CN105113563A - 一种连续墙抓斗双卷扬控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连续墙抓斗双卷扬控制系统及控制方法，系统包括电源开关、电气手柄、卷扬手动/自动切换开关、前/后卷扬切换开关、卷扬提升限位开关、销轴传感器、显示器、前、后马达测速传感器、控制器、前、后卷扬升、降电磁阀和前、后卷扬制动电磁阀。控制方法是利用前、后马达测速传感器获取两个钢丝绳的行程信息；前后操作电气手柄使前、后卷扬同时动作，根据所测钢丝绳行程，输出相应比例信号控制前、后卷扬升电磁阀或前、后卷扬降电磁阀，前、后卷扬制动电磁阀得电，打开前、后卷扬制动器，前、后卷扬同步升降。本发明解决了连续墙抓斗的双卷扬同步精度控制问题，操作更加方便、灵活，提高了施工安全性，实现了自由落钩等附加功能应用。

Description

一种连续墙抓斗双卷扬控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种工程机械的卷扬控制系统，具体是一种连续墙抓斗双卷扬控制系统及控制方法，属于连续墙抓斗卷扬控制技术领域。

背景技术

连续墙抓斗是一种适合于建筑基础工程混凝土灌注桩、地基成槽作业的施工机械，已被广泛用于江河、湖泊、水库的防渗，港口、船坞和污水处理厂的建设以及高层建筑的地下室、地下停车场、地铁以及大桥建设等基础的施工。

连续墙抓斗的双卷扬控制对机器的正常施工十分重要，机器在作业期间，前、后卷扬始终通过钢丝绳与抓斗连接在一起，其操作十分频繁。目前，双卷扬控制一般是通过安装于卷扬端部的接近开关或编码器，采集卷扬钢丝绳的长度信号，并进行控制。但在实际施工过程中，因工况恶劣，振动大，接近开关或编码器故障率高，双卷扬同步性不好，两个卷扬钢丝绳的测量误差较大，测量精度低，使用一段时间后误差会增大。此外，现有的双卷扬控制没有考虑如自由落钩等附加功能的应用。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种连续墙抓斗双卷扬控制系统，能解决连续墙抓斗的双卷扬同步精度控制问题，操作更加方便、灵活，可提高施工安全性，实现自由落钩等附加功能的应用。提供的控制方法，可使前后卷扬控制同步性好，可靠、精度高。

为了实现上述目的，本发明采用的一种连续墙抓斗双卷扬控制系统，包括电源开关、蓄电池、电气手柄、卷扬手动/自动切换开关、前/后卷扬切换开关、卷扬提升限位开关、销轴传感器、显示器、前马达测速传感器、后马达测速传感器、控制器、前卷扬升电磁阀、前卷扬降电磁阀、后卷扬升电磁阀、后卷扬降电磁阀、前卷扬制动电磁阀和后卷扬制动电磁阀，

所述蓄电池的负极通过电源开关接地，蓄电池的正极连接控制器的电源端，蓄电池的正极同时连接卷扬手动/自动切换开关、前/后卷扬切换开关、卷扬提升限位开关的一端，蓄电池的正极还同时连接销轴传感器、显示器、前、后马达测速传感器、的电源端；所述电气手柄的E、E端、销轴传感器的接地端与控制器的模拟地端口对应连接，电气手柄的S、S信号端、销轴传感器的信号端与控制器的AI输入端口对应连接；所述卷扬手动/自动切换开关、前/后卷扬切换开关、卷扬提升限位开关的另一端分别连接控制器的DI输入端；显示器的CAN总线端口分别连接到控制器的CAN总线端口；前、后马达测速传感器、的信号端分别连接控制器的PI输入端；控制器的四个PWM输出端分别与前卷扬升电磁阀、前卷扬降电磁阀、后卷扬升电磁阀、后卷扬降电磁阀对应连接；控制器的两个DO输出端分别与前卷扬制动电磁阀、后卷扬制动电磁阀对应连接；显示器、前、后马达测速传感器、的接地端接地；触底指示灯的另一端、各个电磁阀的另一端、控制器的接地端分别接地。

优选地，所述控制器采用TTC控制器。

进一步，还包括自由落钩升降电磁阀和自由落钩制动电磁阀，所述自由落钩升降电磁阀的一端和自由落钩制动电磁阀的一端与控制器的两个DO输出端对应连接，自由落钩升降电磁阀的另一端和自由落钩制动电磁阀的另一端接地；所述显示器上设有用于控制自由落钩模式工作的自由钩模式按钮。

