CN108170169B - 桅杆调垂控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的桅杆调垂控制方法及其装置，涉及旋挖钻机技术领域。该桅杆调垂控制方法包括：接收调垂有效信号，检测当前桅杆角度值，标定桅杆角度，根据当前桅杆角度值从预设的电流参数曲线中选取电流输出参数，并根据电流输出参数控制输出电流值，调整桅杆角度，直至桅杆角度为零度。该桅杆调垂控制方法能自动识别设备使用过程中的需求参数，并自动修改使用参数满足使用条件，可以实现桅杆使用参数的自动判别，从而避免每台设备单独配置控制参数和长时间使用后需要变换参数的问题。本发明提供的桅杆调垂控制装置，具有旋挖钻机桅杆调垂参数曲线自调整的功能，适应性强。

Description

桅杆调垂控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及旋挖钻机技术领域，具体而言，涉及一种桅杆调垂控制方法及其装置。

背景技术

目前，旋挖钻机的桅杆控制系统的方法普遍为手柄信号传递到控制器，控制器根据倾角传感器的信号大小进行判定输出电流大小，最后作用在桅杆动作阀块上控制桅杆动作，在保证稳定性的前提下进行桅杆的垂直度的控制。

这种控制方法存在以下缺点：每一台设备都需要进行桅杆控制参数的设置；在出现晃动的隐患后需要重新更新一套新的参数程序；使用过程中存在调垂时桅杆来回晃动的隐患等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桅杆调垂控制方法，能自动识别设备使用过程中的需求参数，并自动修改使用参数满足使用条件，可以实现桅杆使用参数的自动判别，从而避免每台设备单独配置控制参数和长时间使用后需要变换参数的问题。

本发明的目的还在于提供一种桅杆调垂控制装置，包括控制器、操作开关、倾角传感器和电控阀组，具有旋挖钻机桅杆调垂参数曲线自动调整的功能，根据电控阀组的开口特性进行参数自调整，从而在各种情况下都能满足调垂功能的完成，适应性强。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种桅杆调垂控制方法，包括以下步骤；

接收调垂有效信号，检测当前桅杆角度值；标定桅杆角度；

根据所述当前桅杆角度值从预设的电流参数曲线中选取电流输出参数，并根据所述电流输出参数控制输出电流值，调整桅杆角度，直至所述桅杆角度为零度。

进一步地，所述标定桅杆角度步骤中，还包括：

标定第一方向的桅杆角度；标定第二方向的桅杆角度。

进一步地，还包括计时循环检测步骤：

计时循环检测桅杆角度；在第一时刻检测并保存桅杆的第一角度值，在第二时刻检测并保存所述桅杆的第二角度值。

根据所述第一角度值与所述第二角度值是否相等，判断调垂功能是否正常。

进一步地，所述第一角度值与所述第二角度值相等，所述调垂功能异常，所述电流参数曲线上调。

所述第一角度值与所述第二角度值不相等，所述调垂功能正常，执行所述计时循环检测步骤。

进一步地，所述调垂功能异常，所述电流参数曲线上调，判断所述电流参数曲线上调是否有效。

当所述电流参数曲线上调有效，执行所述计时循环检测步骤。

进一步地，在所述桅杆角度从小于零度向趋近于零度的调整过程中，如果检测出所述桅杆角度出现正数，所述电流参数曲线下调。

在所述桅杆角度从大于零度向趋近于零度的调整过程中，如果检测出所述桅杆角度出现负数，所述电流参数曲线下调。

进一步地，所述电流参数曲线下调时，每次调整量为10mA至20mA。

进一步地，还包括延时检测，单次执行所述计时循环检测步骤后，执行所述延时检测。

本发明提供的一种桅杆调垂控制装置，包括控制器、操作开关、倾角传感器和电控阀组，所述控制器分别与所述操作开关、所述倾角传感器和所述电控阀组连接。

所述操作开关用于向所述控制器发出调垂信号，所述倾角传感器用于检测桅杆角度，所述控制器根据所述倾角传感器检测的桅杆角度，从预设的电流参数曲线中选取电流输出参数、并根据所述电流输出参数控制所述电控阀组的输出电流值，所述电控阀组用于调整所述桅杆角度，直至所述桅杆角度为零度。

