【導(dǎo)讀】縮短，大大提高了沖孔施工的工作效率，可以投入到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中。沖孔打樁機(jī)因其施工工藝簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、對地層無特殊要求等優(yōu)點(diǎn)，目前在各工程現(xiàn)場發(fā)揮著重要的作用。但是，目前在施工現(xiàn)場應(yīng)用的沖孔打樁機(jī)多。如果將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于沖孔打樁機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)沖孔打樁的全自動(dòng)化或半。進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)沖孔樁機(jī)自動(dòng)打樁的功能。同時(shí)，還應(yīng)該了解打樁機(jī)自動(dòng)控制。系統(tǒng)對故障的處理方法，使得沖孔打樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作更加安全高效。

　　

【正文】 C3130pC3230pC3330pC3430pR1210KR1110KR1010KR910KR810KR710KR1310KR1410K5VVCC112233R193362R18100R171005VVCC5VGNDPB45VGNDLCDBLKPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PA7PB7PB6PB5PB0PB1PB2PB3PB4PB2PB1LCDD0LCDD1LCDD2LCDD3LCDD4LCDD5LCDD6LCDD7LCDCS1LCDD0LCDD1LCDD2LCDD3LCDD4LCDD5LCDD6LCDD7LCDRSLCDRWLCDELCDRESLCDCS2LCDCS3LCDCS1LCDCS2LCDCS3在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要把電磁兼容的設(shè)計(jì)放在至關(guān)重要的位置，目前很多的工業(yè)產(chǎn)品在投入實(shí)際應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，很多時(shí)候都是因?yàn)樵陔姶偶嫒莸脑O(shè)計(jì)方面出現(xiàn)了問題，對于系統(tǒng)各個(gè)模塊、單元、器件之間的干擾沒有認(rèn)識清楚，當(dāng)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的時(shí)候，由于器件之間、模塊之間以及安裝機(jī)械上的干擾對系統(tǒng)產(chǎn)生了影響，從而影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在本設(shè)計(jì)中，從機(jī)械安裝、電路設(shè)計(jì)、線路板制作，面板的安裝以及機(jī)柜內(nèi)的走線，盡可能的使系統(tǒng)中各個(gè)部分之間的干擾降低。濾波是沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)的重要組成部分，它可以剔除和抑制信號或電源傳輸中的騷擾頻率分量，從而切斷電磁干擾信號沿信號線或者電源線向控制系統(tǒng)內(nèi)部傳輸?shù)穆窂?。濾波電路主要應(yīng)用在系統(tǒng)的電源和信號線之中，本系統(tǒng)的電源濾波器的設(shè)計(jì)從抑制共模干擾和差模干擾兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。其中，共模扼流圈是所設(shè)計(jì)的共模濾波器中的重要組成部分，它的優(yōu)點(diǎn)是電感值極高，體積小，但設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮它的漏感，對于理想的共模電感模型來說，當(dāng)其線圈繞制完成后，應(yīng)在其線圈的中心集中所有的磁通量，但是，在實(shí)際制作過程中，環(huán)形線圈通常會(huì)繞制不緊密或者未繞滿一周，從而引起磁通的泄漏，泄露的磁通便形成了差模電感。因此，由于漏感的存在使得共模電感也具有一定的抑制差模干擾的能力。在一般的電路設(shè)計(jì)中，常常利用這種由共模電感的漏感形成西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19的差模電感來消除300kHz～30MHz的傳導(dǎo)干擾電平。設(shè)計(jì)和選用濾波器要根據(jù)電路的實(shí)際需要而定，根據(jù)傳導(dǎo)干擾電平與所規(guī)定的EMC標(biāo)準(zhǔn)極限比較，一般～，～1MHz是差模與共模干擾聯(lián)合作用，而1MHz～30MHz主要是共模干擾起作用。