进一步，还包括第一终端电阻和第二终端电阻，所述第一终端电阻和第二终端电阻并联，并连接在显示器的CAN总线端口与控制器的CAN总线端口之间。

进一步，还包括触底指示灯，所述触底指示灯的一端与控制器的一个DO输出端连接；触底指示灯的另一端接地。

优选地，所述电气手柄为双轴电位计式手柄。

一种连续墙抓斗双卷扬控制系统的控制方法，前、后卷扬通过钢丝绳与抓斗连接，其控制方法如下：

利用前马达测速传感器、后马达测速传感器获取与前、后卷扬连接钢丝绳的行程信息；

前后操作电气手柄同时控制前、后卷扬动作，控制器根据所测钢丝绳行程，输出相应的比例信号控制前卷扬升电磁阀和后卷扬升电磁阀或前卷扬降电磁阀和后卷扬降电磁阀，前、后卷扬制动电磁阀得电，打开前、后卷扬制动器，两个钢丝绳行程保持一致，前、后卷扬同步提升。

优选地，通过前后操作电气手柄控制卷扬的升降，利用卷扬手动/自动切换开关的通断控制卷扬手动或自动控制状态的转换；

当卷扬手动/自动切换开关断开时，卷扬为自动控制状态，前后操作电气手柄将控制前、后卷扬同步动作，向后或向前操作电气手柄时，控制器接收到信号，并根据前马达测速传感器、后马达测速传感器所测得的钢丝绳行程，闭环调节输出相应的比例信号控制前、后卷扬升电磁阀或前、后卷扬降电磁阀，输出电流的大小取决于电气手柄操作的幅度，同时使前、后卷扬制动电磁阀得电，打开前、后卷扬制动器，前、后卷扬同步提升或下降；当电气手柄停止前后操作回到中位时，控制器控制前、后卷扬制动电磁阀延时失电；

当卷扬手动/自动切换开关闭合时，卷扬为手动控制状态；根据前/后卷扬切换开关的状态，前后操作电气手柄将单独控制前卷扬或后卷扬动作，当前/后卷扬切换开关断开时，操作电气手柄，前卷扬动作；前/后卷扬切换开关闭合时，操作电气手柄，后卷扬动作；卷扬提升限位开关用于限制卷扬提升的最高点，保证施工安全。

与现有技术相比，本发明系统和方法采用前后卷扬的两个马达测速传感器进行钢丝绳的长度测量，精度高，可靠性高，连续墙抓斗的双卷扬控制同步性好。而卷扬手动/自动切换功能可使操作更加方便、灵活，卷扬提升限位、触底保护及报警功能等提高了施工的安全性。此外，增加了附加的自由落钩功能，提高了连续墙抓斗施工的适应性，提高了施工效率。卷扬及自由落钩制动控制减少了制动对液压系统的冲击，保证了制动的平稳。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图。

图中：1、电源开关，2、蓄电池，3、电气手柄，4、卷扬手动/自动切换开关，5、前/后卷扬切换开关，6、卷扬提升限位开关，7、销轴传感器，8、显示器，9、第一终端电阻，10、第二终端电阻，11、前马达测速传感器，12、后马达测速传感器，13、控制器，14、触底指示灯，15、前卷扬升电磁阀，16、前卷扬降电磁阀，17、后卷扬升电磁阀，18、后卷扬降电磁阀，19、前卷扬制动电磁阀，20、后卷扬制动电磁阀，21、自由落钩升降电磁阀，22、自由落钩制动电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种连续墙抓斗双卷扬控制系统，包括电源开关1、蓄电池2、电气手柄3、卷扬手动/自动切换开关4、前/后卷扬切换开关5、卷扬提升限位开关6、销轴传感器7、显示器8、前马达测速传感器11、后马达测速传感器12、控制器13、前卷扬升电磁阀15、前卷扬降电磁阀16、后卷扬升电磁阀17、后卷扬降电磁阀18、前卷扬制动电磁阀19和后卷扬制动电磁阀20，

所述蓄电池2的负极通过电源开关1接地，蓄电池2的正极连接控制器13的电源端，蓄电池2的正极同时连接卷扬手动/自动切换开关4、前/后卷扬切换开关5、卷扬提升限位开关6的一端，蓄电池2的正极还同时连接销轴传感器7、显示器8、前、后马达测速传感器11、12的电源端；所述电气手柄3的E1、E2端、销轴传感器7的接地端与控制器13的模拟地端口对应连接，电气手柄3的S1、S2信号端、销轴传感器7的信号端与控制器13的AI输入端口对应连接；所述卷扬手动/自动切换开关4、前/后卷扬切换开关5、卷扬提升限位开关6的另一端分别连接控制器13的DI输入端；显示器8的CAN总线端口分别连接到控制器13的CAN总线端口；前、后马达测速传感器11、12的信号端分别连接控制器13的PI输入端；控制器13的四个PWM输出端分别与前卷扬升电磁阀15、前卷扬降电磁阀16、后卷扬升电磁阀17、后卷扬降电磁阀18对应连接；控制器13的两个DO输出端分别与前卷扬制动电磁阀19、后卷扬制动电磁阀20对应连接；显示器8、前、后马达测速传感器11、12的接地端接地；触底指示灯14的另一端、各个电磁阀的另一端、控制器13的接地端分别接地。