进一步地，所述控制器还包括计时循环检测模块和延时模块，所述计时循环检测模块用于所述桅杆角度的计时循环检测，所述延时模块用于所述桅杆角度的延时检测。

本发明提供的桅杆调垂控制方法及其装置具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的桅杆调垂控制方法，包括接收调垂有效信号，检测当前桅杆角度值，标定桅杆角度，根据当前桅杆角度值从预设的电流参数曲线中选取电流输出参数，并根据电流输出参数控制输出电流值，调整桅杆角度，直至桅杆角度为零度。该桅杆调垂控制方法能自动识别设备使用过程中的需求参数，并自动修改使用参数满足使用条件，可以实现桅杆使用参数的自动判别，从而避免每台设备单独配置控制参数和长时间使用后需要变换参数的问题，适应性强，可以使用一套程序完成全部设备的使用。

本发明提供的桅杆调垂控制装置，包括控制器、操作开关、倾角传感器和电控阀组，操作开关用于向控制器发出调垂信号，倾角传感器用于检测桅杆角度，控制器根据倾角传感器检测的桅杆角度，从预设的电流参数曲线中选取电流输出参数、并根据电流输出参数控制电控阀组的输出电流值，电控阀组用于调整桅杆角度，直至桅杆角度为零度。该桅杆调垂控制装置具有桅杆调垂参数曲线自动调整的功能，根据电控阀组的开口特性进行参数自调整，从而在各种情况下都能满足调垂功能的完成，并且不会因电控阀组的个体差异和老化而导致开启电流值变化影响功能，适应性强，调垂快捷有效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的桅杆调垂控制方法的操作步骤框图；

图2为本发明第一实施例提供的桅杆调垂控制方法的X轴向控制算法流程图；

图3为图2中K1处的放大图；

图4为图2中K2处的放大图；

图5为本发明第一实施例提供的桅杆调垂控制方法的Y轴向控制算法流程图；

图6为本发明第一实施例提供的桅杆调垂控制方法的电流输出值的控制原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

图1为本发明第一实施例提供的桅杆调垂控制方法的操作步骤框图，请参照图1。

本实施例提供的桅杆调垂控制方法，包括以下步骤；

S1：接收调垂有效信号。调垂有效信号由操作开关发出，并传递至控制器，控制器接收到调垂有效信号后，桅杆调垂控制装置进入调垂模式，调垂功能开启。

S2：检测当前桅杆角度值。通过倾角传感器实时检测桅杆的角度。倾角传感器将当前的桅杆角度发送至控制器。

S3：标定桅杆角度。根据当前桅杆角度值，判断是否在调垂的可调范围内。采用该桅杆调垂控制方法进行调垂的可调范围为：桅杆角度的绝对值小于5度。

S31：标定第一方向的桅杆角度。

S32：标定第二方向的桅杆角度。

优选地，在本实施例中，第一方向为X轴的方向，第二方向为Y轴的方向。在调垂的可调范围内，优先执行X轴向桅杆角度的标定，在X轴向角度标定完成之后，再执行Y轴向角度标定。需要说明的是，人坐在旋挖钻机的驾驶室内，左右方向即X轴方向，左边为X轴的负方向，右边为X轴的正方向。前后方向即为Y轴方向，向前为Y轴的正方向，向后为Y轴的负方向。

S4：控制输出电流值。X轴向角度标定开始后，控制器根据倾角传感器检测到的当前桅杆角度值，从预设的电流参数曲线中选取电流输出参数，并根据电流输出参数控制输出电流值，执行PID控制输出电流值执行到电控阀组上，调整桅杆角度，直至桅杆角度为零度。

电控阀组包括左边控制阀和右边控制阀，左边控制阀控制桅杆左边的油缸伸缩，右边控制阀控制桅杆右边的油缸伸缩，控制器控制输出的输出电流值大小决定油缸伸缩的程度，输出电流值越大，油缸伸出或缩回的幅度更大，动作越明显。输出电流值越小，油缸伸出或缩回的幅度更小，动作越不明显。桅杆左边的油缸伸出、右边的油缸缩回(简称油缸左伸右缩)，桅杆向右偏；油缸左缩右伸，桅杆向左偏；左右油缸同时伸出，桅杆向前倒；左右油缸同时缩回，桅杆向后倒。

S41：计时循环检测。

本实施例中，计时循环检测桅杆角度的时长为2秒。在第一时刻(即2秒开始的一刻)检测并保存桅杆的第一角度值，在第二时刻(即2秒结束的一刻)检测并保存桅杆的第二角度值。当然，计时循环检测的时长并不仅限于2秒，也可以是1秒或3秒等，可根据实际情况灵活调整。