在一般濾波器的設(shè)計(jì)中，僅安裝一個(gè)共模電感，利用其產(chǎn)生的漏感作為差模電感對差模電流進(jìn)行抑制，則不用在設(shè)計(jì)電路中設(shè)計(jì)額外的差模電感。123456789101112ABCD121110987654321DCBAD2IN400724VVCC_IN24VGND_IN11223344T2E3470uF 50V24VVCC24VGNDVin1Ground3ON/OFF5FeedBack4Output2POWER1LM2576_5R10D31N5822L1100uH24VVCC24VGND5VVCC5VGNDCBB電容CBB電容C2104J63C4104J63F21AZ224CAE216V 4700UFC5104，圖中T2是共模扼流圈。在T2的24和13是繞制在一個(gè)磁芯上的兩組線圈，它們繞制的匝數(shù)相同而方向相反。在電路中，電流流經(jīng)兩組同相位繞制的共模電感時(shí)，其在兩組線圈中產(chǎn)生的反向磁場會(huì)相互抵消，此時(shí)線圈電阻對電流信號的影響是主要方面；由于共模電流的同向性，當(dāng)其流經(jīng)共模電感時(shí)，線圈的感抗會(huì)因其在線圈內(nèi)產(chǎn)生的同向磁場而大大增加，使得線圈表現(xiàn)為高阻抗，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果對共模電流進(jìn)行衰減，以此完成濾波功能。設(shè)計(jì)電路中的共模電感大小為17mh左右。如果將這個(gè)濾波電路一端接干擾源，另一端接被干擾設(shè)備，則電路中的兩個(gè)線圈和兩個(gè)CBB電容就構(gòu)成了兩組低通濾波器，可以將線路上的共模干擾信號抑制在一個(gè)很低的電平上。該電路能夠有效的降低電磁干擾的強(qiáng)度，因?yàn)槠洳粌H可以抑制外部的干擾信號的傳入，同時(shí)對自身電路工作時(shí)產(chǎn)生的干擾信號進(jìn)行衰減。在本設(shè)計(jì)中，信號線上的濾波主要是通過在信號線上繞制鐵氧體磁芯來實(shí)現(xiàn)的，鐵氧體磁芯通過消除或極大的衰減電磁干擾源的高頻電流來抑制傳導(dǎo)騷擾，能抑制任何寄生振蕩或傳輸?shù)皆骷€上或與之相連的電纜線中的高頻無用信號。采用鐵氧體，能夠提供足夠高的高頻阻抗來減小高頻電流，從理論上講，理想的鐵氧體能在高頻段提供高阻抗；而在所有其他頻段上提供零阻抗。但實(shí)際上，鐵氧體磁芯的阻抗是依賴于頻率的，在頻率低于1MHz時(shí)，其阻抗最低，對于不同的鐵氧體材料，最高阻抗出現(xiàn)在10~500MHz之間。在電磁兼容設(shè)計(jì)中，屏蔽技術(shù)抑制電磁干擾的重要技術(shù)，它不僅可以有效地抑制輻射干擾，而且可以明顯的抑制靜電干擾以及干擾的各種耦合。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，電路板到傳感器之間的信號傳輸媒介采用帶有屏蔽層的線纜，線纜上的屏西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20蔽層將整個(gè)信號傳輸線路包裹起來，防止信號受到外部電磁場的干擾，如果電纜線中的屏蔽層和大地接在一起，則可以將外部干擾信號導(dǎo)入大地中，避免外部電磁干擾信號進(jìn)入線纜而造成的傳輸信號的損耗。提高了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。機(jī)箱本身作為一個(gè)屏蔽容器，對抑制外部干擾進(jìn)入機(jī)箱控制柜起到了一定的作用。在機(jī)箱控制柜的內(nèi)部走線要注意信號之間的相互干擾，機(jī)箱中的線路由氣路和電路兩部分組成，簡潔整齊的走線可以有效的抑制線纜之間的干擾。設(shè)計(jì)中將氣路的走線和電路的走線分開布局，根據(jù)整個(gè)機(jī)箱控制柜的布局，將氣路布局在機(jī)箱內(nèi)部的下方，這樣使得電磁閥更接近氣缸，即氣缸和電磁閥之間的氣路傳輸距離短，有利于氣壓傳輸?shù)姆€(wěn)定。將電路線纜布局在內(nèi)部隔板的上方，由于雙排連接器與控制電路板之間的連線比較多，縮短雙排連接器與電路板之間的距離，使得線纜之間的干擾變小。這種氣路和電路的布局走線設(shè)計(jì)，一方面便于施工人員完成機(jī)箱內(nèi)部和傳感器的連接，一方面使得整個(gè)機(jī)箱簡潔美觀。在電磁兼容領(lǐng)域中，接地技術(shù)是電子設(shè)備工作中必需的技術(shù)措施，接地技術(shù)對各種電磁干擾的影響是非常大的，在電路設(shè)計(jì)中，對接地點(diǎn)的選擇、抑制接地干擾措施以及對電路組合接地的設(shè)計(jì)都是非常重要的方面。安全地一般與大地連接，保證接地的設(shè)備與大地處于同一個(gè)電位，這種接地方式能為系統(tǒng)不希望有的浪涌能量如雷擊電流等提供一條泄放路徑。信號地是電路中各種電壓信號的電位參考點(diǎn)，它為系統(tǒng)中的所有電路提供了一個(gè)電位基準(zhǔn)。因此，系統(tǒng)對于地線的設(shè)計(jì)十分重要。