随着各类大型建筑物的出现，工程行业也对桩基础提出了更高层次的要求。 螺杆桩机是用于建筑工地打桩用的新型旋入式挤压成型打桩机，具有：满足外部附加应力的分步场规律、 单桩竖向承载能力强及施工环境相对良好、环保等优点。本研究基于PLC， 在不改变原有液压元件的基础上设计的螺杆桩机桩架半自动调平系统，不但能在施工前调整桩架的水平，亦能在施工中不断的监测和调整桩架的工作状态。

1　调平系统硬件组成及参数

1.1　控制器PLC硬件组成及参数

PLC模块回路图，如图2所示。S7-200系列可编程控制器，其中包括多个模拟量扩展模块，主要作用是进行数模转换；PLC作为核心控制单元，主要作用是进行逻辑计算[7]。

1.2　液压支腿系统硬件组成及参数

液压支腿控制系统，包括支腿油缸、液压锁、四片相同的手动比例换向阀和液压泵等液压元件组成。

1.3　倾角传感器技术参数

定义螺杆桩机前后方向为X方向，左右方向为Y方向。倾角传感器的作用为检测螺杆桩机在两个方向上的倾斜角度。倾角传感器的技术参数。

2.1　PLC的工作原理

测控部分是该系统的核心内容，它由采集模块和控制模块组成[8]，其控制原理如图3所示。螺杆桩机预先支撑后，倾角传感器实时检测桩架前后与左右的倾角，以模拟量4～20 mA的电流信号输出，经过扩展模块EM231进行A/D转换，直接在PLC中进行处理运算，实时判断桩架是否达到水平要求，如果高点与低点高度差超出允许范围0～h0，显示屏提醒操作人员开始调平，直到满足工作要求。

2.2　液压控制原理

液压支腿系统液压原理图，见图4。PLC发出的控制信号，输送到显示屏，操作员根据显示屏提示来调节支腿油缸的手动换向阀，手柄上调，阀芯上移，支腿油缸无杆腔进油，活塞杆伸出；手柄下调，阀芯下移，支腿油缸有杆腔进油，活塞杆缩回。通过连续不断地实时调节支腿油缸的运动，实现桩架的调平。

3　高度误差计算

3.1　高点与低点的确定

桩机预先支撑后，桩机平台有倾角情况下，假设支腿只承受垂直方向的力，没有倾向力。桩机平台坐标关系如图5所示。平台支撑面绕X轴转动的角度θx，绕Y轴转动的角度θy，坐标原点位于桩架中部， OXY为水平坐标系，OX1Y1为桩架平台坐标系。

定义：顺着坐标轴方向观察，逆时针角度为正。

状态1，θx<0、θy<0，1点为高点，4点为低点；

状态2，θx<0、θy>0，2点为高点，3点为低点；

状态3，θx>0、θy<0，3点为高点，2点为低点；

状态4，θx>0、θy>0，4点为高点，1点为低点。3.2　坐标旋转变换

水平面OXY绕X轴旋转θx，绕Y轴旋转θy，两次旋转的平面叠加的平面即与机体支撑平面重合。因此只需建立两个坐标系之间的坐标变换矩阵[9]，即可求出4个支撑点在水平坐标上的坐标。

4　调平策略

4.1　“高点”不动调平策略介绍

平台经过预支撑后，可以获得一个高点和一个低点。“高点”不动调平法就是保持高点不动，低点以高度hi=ei/2为步长追高点，低点升高hi后，进入下一个循环，调平策略如图7所示。

4.2　调平程序界面

在调平之前需要根据支腿实际所在位置输入初始位置尺寸，可使用默认值亦可修改，见图8。

显示屏实时显示X轴与Y轴的角度值及高缸与低缸的高度差ei，且给出低缸上升的参考时间t=hi/v1。

基于PLC控制的桩架调平系统，很好地解决了螺杆桩机工作前与工作过程中，不能实时检测桩架的倾角及人工操作复杂程度高等问题，目前已应用在某企业生产的螺杆桩机上，通过调试实验证明，所述桩架调平系统不仅稳定性和可靠性能充分满足工作要求，可以在较短的时间达到水平要求，精度达到 ±0.1°，且由于系统组成简单，选用的组件方便易得，因而成本较低，经济益较高，发展前景很好。对螺杆桩机全自动调平控制系统的开发也具有很强的借鉴意义。

相关文章： 螺杆桩机