，對(duì)回轉(zhuǎn)電液比例閥加以控制，從而使鉆具能夠自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)孔位，同時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)角度呈現(xiàn)在顯示器上。系統(tǒng)原理如圖2所示。

6.3 主卷過載保護(hù)與鉆具觸地自停系統(tǒng)

在實(shí)際作業(yè)中，取土返回時(shí)，若鉆頭觸地后未能及時(shí)停機(jī)，則卷揚(yáng)機(jī)將繼續(xù)工作，導(dǎo)致鋼絲繩一直下放，出現(xiàn)亂繩情況，影響到鋼絲繩的使用壽命；若鋼絲繩承受過大的壓力，必須及時(shí)停止卷揚(yáng)工作，否則極易出現(xiàn)安全事故。

在自停系統(tǒng)中，傳感器負(fù)責(zé)卷揚(yáng)荷載信息的搜集，控制器對(duì)其安全程度加以判斷。一旦出現(xiàn)異常，傳感器的信號(hào)會(huì)有所變動(dòng)，控制器則發(fā)出停止的指令。系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)中，手柄與主控閥間設(shè)置有電磁閥，銷軸傳感器的信號(hào)輸入端和輸出端分別與滑輪和車載控制器信號(hào)輸入端相連接，車載控制器信號(hào)輸出端通過繼電器分別與先導(dǎo)電磁閥及自停選擇開關(guān)相連。過載與觸地自停系統(tǒng)硬件包括顯示器、控制器、傳感器、電磁閥等。電路原理如圖3所示。

7 結(jié)語

機(jī)械工程為人類社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，隨著制造、加工等行業(yè)工作量的增大，以及質(zhì)量要求的提高，必須采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，可有效提高工作效率，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)。在今后的發(fā)展中，自動(dòng)控制技術(shù)還需不斷改進(jìn)，朝著智能化的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜中，湯勇.現(xiàn)代機(jī)械工程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，22（5）：143-144.

[2] 王斌.工程機(jī)械的自動(dòng)控制系統(tǒng)分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013，24（30）：144-145.

[3] 覃智勇.淺談機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研發(fā)[J].華東科技，2012，26（11）：155-156.

[4] 韓軍，孫家根，楊小強(qiáng)，等.基于CAN總線的工程機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011.

[5] 何銀菊.基于CAN總線的分布式工程機(jī)械控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].中南大學(xué)，2012.

[6] 方強(qiáng).我國(guó)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].建筑與文化，2013，20（3）：190-192.

[7] 高晶，劉玉濤，呂偉祥.旋挖鉆機(jī)回轉(zhuǎn)自動(dòng)定位控制系統(tǒng)[J].建筑機(jī)械化，2009，23（7）：147-148.

[8] 曾靜，卜燕萍.淺析機(jī)電一體化的進(jìn)程與智能化趨勢(shì)[J].益陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，24（2）：132-134.

[9] 丁艷玲，劉星橋.基于模糊控制的多電機(jī)系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究[J].微電機(jī)，2008，24（10）：102-104.

[10] 胡長(zhǎng)勝，李冰.無鉆桿旋挖鉆機(jī)工作裝置監(jiān)控系統(tǒng)研制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.endprint

6.2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位系統(tǒng)

旋挖機(jī)在施工中經(jīng)常會(huì)有車回轉(zhuǎn)的操作，包括啟動(dòng)、回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)3個(gè)環(huán)節(jié)，此過程中回轉(zhuǎn)的負(fù)荷有較大的變化。其定位是否精確與鉆孔成樁效果密切相關(guān)，為此必須建立自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位系統(tǒng)。回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)臺(tái)主體、回轉(zhuǎn)支承、鉆桅支承和回轉(zhuǎn)減速機(jī)等部分構(gòu)成，對(duì)其有幾點(diǎn)要求：盡量將能量損失降至最低；回轉(zhuǎn)力矩應(yīng)控制在規(guī)定值內(nèi)，角加速度符合要求；定位必須精確，不得有過大的誤差。其中，精確定位尤為關(guān)鍵。