优选地，所述控制器13采用TTC60控制器。此时，如图1所示，控制器13的端口133、134、137、138与电气手柄3的E1、E2、S1、S2端对应连接，控制器13的端口152、133与销轴传感器7的接地端(端口2)、信号端(端口3)对应连接；控制器13的端口253、260、254与卷扬手动/自动切换开关4、前/后卷扬切换开关5、卷扬提升限位开关6对应连接；控制器13的274、267、275、268端与前马达测速传感器11的端口2、3、后马达测速传感器12的端口2、3对应连接；控制器13的四个PWM输出端118、106、115、103分别与前卷扬升电磁阀15、前卷扬降电磁阀16、后卷扬升电磁阀17、后卷扬降电磁阀18对应连接；控制器13的DO输出端144、132分别与前卷扬制动电磁阀19、后卷扬制动电磁阀20对应连接。

作为本发明的进一步改进，还可包括自由落钩升降电磁阀21和自由落钩制动电磁阀22，所述自由落钩升降电磁阀21的一端和自由落钩制动电磁阀22的一端与控制器13的端口143、131对应连接，自由落钩升降电磁阀21的另一端和自由落钩制动电磁阀22的另一端接地；所述显示器8上设有用于控制自由落钩模式工作的自由钩模式按钮。按下按钮，即切换到自由落钩模式，自由落钩升降电磁阀21得电，此时可进行该功能的操作。其中，自由落钩功能是利用连续墙抓斗自由落体的冲击力，在地层复杂、土层中多有石块、大石头等影响成槽质量、而普通抓斗无法解决时使用的。此处直接在连续墙抓斗上增加了自由落钩功能，使抓斗入土更深，抓土更多，大大提高了施工效率，节省了现场施工时间和施工成本。同时，自由落钩制动电磁阀22采取延时制动，当自由落钩操作停止时，延时时间T2后，控制器13的131管脚停止输出DO信号，自由落钩制动电磁阀22失电，关闭自由落钩制动器；延时关闭自由落钩制动器的作用是为了减少制动对液压系统的冲击，延长液压件的使用寿命，原理同前/后卷扬制动电磁阀。

作为本发明的进一步改进，所述显示器8的CAN总线端口与控制器13的CAN总线端口之间还连接有并联第一终端电阻9和第二终端电阻10。为了提高总线信号传输的可靠性，所述第一终端电阻9和第二终端电阻10可选用120欧姆的电阻。

作为本发明的进一步改进，还增设触底指示灯14，所述触底指示灯14的一端与控制器13的一个DO输出端连接；触底指示灯14的另一端接地。当施工时抓斗到达槽底时，销轴传感器7检测到负载的重量突然减小，此时控制器13自动停止106、103端口的输出，前、后卷扬降电磁阀16、18断电，则抓斗停止下降，同时触底指示灯14亮，提醒操作者注意，起到了提醒作用，进而提高了施工的安全性。

优选地，所述电气手柄3为双轴电位计式手柄，更易操作。

一种连续墙抓斗双卷扬控制系统的控制方法，前、后卷扬通过钢丝绳与抓斗连接，其控制方法如下：利用前马达测速传感器、后马达测速传感器获取与前、后卷扬连接钢丝绳的行程信息；前后操作电气手柄同时控制前、后卷扬动作，控制器根据所测钢丝绳行程，输出相应的比例信号控制前卷扬升电磁阀和后卷扬升电磁阀或前卷扬降电磁阀和后卷扬降电磁阀，前、后卷扬制动电磁阀得电，打开前、后卷扬制动器，两个钢丝绳行程保持一致，前、后卷扬同步提升。钢丝绳的长度测量精度高，可靠性高，连续墙抓斗的双卷扬控制同步性好。