系統(tǒng)的接地方式有單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地等。單點(diǎn)接地時(shí)最簡單的方式，它有效的避免了地環(huán)路，沒有地環(huán)路干擾的問題，但是他的接地線往往較長，當(dāng)頻率過高時(shí)，地線的阻抗很大且不穩(wěn)定，甚至?xí)l(fā)生諧振。多點(diǎn)接地的方法雖然使得設(shè)計(jì)中的地線最短，但是這種方式必然會(huì)在電路中形成很多的環(huán)路，其中的電位差、空間的電磁場都能會(huì)對電路形成干擾，這種接地方式要求地線阻抗盡量小?；旌辖拥厥潜容^適中的方法，利用電容電感等器件在不同頻率的不同阻抗特性，構(gòu)成混合接地系統(tǒng)。在沖孔樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的電源模塊中含有多種不同電壓的電源，如果將這些電源的接地端直接相連，那么，便會(huì)產(chǎn)生相互之間的電磁干擾，對所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定施工產(chǎn)生影響，但是，如果不相連的話，可能會(huì)造成各電源的電位差，西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21這對控制系統(tǒng)也是不利的。一般設(shè)計(jì)中采用磁珠、電容或者零歐電阻將各個(gè)電源的接地端連接在一起，由于磁珠可以等效為帶阻限波器，只能抑制某個(gè)頻率點(diǎn)的噪聲，當(dāng)信號的頻率無法預(yù)知時(shí)，無法有效抑制電磁干擾；電容元件容易造成浮地；而用零歐電阻將各個(gè)地連接在一起，各個(gè)地之間相當(dāng)于一個(gè)很窄的電流通路，對所設(shè)計(jì)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的環(huán)路電流進(jìn)行有效的限制，從而抑制系統(tǒng)的噪聲，而且它對于各種頻率的干擾信號都有衰減的作用，故本系統(tǒng)中采用零歐電阻抑制各地線之間的噪聲，這種設(shè)計(jì)方法同時(shí)可以保證直流電位相等和單點(diǎn)接地。在電磁兼容性的設(shè)計(jì)中，器件的選擇對于抑制電磁干擾有著非常重要的作用。針對本設(shè)計(jì)的現(xiàn)場環(huán)境，從電路中的主要元器件出發(fā)，通過元器件選擇達(dá)到電磁兼容的設(shè)計(jì)要求，在電路中對電磁環(huán)境影響較大的元器件主要是電阻、電容和電感等。1）電阻元件電阻元件是電路中電流的調(diào)配器件，市場上實(shí)物電阻的阻值都不是一個(gè)固定的值，而是隨著溫度的變化而變化，只是變化范圍較小，即“溫漂”，在本系統(tǒng)中，對于電阻的要求不是很高，在電磁兼容性的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的角度采用一般的貼片封裝的電阻就可以滿足系統(tǒng)要求。2）電容元件電容元件是電路中抑制電磁干擾的重要元件，恰當(dāng)?shù)倪x擇電容元件可以提高沖孔樁機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾性能和濾波效果。從制作工藝分析，由不同材料制作而成的電容應(yīng)用在不同的場合，例如鋁電解電容和鉭電容主要應(yīng)用于低頻濾波器和存儲器領(lǐng)域，在中高頻濾波電路和去耦電路中，則通常采用陶瓷電容等。電容受溫度的影響是非常明顯的，就系統(tǒng)中常用的電容來說，鉭電容和獨(dú)石電容的溫度特性比電解電容好，但在本系統(tǒng)中，對于電容溫度的要求不是很高，因此，從性價(jià)比的角度出發(fā)，在電路中采用電解電容時(shí)可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的，在整個(gè)線路板的電容選擇中，針對各個(gè)模塊的要求，選用不同的電容，同時(shí)注意整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)成本。但是在PCB中，對于電容的這種受溫度影響較大的特性，要注意電容在線路板中的分布，電容的分布盡量遠(yuǎn)離線路板中的熱源如電源穩(wěn)壓芯片等。在系統(tǒng)的電源的輸入與輸出中都要接入濾波電容，濾波電容具有降低交流脈動(dòng)紋波系數(shù)、提高電路高效平滑直流輸出的優(yōu)點(diǎn)，電路中一般將其設(shè)計(jì)在整流電路的兩端，濾波電容一般由兩個(gè)電容并聯(lián)構(gòu)成，且兩個(gè)電容的容值相差兩個(gè)數(shù)量級以上，這樣在電路中可以獲得更大的濾波頻段，同時(shí)，大小電容又各自有著抑制電磁干擾的作用，大電容可以使信號的輸出平滑而不致產(chǎn)生大的突變；較小的電容為高頻干擾信號提供了一個(gè)對地通路，從而可以濾除高頻干擾信號，使得電壓的輸出更加純凈。