PLC在振动沉拔桩机控制中的优势应用

桩机的控制包括行走机构的控制、长船和短船的升降控制、调平系统的控制、夹桩机构的控制和沉桩液压缸的控制，以及桩机所有液压系统中，各液压泵的工作优化控制等。下面以执行机构的控制为例说明桩机工作过程的智能化控制。

（1）振动沉拔桩机控制工作原理 振动沉拔桩机的全部动作由液压缸驱动，而液压缸又由相应的电磁阀控制。其中，工作液压缸的抬起、下降由双线圈电磁阀控制，振动小块的振动由一个旋转阀控制。例如，当上升电磁阀通电时，小块振子才上升；当上升电磁阀断电时，小块振子停止上升。工件的夹紧、松开由一个单线圈两位置电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制。当该线圈通电时，夹紧液压缸夹紧工件，当该线圈断电时，夹紧液压缸放松。

振动沉拔桩机的动作过程如图12-16所示。首先，由工作液压缸把小块振子抬起，碰到上限位开关停止。然后夹紧电磁阀工作，带动夹紧液压缸夹紧工件，再次，给工作液压缸加一定的动压和静压，带动小块振子一边振动一边向下运动，直到碰到下限位开关，松开夹紧液压缸，再由工作液压缸把工件抬起，进行下一个循环。在此期间，如果发现桩打歪了，则起动拔起程序，把桩拔起，重新打；如果桩的端部阻力大于振动沉拔桩机的大块、小块的总重，则大块和小块相当于一个振动体一起振动，此时，振动沉拔桩机给桩子的力是一个冲击力，这时大块也要抬起，遇到大块限位开关后停止。如此往复，直到满足工作要求。

图12-16 振动沉拔桩机的动作过程

振动沉拔桩机主要有两种工作方式：正常打桩和异常拔桩。正常打桩就是小块由初始位置抬起到一定高度（碰到上限位开关），由夹紧液压缸夹紧工件，然后给工作液压缸充动压和静压，使小块边振动边往下运动着把桩打入地下，直到碰到下限位开关，夹紧液压缸松开工件，再抬起直到把桩打到预定位置。异常拔桩是指当桩子打歪时，立即起动拔桩程序，把桩子拔出来，然后重新打桩。拔桩过程如下：首先，小块回到初始位置，由夹紧液压缸夹紧工件，然后，给工作液压缸充动压和静压或只加静压，向上运动拔出桩子，当遇到上限位开关时停止，夹紧液压缸松开工件，小块振子回到初始位置，再由夹紧液压缸夹紧工件；直到桩子不再倾斜。

（2）PLC软、硬件的设计

1）PLC系统的控制要求。要求振动打桩机能自动工作，且可靠性要高；当桩打歪时，应能把桩拔出来，要求能够控制振动打桩机的振动频率，其振动频率在1～20Hz。能够控制振动打桩机的振幅，当桩的端部阻力大于振动部分总重时，要求大块不能离开隔振弹簧，要求沉桩机能够连续工作以提高效率。

2）PLC系统操作面板布置。图12-17是振动沉桩机的可编程控制器操作面板布置图。按动启动按钮，振动小块将从初始位置开始自动地、连续不断地周期性循环工作。工作中若按一下停止按钮，则振动小块继续完成一个周期的动作后，回到初始位置自动停止。当桩子打歪时，操作面板上的桩子倾斜指示灯将会闪动，向操作员报警。当然，程序也会自动将桩子拔出，直到指示灯不再闪动，这可以通过一个传感器输入到可编程控制器，启动拔桩程序。

3）PLC系统输入/输出端子地址分配。该振动沉桩机所用的可编程控制器是松下公司生产的FP1-C72，图12-18是FP1-C72输入/输出端子地址分配图。该振动沉拔桩机共使用了10个输入量，10个输出量。

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图12-17 可编程控制器操作面板布置图

4）PLC系统软件设计。图12-19是振动沉拔桩机的控制程序梯形图。由图12-18和图12-19可以看出该振动沉拔桩机的工作过程：当按下启动按钮，并且停止按钮处于非工作状态时，由PLC起动液压泵，在振动沉拔桩机工作的初始阶段，由于桩的阻力较小，为了提高工作效率，应使桩机连续工作，此时，选择交替工作，当桩的阻力比较大时，则要选择一起工作。当交替工作时，两套振动小块分别工作，当其中一个下降工作时，另一个抬起，做准备工作，当一个夹紧时，另一个则松开。当一起工作时，则两套振动小块同时上升下降或者夹紧松开。

图12-18 FP1-C72输入/输出端子地址分配图

5）PLC系统电路原理。图12-20是振动沉拔桩机PLC控制电路原理图。

以综合设计法中的智能设计为理论依据，对振动沉拔桩机工作过程进行智能化设计。根据振动沉拔桩机工作特点，设计了振动沉拔桩机PLC智能控制系统。对振动沉拔桩机PLC系统软硬件进行设计，设计PLC操作面板，对PLC输入输出端子进行分配，设计电路，绘制振动沉拔桩机PCL程序梯形图。采用PLC控制系统对振动沉拔桩机进行控制，桩机能够按要求完成沉桩和拔桩工作。

图12-19 振动沉拔桩机的控制程序梯形图

图12-20 振动沉拔桩机控制电路原理图