根据第一角度值与第二角度值是否相等，判断调垂功能是否正常。具体的，第一角度值与第二角度值不相等，即桅杆角度在变化，说明调垂功能正常，继续执行计时循环检测步骤，检测在下一个计时循环检测周期(本实施例中的周期为2秒)内，第一角度值与第二角度值是否相等。

第一角度值与第二角度值相等，表明桅杆没有移动或移动幅度太小，视为调垂功能异常。说明PID控制参数不匹配，即输出电流值太小，导致左右油缸伸缩不明显，此时，控制器自动将电流参数曲线上调，使得输出电流值变大。电流参数曲线上调后，继续执行计时循环检测步骤，检测在下一个计时循环检测周期内，第一角度值与第二角度值是否相等，判断电流参数曲线上调是否有效。

电流参数曲线上调后，执行计时循环检测步骤，第一角度值与第二角度值不相等，说明电流参数曲线上调有效，调垂功能恢复正常，继续执行计时循环检测步骤。优选地，在本实施例中，电流参数曲线上调，每次上调的调整量为10mA至20mA，具体为15mA。

S42：桅杆晃动检测步骤。

判断桅杆是否在零度左右来回晃动。在桅杆角度从小于零度向趋近于零度的调整过程中，如果检测出桅杆角度出现正数，说明调整幅度太大了，控制器自动控制电流参数曲线下调，减小输出电流值。

在桅杆角度从大于零度向趋近于零度的调整过程中，如果检测出桅杆角度出现负数，电流参数曲线下调，减小输出电流值。优选地，电流参数曲线下调时，每次调整量也为10mA至20mA具体为15mA。

S43：延时检测。

单次执行计时循环检测步骤后，执行延时检测，延时检测的时长为0.2秒，当然，并不仅限于此，也可以是0.1秒、0.3秒、0.5秒等，可以根据实际情况灵活设置，这里不作具体限定。

值得注意的是，S41计时循环检测步骤和S42桅杆晃动检测步骤为双向并行关系同步判断。调垂结束，桅杆角度为零度，即桅杆角度在X轴向和Y轴向的角度均为零，计时循环检测停止。

图2为本发明第一实施例提供的桅杆调垂控制方法的X轴向控制算法流程图；图3为图2中K1处的放大图，展示了X轴向的调垂控制原理图；请参照图2和图3。

通过操作开关开启调垂功能，检测当前桅杆角度是否在X轴向的可调范围内，桅杆角度的绝对值在0.1度至5度之间属于调垂功能的可调范围，此时调垂有效。若调垂无效，比如桅杆角度不在有效的可调范围内，控制器控制不输出电流值，电控阀组不动作，左右两边的油缸均不伸缩。

当调垂有效，且Y轴方向没有动作，判断X轴向上桅杆角度的大小，若桅杆角度小于-0.1度，控制器控制左边电控阀组，使得左缩电流为0，右伸电流为0，左伸电流为X轴向输出电流，右缩电流为X轴向输出电流，即左伸右缩，调节桅杆向右偏，直至桅杆角度为0。此时，X轴负方向动作标志位为1，即在X轴负方向可以实现调节。其中，X轴向输出电流等于X轴向桅杆的当前角度对应的曲线选择电流。当X轴负方向动作标志位为0，则不可以在X轴负方向可以实现调节。

若桅杆角度大于0.1度，控制器控制左右两边的电控阀组，使得左伸电流为0，右缩电流为0，左缩电流为X轴向输出电流，右伸电流为X轴向输出电流，即左缩右伸，调节桅杆向左偏，直至桅杆角度为0。此时，X轴正方向动作标志位为1，即在X轴正方向可以实现调节。其中，X轴向输出电流等于X轴向桅杆的当前角度对应的曲线选择电流。当X轴正方向动作标志位为0，则不可以在X轴正方向可以实现调节。

判断桅杆是否在X轴向的0度之间来回晃动。如果在X轴负方向上调节，出现桅杆角度大于0度；或者如果在X轴正方向上调节，出现桅杆角度小于0度；这两种情形都表明调控幅度过大，需减小电流输出值，则X轴的基础变量自减15mA，即X轴的电流参数曲线下调并保存。

