在低空间落锤式液压自动打桩机上的应用湛江海洋大学工程学院罗忠辉张世亮〔摘要〕本文介绍了一种新型的低空间落锤式液压自动打桩机的液压系统工作原理，设计了PLC控制该系统的硬件及软件。

　　一、引言低空间落锤式液压自动打桩机是一种新型建筑施工机械，它的突出特点是能在低空间条件下完成打桩任务。因此该打桩机较好地解决了在旧房加高、建筑物纠偏、建筑物地基加固等低空间打桩问题。可编程控制器（PLC）是专为工业环境下应用而设计的工业计算机，其体积小巧、工作可靠、功能丰富，能够完成各种逻辑运算、顺序控制、定时、计数、步控以及在线监控等功能。因此，液压自动打桩机可采用PLC控制。

　　二、低空间落锤式液压自动打桩机的液压系统简介打桩机的组成及工作原理详见文献〔1〕。本文只引用液压系统原理图，如图1所示。该图中，液压缸10是夹紧油缸，其作用是把打桩机夹紧在支承导轨上，压力继电器9起完全保护作用，保证只有在打桩机被夹紧的情况下，打桩机才能正常工作。液压缸11控制重锤的升/降。重锤的工作行程由装在滑架上的行程开关XK1、XK2调节。液压缸14控制滑架的升/降。电磁溢流阀16可使液压系统在不工作的间歇处于卸荷状态，以减少液压系统的功率损失。

　　根据此液压系统的组成及打桩机的工作要求，自动打桩机的动作循环表如表1所示。

　　整机夹紧点动调整滑架上升滑架下降滑架浮动提锤挂钩下落挂钩挂锤落锤整机停止注：表示通电，表示断电7YT表示控制挂钩松开/夹紧的电磁铁三、PLC控制系统的设计1.硬件设计由于打桩机的工作环境是建筑施工现场，灰尘、湿度大，如用传统的触点式继电器控制，其体积庞大，搬运不便，且触点容易损坏。为此选用目前广泛使用的F1系列PLC控制器。根据控制对象的输入/输出点数，选用F1―20MR ，其I/O分配如下。

　　输入点：输出点：夹紧按钮：X400夹紧电磁铁1YT ：Y430松开按钮：X401提锤电磁铁2YT ：Y431提锤按钮：X402落锤电磁铁3YT ：Y432落锤按钮：X403滑架升电磁铁4YT ：Y433滑架上升：X404滑架降电磁铁5YT ：Y434滑架下降：X405卸荷电磁铁6YT ：Y435油泵起动：X406挂锤电磁铁7YT ：Y436油泵停止：X407泵起动接触器KM ：Y437行程开关XK1 ：X机床电器2000 No .2计算机？PLC应用压力继电器YJ ：X自动/点动转换：X PLC外部接线图如图2所示。

　　2.软件设计本打桩机要实现的功能如下：？夹紧油缸的夹紧与松开？滑架的上升与下降？重锤的点动调整与自动打桩？各液压缸的正、反向运动互锁，并有延时环节？重锤运动与滑架运动互锁，各电磁阀与油泵电机设置联锁？当重锤或滑架不工作间歇超过规定的时间便自动卸荷。

　　根据此功能要求，控制程序主要由以下几个环节组成。

　　（1）滑架的上升与下降环节只有在油泵电机起动及压力继电器（YJ）动作后，滑架才能上升或下降。由于滑架只在接桩情况下才会动作，属于短时工作制，故可采用点动操纵。

　　控制梯形图如图3所示。

　　（2）重锤的点动调整及自动打桩环节此功能环节为本控制程序的核心内容，其梯形图如图4所示。

　　在此梯形图中， X是自动/点动转换开关，X、X分别是重锤工作行程的上、下限位开关，X402、X403分别是重锤上升、下落按钮。挂锤用电磁铁（Y436）的通/断与行程开关的通/断是瞬时对应关系，而与控制重锤上升/下降的电磁铁的通断有延时环节。这是因为当挂钩挂上重锤且向上运动碰到行程开关XK1时，挂锤电磁铁立即通电，挂钩松开重锤，此时重锤的运动是上抛运动，即重锤还要上升，上升时间t /2g.因此挂锤电磁铁通电松开之际，不宜立即起动控制挂钩下降的电磁铁，而要有一定的延时时间，t延于重锤的下落是准自由落体运动，其速度大于液压缸控制挂钩向下的运动速度，所以当挂钩碰到XK2时，重锤已完成了打桩运动，并停留在桩帽上。但考虑到液压电磁阀换向的机械惯性，也设置了较短的延时环节〔2〕，确保系统工作的可靠性。

　　（3）卸荷环节当控制重锤及滑架运动的液压缸不工作间歇超过规定的时间，液压系统自动实现卸荷功能。其梯形图如图5所示，它是由计时器与计数器配合实现计时功能，工作间歇时间可任意设定（X =1 ，2 ，3 ，…

　　计算机？PLC应用机床电器2000 No .2分）。

　　四、结论1.低空间落锤式液压自动打桩机采用F1― 20MR可编程控制器进行控制，其突出的特点是：体积小、重量轻、搬运方便，能在恶劣的建筑施工环境中可靠工作，性能价格比较高。

　　2.采用PLC控制，电器控制部分设计、制作周期非常短，通过改变程序，即可改变各种工作循环状态，使用非常方便、灵活。

　　3.采用PLC的内部计时器和计数器，可方便控制延时时间的长短及精度，这与触点式时间继电器相比，具有无可比拟的优越性。

　　1张世亮，罗忠辉。低空间落锤式液压自动打桩机的研究。

　　2罗忠辉。PLC计时器在机床电器控制中的应用。机床电编程中定时器串级使用定时值的精确计时汉中八一三厂王成PLC计时、计数指令的串级使用，能够扩展定时器的定时范围，在工业生产及科研实验中需要定时、延时时经常用到。对于一般不太精确的定时或延时，可以不考虑PLC的扫描周期（CE I系列为0.02s），但对于一些要求比较高的实验或生产工艺中的定时就不得不考虑。下面仅以CE―I系列PLC中关于定时器精确计时的问题举例说明。

　　在CE―I中，每个计时器的最大预置值为999.9s ，每个计数器的最大预置值为9999.如果需要的预置值超过最大预置值，可以通过几个计时器与计数器的串级联接来扩展预置值的范围。

　　例如：有一台电机要求30分钟后启动，因为30×60 =1800s ，大于最大预置值，可用计时器与计数器的串级联接来实现，如图1所示。

　　T613是一个预置值为2s的自复位计时器，接点‖一接通，T613每2s接通一次，每次接通时间为一个扫描周期，计数器C614对这一时钟脉冲进行计常开接点接通输出继电器21 ，驱动电机启动。

　　但是，若要精确计时，便应考虑计时器T613每次接通时要用一个扫描周期（0.02s）的时间，那么计数器C614对脉冲信号计数900次将有900×0.02 = 18s的时间未计，也就是说精确的计时应是900×2 900×0.02 =1818s ，比原来设定的时间多18s ，这对有的设备和工艺要求可能不会造成事故，但若是对于要求精度高、工艺比较复杂的数控机床，可能造成动作紊乱，工件加工报废的后果，要精确计时，就应考虑扫描周期，可以把计数器的设定值设为X ，那么刚才的定时30分钟计算如下：2X 0.02X =1800 ，解0.18s，比原来误差小得多，能够满足要求。