该连续墙抓斗双卷扬控制系统的控制方法具体如下：

通过前后操作电气手柄3控制前后卷扬的升降，利用卷扬手动/自动切换开关4的通断控制卷扬手动或自动控制状态的转换。

当卷扬手动/自动切换开关4断开时，卷扬为自动控制状态，前后操作电气手柄3将控制前、后卷扬同步动作；当向后操作电气手柄3时，控制器13通过AI输入端口138接收到信号，并根据前马达测速传感器11、后马达测速传感器12所测得的钢丝绳行程，闭环调节PWM输出端118、115输出的比例信号，控制PWM输出端118、115输出相应的比例信号控制前、后卷扬升电磁阀15、17，输出电流的大小取决于电气手柄3操作的幅度，同时DO输出端144、132有输出，使前、后卷扬制动电磁阀19、20得电，打开前、后卷扬制动器，此时两个钢丝绳行程保持一致，前、后卷扬同步提升；当向前操作电气手柄3时，控制器13通过AI输入端口138接收到信号，并根据前马达测速传感器11、后马达测速传感器12所测得的钢丝绳行程，闭环调节PWM输出端106、103输出的比例信号，控制PWM输出端106、103输出相应的比例信号控制前、后卷扬降电磁阀16、18，输出电流的大小也取决于手柄操作的幅度，同时DO输出端144、132有输出，使前、后卷扬制动电磁阀19、20得电，打开前、后卷扬制动器，此时两个钢丝绳行程保持一致，前、后卷扬同步下降；当电气手柄3停止前后操作回到中位时，控制器13可检测到并使PWM输出端同时停止输出，延时时间T1后，控制器13的144或132管脚停止输出DO信号，前、后卷扬制动电磁阀19、20失电，关闭相应地卷扬制动器，延时关闭卷扬制动器的作用是为了减少制动对液压系统的冲击，延长液压件的使用寿命，并减少制动造成的机器晃动。

当卷扬手动/自动切换开关4闭合时，卷扬为手动控制状态；根据前/后卷扬切换开关5的状态，前后操作电气手柄3将控制前卷扬或后卷扬单独动作；当前/后卷扬切换开关5断开时，操作电气手柄3，前卷扬动作；前/后卷扬切换开关5闭合时，操作电气手柄3，后卷扬动作；卷扬提升限位开关6用于限制卷扬提升的最高点，保证施工安全；销轴传感器7用于测量抓斗的负载重量，并由控制器13将重量数值通过总线发送给显示器8，重量数值在显示器上显示出来，供操作者随时掌握；显示器8还用于显示成槽深度、等多种参数及端口故障查询、手柄标定等；当施工时抓斗到达槽底时，销轴传感器7检测到负载的重量突然减小，此时控制器13自动停止106、103端口的输出，前、后卷扬降电磁阀16、18断电，则抓斗停止下降，同时触底指示灯14亮，提醒操作者注意。

在机器使用一段时间后，由于卷筒装配及结构上的误差，通常会影响测量的准确性，为了保证钢丝绳行程测量的精确性，从而保证双卷扬控制的同步性，钢丝绳测量的步长可在显示器8上重新标定，进行校正。

触底自动停止及报警显示功能可以防止误操作，使施工中钢丝绳不易乱绳，提高钢丝绳的使用寿命，即使不熟练的机手，也能保证施工的安全性。

综上所述，本发明采用前后卷扬的两个马达测速传感器进行钢丝绳的长度测量，精度高，可靠性高，连续墙抓斗的双卷扬控制同步性好。卷扬手动/自动切换功能使操作更加方便、灵活，卷扬提升限位、触底保护及报警功能等提高了施工的安全性。增加了附加的自由落钩功能，提高了连续墙抓斗施工的适应性，提高了施工效率。卷扬及自由落钩制动控制减少了制动对液压系统的冲击，保证了制动的平稳。

Claims (8)

1.一种连续墙抓斗双卷扬控制系统，其特征在于，包括电源开关(1)、蓄电池(2)、电气手柄(3)、卷扬手动/自动切换开关(4)、前/后卷扬切换开关(5)、卷扬提升限位开关(6)、销轴传感器(7)、显示器(8)、前马达测速传感器(11)、后马达测速传感器(12)、控制器(13)、前卷扬升电磁阀(15)、前卷扬降电磁阀(16)、后卷扬升电磁阀(17)、后卷扬降电磁阀(18)、前卷扬制动电磁阀(19)和后卷扬制动电磁阀(20)，