当X轴向的桅杆角度恰好等于0度，保存X轴的电流参数曲线，X轴正方向动作标志位为0，X轴负方向动作标志位为0，X轴调垂结束。

图4为图2中K2处的放大图，展示了计时循环检测和延时检测的控制原理图，请参照图2和图4。

在X轴向的调垂过程中，计时循环检测一直在执行，直到X轴向的调垂结束。以两秒的计时循环检测周期为例，当X轴向有动作，两秒开始的一刻检测桅杆角度并保存(即存储角度)，两秒结束的一刻检测桅杆角度并保存(即当前角度)。当X轴向没有动作，计时标志为0，且计时标志自加，继续执行计时循环检测。

若当前角度不等于存储角度，执行当前角度临时保存，且延时触发标志位为1，延时检测执行，计时标志为0。若当前角度等于存储角度，则电流自加标志为1，电流参数曲线上调，X轴的基础变量自加15mA并保存，继续执行计时循环检测。

若电流参数曲线上调有效，直至桅杆角度在X轴向上的角度为0度，保存X轴的电流参数曲线，电流自加标志位为0，延时触发标志位为0，延时触发成功标志为0，X轴向的调垂结束。

若延时触发标志位不为1或计时标志不为0，则计时标志自加，继续执行计时循环检测。延时检测执行时，以0.2秒为延时周期，0.2秒计时时间到，存储角度等于临时保存角度，延时触发标志位为0，延时触发成功标志为0，即延时检测结束，X轴向的调垂结束。

图5为本发明第一实施例提供的桅杆调垂控制方法的Y轴向控制算法流程图；当判断Y轴的桅杆角度在调垂范围内，如果X轴向没有动作，将桅杆在Y轴的角度调整为零度。由于X轴向的桅杆调垂和Y轴向的桅杆调垂原理一致，这里不再赘述。

图6为本发明第一实施例提供的桅杆调垂控制方法的电流输出值的控制原理图，请参照图6。

控制器将输出电流作用到电控阀组上，以调整桅杆的角度。调垂时输出电流曲线计算方式如下：

检测调垂设备是否为第一次使用，当第一次使用时，即第一次使用标志为0，输出的电流参数曲线为系统默认的预设电流参数曲线；X轴向的电流输出曲线基础变量为300mA，Y轴向的电流输出曲线基础变量为300mA，同时将第一次使用标志变为1、并永久保存。当调垂设备不是第一次使用，即第一次使用标志为1，X轴向的电流输出曲线为：(基础变量+15x)mA，其中，x为桅杆的X轴向角度对应的曲线选择电流；Y轴向的电流输出曲线为：(基础变量+15y)mA，其中，y为桅杆的Y轴向角度对应的曲线选择电流。

第二实施例

本实施例提供的一种桅杆调垂控制装置，包括控制器、操作开关、倾角传感器、显示器和电控阀组，控制器分别与操作开关、倾角传感器、显示器和电控阀组连接。

操作开关用于向控制器发出调垂信号，倾角传感器用于检测桅杆角度，控制器根据倾角传感器检测的桅杆角度，从预设的电流参数曲线中选取电流输出参数、并根据电流输出参数控制电控阀组的输出电流值，显示器用于显示桅杆当前的角度以及显示电流输出参数等相关信息，电控阀组用于调整桅杆角度，直至桅杆角度为零度。

具体地，控制器还包括存储器、计时循环检测模块和延时模块，计时循环检测模块、延时模块以及桅杆调垂控制方法的控制程序等均存储于存储器中，计时循环检测模块用于桅杆角度的计时循环检测，延时模块用于桅杆角度的延时检测。控制器可以是PLC控制器。

本发明提供的桅杆调垂控制方法，其工作原理如下：

PLC控制器接收到调垂有效开始信号后，优先判断从倾角传感器接收到的当前桅杆角度值，在调垂可调范围内优先执行X轴向角度标定；X轴向角度标定开始后，PLC控制器根据桅杆的当前角度值从既定好的电流输出曲线中选取输出参数，执行PID控制输出到执行电控阀组上，调整桅杆的X轴向的角度，直至X轴向的桅杆角度为零度。在X轴向角度标定完成之后再执行Y轴向角度标定，Y轴向角度标定开始后，PLC控制器根据当前角度值从既定好的电流输出曲线中选取输出参数，执行PID控制输出到执行电磁阀组，调整桅杆的Y轴向的角度，直至Y轴向的桅杆角度为零度。当X轴向和Y轴向的桅杆角度均调整至零度，调垂结束。