自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位系統(tǒng)是在電液比例控制技術(shù)、信號(hào)反饋控制技術(shù)以及CAN-BUS總線通訊技術(shù)的基礎(chǔ)上建立起來的。包括控制器、顯示器、回轉(zhuǎn)開關(guān)、編碼器等裝置，顯示器上設(shè)置有“孔位確定”按鈕，鉆頭回轉(zhuǎn)任意角度排渣后，按下“自動(dòng)回轉(zhuǎn)”按鈕，編碼器可對(duì)回轉(zhuǎn)方向和位置進(jìn)行檢測(cè)，將結(jié)果輸送至控制器。經(jīng)過相關(guān)計(jì)算后，控制器將PWM信號(hào)輸出，對(duì)回轉(zhuǎn)電液比例閥加以控制，從而使鉆具能夠自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)孔位，同時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)角度呈現(xiàn)在顯示器上。系統(tǒng)原理如圖2所示。

6.3 主卷過載保護(hù)與鉆具觸地自停系統(tǒng)

在實(shí)際作業(yè)中，取土返回時(shí)，若鉆頭觸地后未能及時(shí)停機(jī)，則卷揚(yáng)機(jī)將繼續(xù)工作，導(dǎo)致鋼絲繩一直下放，出現(xiàn)亂繩情況，影響到鋼絲繩的使用壽命；若鋼絲繩承受過大的壓力，必須及時(shí)停止卷揚(yáng)工作，否則極易出現(xiàn)安全事故。

在自停系統(tǒng)中，傳感器負(fù)責(zé)卷揚(yáng)荷載信息的搜集，控制器對(duì)其安全程度加以判斷。一旦出現(xiàn)異常，傳感器的信號(hào)會(huì)有所變動(dòng)，控制器則發(fā)出停止的指令。系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)中，手柄與主控閥間設(shè)置有電磁閥，銷軸傳感器的信號(hào)輸入端和輸出端分別與滑輪和車載控制器信號(hào)輸入端相連接，車載控制器信號(hào)輸出端通過繼電器分別與先導(dǎo)電磁閥及自停選擇開關(guān)相連。過載與觸地自停系統(tǒng)硬件包括顯示器、控制器、傳感器、電磁閥等。電路原理如圖3所示。

7 結(jié)語

機(jī)械工程為人類社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，隨著制造、加工等行業(yè)工作量的增大，以及質(zhì)量要求的提高，必須采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，可有效提高工作效率，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)。在今后的發(fā)展中，自動(dòng)控制技術(shù)還需不斷改進(jìn)，朝著智能化的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜中，湯勇.現(xiàn)代機(jī)械工程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，22（5）：143-144.

[2] 王斌.工程機(jī)械的自動(dòng)控制系統(tǒng)分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013，24（30）：144-145.

[3] 覃智勇.淺談機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研發(fā)[J].華東科技，2012，26（11）：155-156.

[4] 韓軍，孫家根，楊小強(qiáng)，等.基于CAN總線的工程機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011.

[5] 何銀菊.基于CAN總線的分布式工程機(jī)械控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].中南大學(xué)，2012.

[6] 方強(qiáng).我國(guó)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].建筑與文化，2013，20（3）：190-192.

[7] 高晶，劉玉濤，呂偉祥.旋挖鉆機(jī)回轉(zhuǎn)自動(dòng)定位控制系統(tǒng)[J].建筑機(jī)械化，2009，23（7）：147-148.

[8] 曾靜，卜燕萍.淺析機(jī)電一體化的進(jìn)程與智能化趨勢(shì)[J].益陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，24（2）：132-134.

[9] 丁艷玲，劉星橋.基于模糊控制的多電機(jī)系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究[J].微電機(jī)，2008，24（10）：102-104.

[10] 胡長(zhǎng)勝，李冰.無鉆桿旋挖鉆機(jī)工作裝置監(jiān)控系統(tǒng)研制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.endprint

6.2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位系統(tǒng)

旋挖機(jī)在施工中經(jīng)常會(huì)有車回轉(zhuǎn)的操作，包括啟動(dòng)、回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)3個(gè)環(huán)節(jié)，此過程中回轉(zhuǎn)的負(fù)荷有較大的變化。其定位是否精確與鉆孔成樁效果密切相關(guān)，為此必須建立自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位系統(tǒng)。回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)臺(tái)主體、回轉(zhuǎn)支承、鉆桅支承和回轉(zhuǎn)減速機(jī)等部分構(gòu)成，對(duì)其有幾點(diǎn)要求：盡量將能量損失降至最低；回轉(zhuǎn)力矩應(yīng)控制在規(guī)定值內(nèi)，角加速度符合要求；定位必須精確，不得有過大的誤差。其中，精確定位尤為關(guān)鍵。