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，濾波電容中大的電容采用的是50V470uf西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22的電解電容，小電容采用的是104獨(dú)石電容。同時(shí)，在電源芯片的電源引腳附近都加有去耦電容，增加了系統(tǒng)的抗干擾性能。3）電感元件電感元件可以經(jīng)電場信號和磁場信號關(guān)聯(lián)起來，它本身可以實(shí)現(xiàn)電場與磁場相互作用的特性使其對一些干擾信號的敏感性比其他元器件更加強(qiáng)烈。在電子線路中，電感線圈對交流有限流作用，它與電阻器或電容器能組成高通或低通濾波器、移相電路及諧振電路等，基本作用是：濾波、振蕩、延遲等。本設(shè)計(jì)中，采用共模電感和差模電感分別對共模和差模干擾信號進(jìn)行抑制，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。磁環(huán)：又稱鐵氧體磁環(huán)，它是電子電路中常用的抗干擾元件，對于高頻噪聲有很好的抑制作用，常用于抑制電源線、信號線上的干擾，同時(shí)，還具有吸收靜電脈沖的能力。除此之外，也要重視各個(gè)元件的適用范圍，例如工作溫度和濕度等，在不同的設(shè)計(jì)電路中，根據(jù)不同的要求合理選擇各種元器件。施工現(xiàn)場環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，不確定因素比較多，從安全第一的原則出發(fā)，系統(tǒng)必須針對各種故障和突發(fā)狀況進(jìn)行分析和處理。經(jīng)過分析，主要有以下幾種情況：1）傳感器壞或者離合打滑（離合無法拉起樁錘）：控制器檢測到起錘信號，但是高度傳感器檢測到脈沖信號，系統(tǒng)在延時(shí)一定時(shí)間后執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。2）天錘故障：當(dāng)樁錘已被提到規(guī)定的高度，而此時(shí)離合器又損壞分不開時(shí)，樁錘會(huì)一直上升，造成天錘，通過高度傳感器，控制器可以在第一時(shí)間得到情報(bào)，并在高于規(guī)定提升高度兩倍之內(nèi)，處理故障。3）剎車打滑（剎車剎不住）：當(dāng)系統(tǒng)檢測到的余繩長度超過一定長度時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行松離合，關(guān)電機(jī)的動(dòng)作。4）剎車分不開：控制器會(huì)在離合器合上一定時(shí)間內(nèi)“松開離合，切斷主電機(jī)電源”。5）突然停電：機(jī)器突然停電時(shí)，立即執(zhí)行“拉緊剎車,松開離合,切斷主電機(jī)電源”。6）鋼絲斷繩：緊剎車，松離合，關(guān)電機(jī)電源。7）夾錘（吸錘）：a、輕微吸錘時(shí)，樁錘被吸在孔底拉不動(dòng)而樁機(jī)主體不動(dòng)時(shí)，離合器會(huì)在一定時(shí)間之后在可調(diào)的時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行最多三次試探動(dòng)作，能拉起則繼續(xù)工作，拉不起則停止，等候工人處理。b、無論在孔底的吸錘或孔半腰的夾錘，當(dāng)樁機(jī)主體被拉動(dòng)時(shí)則無條件執(zhí)行“關(guān)掉主電機(jī)電源，合剎車，松離合”西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23的動(dòng)作。8）卡錘：關(guān)主電機(jī)電源。系統(tǒng)遇到故障時(shí)的處理動(dòng)作為：緊剎車，松離合，關(guān)電機(jī)電源。在以上的故障中，卡錘和天錘是最危險(xiǎn)的動(dòng)作，在設(shè)計(jì)中必須做好保護(hù)。當(dāng)打樁機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，報(bào)警電路就會(huì)報(bào)警，提示工作人員維護(hù)等。蜂鳴器俗稱喇叭，是廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報(bào)警、音樂等許多應(yīng)用場合。通常，蜂鳴器工作電流比較大，電路上的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路才可以，為本設(shè)計(jì)的蜂鳴器電路。圖中，蜂鳴器一端接5V的電源上，另一端接到PNP型三極管9012的發(fā)射極上，當(dāng)PM4管腳為高時(shí)，三極管不能導(dǎo)通，所以蜂鳴器不會(huì)工作，當(dāng)PM4管腳為低時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器電流形成回路，蜂鳴器發(fā)出聲音。蜂鳴器的聲音大小及音調(diào)可以通過調(diào)整PM4管腳的置高時(shí)間及輸出的波形進(jìn)行控制，這一點(diǎn)可以在