所述蓄电池(2)的负极通过电源开关(1)接地，蓄电池(2)的正极连接控制器(13)的电源端，蓄电池(2)的正极同时连接卷扬手动/自动切换开关(4)、前/后卷扬切换开关(5)、卷扬提升限位开关(6)的一端，蓄电池(2)的正极还同时连接销轴传感器(7)、显示器(8)、前、后马达测速传感器(11、12)的电源端；所述电气手柄(3)的E1、E2端、销轴传感器(7)的接地端与控制器(13)的模拟地端口对应连接，电气手柄(3)的S1、S2信号端、销轴传感器(7)的信号端与控制器(13)的AI输入端口对应连接；所述卷扬手动/自动切换开关(4)、前/后卷扬切换开关(5)、卷扬提升限位开关(6)的另一端分别连接控制器(13)的DI输入端；显示器(8)的CAN总线端口分别连接到控制器(13)的CAN总线端口；前、后马达测速传感器(11、12)的信号端分别连接控制器(13)的PI输入端；控制器(13)的四个PWM输出端分别与前卷扬升电磁阀(15)、前卷扬降电磁阀(16)、后卷扬升电磁阀(17)、后卷扬降电磁阀(18)对应连接；控制器(13)的两个DO输出端分别与前卷扬制动电磁阀(19)、后卷扬制动电磁阀(20)对应连接；显示器(8)、前、后马达测速传感器(11、12)的接地端接地；触底指示灯(14)的另一端、各个电磁阀的另一端、控制器(13)的接地端分别接地。

2.根据权利要求1所述的一种连续墙抓斗双卷扬控制系统，其特征在于，所述控制器(13)采用TTC60控制器。

3.根据权利要求1所述的一种连续墙抓斗双卷扬控制系统，其特征在于，还包括自由落钩升降电磁阀(21)和自由落钩制动电磁阀(22)，所述自由落钩升降电磁阀(21)的一端和自由落钩制动电磁阀(22)的一端与控制器(13)的两个DO输出端对应连接，自由落钩升降电磁阀(21)的另一端和自由落钩制动电磁阀(22)的另一端接地；所述显示器(8)上设有用于控制自由落钩模式工作的自由钩模式按钮。

4.根据权利要求1所述的一种连续墙抓斗双卷扬控制系统，其特征在于，还包括第一终端电阻(9)和第二终端电阻(10)，所述第一终端电阻(9)和第二终端电阻(10)并联，并连接在显示器(8)的CAN总线端口与控制器(13)的CAN总线端口之间。

5.根据权利要求1所述的一种连续墙抓斗双卷扬控制系统，其特征在于，还包括触底指示灯(14)，所述触底指示灯(14)的一端与控制器(13)的一个DO输出端连接；触底指示灯(14)的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的一种连续墙抓斗双卷扬控制系统，其特征在于，所述电气手柄(3)为双轴电位计式手柄。

7.一种连续墙抓斗双卷扬控制系统的控制方法，前、后卷扬通过钢丝绳与抓斗连接，其特征在于，连续墙抓斗双卷扬控制系统的控制方法如下：

利用前马达测速传感器、后马达测速传感器获取与前、后卷扬连接钢丝绳的行程信息；

前后操作电气手柄同时控制前、后卷扬动作，控制器根据所测钢丝绳行程，输出相应的比例信号控制前卷扬升电磁阀和后卷扬升电磁阀或前卷扬降电磁阀和后卷扬降电磁阀，前、后卷扬制动电磁阀得电，打开前、后卷扬制动器，两个钢丝绳行程保持一致，前、后卷扬同步升降。

8.根据权利要求7所述的一种连续墙抓斗双卷扬控制系统的控制方法，其特征在于，通过前后操作电气手柄控制卷扬的升降，利用卷扬手动/自动切换开关的通断控制卷扬手动或自动控制状态的转换；

当卷扬手动/自动切换开关断开时，卷扬为自动控制状态，前后操作电气手柄将控制前、后卷扬同步动作，向后或向前操作电气手柄时，控制器接收到信号，并根据前马达测速传感器、后马达测速传感器所测得的钢丝绳行程，闭环调节输出相应的比例信号控制前、后卷扬升电磁阀或前、后卷扬降电磁阀，输出电流的大小取决于电气手柄操作的幅度，同时使前、后卷扬制动电磁阀得电，打开前、后卷扬制动器，前、后卷扬同步提升或下降；当电气手柄停止前后操作回到中位时，控制器控制前、后卷扬制动电磁阀延时失电；

当卷扬手动/自动切换开关闭合时，卷扬为手动控制状态；根据前/后卷扬切换开关的状态，前后操作电气手柄将单独控制前卷扬或后卷扬动作，当前/后卷扬切换开关断开时，操作电气手柄，前卷扬动作；前/后卷扬切换开关闭合时，操作电气手柄，后卷扬动作；卷扬提升限位开关用于限制卷扬提升的最高点。