自動(dòng)回轉(zhuǎn)定位系統(tǒng)是在電液比例控制技術(shù)、信號(hào)反饋控制技術(shù)以及CAN-BUS總線通訊技術(shù)的基礎(chǔ)上建立起來的。包括控制器、顯示器、回轉(zhuǎn)開關(guān)、編碼器等裝置，顯示器上設(shè)置有“孔位確定”按鈕，鉆頭回轉(zhuǎn)任意角度排渣后，按下“自動(dòng)回轉(zhuǎn)”按鈕，編碼器可對(duì)回轉(zhuǎn)方向和位置進(jìn)行檢測(cè)，將結(jié)果輸送至控制器。經(jīng)過相關(guān)計(jì)算后，控制器將PWM信號(hào)輸出，對(duì)回轉(zhuǎn)電液比例閥加以控制，從而使鉆具能夠自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)孔位，同時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)角度呈現(xiàn)在顯示器上。系統(tǒng)原理如圖2所示。

6.3 主卷過載保護(hù)與鉆具觸地自停系統(tǒng)

在實(shí)際作業(yè)中，取土返回時(shí)，若鉆頭觸地后未能及時(shí)停機(jī)，則卷揚(yáng)機(jī)將繼續(xù)工作，導(dǎo)致鋼絲繩一直下放，出現(xiàn)亂繩情況，影響到鋼絲繩的使用壽命；若鋼絲繩承受過大的壓力，必須及時(shí)停止卷揚(yáng)工作，否則極易出現(xiàn)安全事故。

在自停系統(tǒng)中，傳感器負(fù)責(zé)卷揚(yáng)荷載信息的搜集，控制器對(duì)其安全程度加以判斷。一旦出現(xiàn)異常，傳感器的信號(hào)會(huì)有所變動(dòng)，控制器則發(fā)出停止的指令。系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)中，手柄與主控閥間設(shè)置有電磁閥，銷軸傳感器的信號(hào)輸入端和輸出端分別與滑輪和車載控制器信號(hào)輸入端相連接，車載控制器信號(hào)輸出端通過繼電器分別與先導(dǎo)電磁閥及自停選擇開關(guān)相連。過載與觸地自停系統(tǒng)硬件包括顯示器、控制器、傳感器、電磁閥等。電路原理如圖3所示。

7 結(jié)語

機(jī)械工程為人類社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，隨著制造、加工等行業(yè)工作量的增大，以及質(zhì)量要求的提高，必須采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，可有效提高工作效率，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)。在今后的發(fā)展中，自動(dòng)控制技術(shù)還需不斷改進(jìn)，朝著智能化的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜中，湯勇.現(xiàn)代機(jī)械工程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，22（5）：143-144.

[2] 王斌.工程機(jī)械的自動(dòng)控制系統(tǒng)分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013，24（30）：144-145.

[3] 覃智勇.淺談機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研發(fā)[J].華東科技，2012，26（11）：155-156.

[4] 韓軍，孫家根，楊小強(qiáng)，等.基于CAN總線的工程機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011.

[5] 何銀菊.基于CAN總線的分布式工程機(jī)械控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].中南大學(xué)，2012.

[6] 方強(qiáng).我國(guó)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].建筑與文化，2013，20（3）：190-192.

[7] 高晶，劉玉濤，呂偉祥.旋挖鉆機(jī)回轉(zhuǎn)自動(dòng)定位控制系統(tǒng)[J].建筑機(jī)械化，2009，23（7）：147-148.

[8] 曾靜，卜燕萍.淺析機(jī)電一體化的進(jìn)程與智能化趨勢(shì)[J].益陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，24（2）：132-134.

[9] 丁艷玲，劉星橋.基于模糊控制的多電機(jī)系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究[J].微電機(jī)，2008，24（10）：102-104.

[10] 胡長(zhǎng)勝，李冰.無鉆桿旋挖鉆機(jī)工作裝置監(jiān)控系統(tǒng)研制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.endprint