综上所述，本发明提供的桅杆调垂控制方法和桅杆调垂控制装置具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的桅杆调垂控制方法，第一，具有电流自适应功能。增加电流自适应调节功能，根据各个电控阀组的开口特性进行参数自动调整确定，从而在各种情况下都能满足调垂功能的完成；第二，具有运动轨迹变化特点：自动调垂时优先调整X轴的角度，再调整Y轴的角度，因为调节X轴需要伸缩配合，而Y轴是同时伸缩，有利于调控动作的协调控制；第三，具有适应性强的特点：不因阀的个体差异和老化而导致开启电流值变化影响调垂功能。如果相同的电控阀组控制，可以采用一套计算公式直接控制，避免每台设备单独配置控制参数和长时间使用后需要变换参数的问题。当然，该桅杆调垂控制方法除了采用电动控制调垂，也可以通过手动操控，完成桅杆调垂操作。

本发明提供的桅杆调垂控制装置，可以自动识别设备使用过程中的需求参数，具有晃动判断检测控制，并自动修改使用参数满足使用条件，通过桅杆使用参数的自动判别，从而避免每台设备单独配置控制参数和长时间使用后需要变换参数的问题。该桅杆调垂控制装置操控灵活，自适应能力强，自动化程度高，具有极大的推广应用价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种桅杆调垂控制方法，其特征在于，包括以下步骤；

接收调垂有效信号，检测当前桅杆角度值；

标定桅杆角度；标定第一方向X轴的桅杆角度，标定第二方向Y轴的桅杆角度；

根据所述当前桅杆角度值从预设的电流参数曲线中选取电流输出参数，并根据所述电流输出参数控制输出电流值，以调整桅杆角度，直至所述桅杆角度为零度；

所述根据所述电流输出参数控制输出电流值的步骤包括：X轴正方向动作标志位为1，在X轴正方向可以实现调节；X轴向输出电流等于X轴向桅杆的当前角度对应的曲线选择电流；当X轴正方向动作标志位为0，则不可以在X轴正方向实现调节；

计时循环检测桅杆角度；在第一时刻检测并保存桅杆的第一角度值，在第二时刻检测并保存所述桅杆的第二角度值；根据所述第一角度值与所述第二角度值是否相等，判断调垂功能是否正常；所述调垂功能异常，所述电流参数曲线上调，判断所述电流参数曲线上调是否有效；当所述电流参数曲线上调有效，执行计时循环检测步骤；

还包括延时检测，单次执行所述计时循环检测步骤后，执行所述延时检测；若所述第二角度值不等于所述第一角度值，执行所述第二角度值临时保存，且延时触发标志位为1，延时检测执行，计时标志为0；若所述第二角度值等于所述第一角度值，则电流自加标志为1，电流参数曲线上调，X轴的基础变量自加并保存，继续执行计时循环检测；若电流参数曲线上调有效，直至桅杆角度在X轴向上的角度为0度，保存X轴的电流参数曲线，电流自加标志位为0，延时触发标志位为0，延时触发成功标志为0，X轴向的调垂结束。

2.根据权利要求1所述的桅杆调垂控制方法，其特征在于，在所述桅杆角度从小于零度向趋近于零度的调整过程中，如果检测出所述桅杆角度出现正数，所述电流参数曲线下调；

在所述桅杆角度从大于零度向趋近于零度的调整过程中，如果检测出所述桅杆角度出现负数，所述电流参数曲线下调。

3.根据权利要求2所述的桅杆调垂控制方法，其特征在于，所述电流参数曲线下调时，每次调整量为10mA至20mA。

4.一种桅杆调垂控制装置，其特征在于，包括控制器、操作开关、倾角传感器、电控阀组、计时循环检测模块和延时模块，所述控制器分别与所述操作开关、所述倾角传感器和所述电控阀组连接；

所述操作开关用于向所述控制器发出调垂信号，所述倾角传感器用于检测桅杆角度，所述控制器根据所述倾角传感器检测的桅杆角度，从预设的电流参数曲线中选取电流输出参数、并根据所述电流输出参数控制所述电控阀组的输出电流值，所述电控阀组用于调整所述桅杆角度，直至所述桅杆角度为零度；

所述计时循环检测模块用于所述桅杆角度的计时循环检测，在第一时刻检测并保存桅杆的第一角度值，在第二时刻检测并保存所述桅杆的第二角度值；根据所述第一角度值与所述第二角度值是否相等，判断调垂功能是否正常；所述调垂功能异常，所述电流参数曲线上调，判断所述电流参数曲线上调是否有效；当所述电流参数曲线上调有效，执行计时循环检测步骤；

所述延时模块用于所述桅杆角度的延时检测；单次执行所述计时循环检测步骤后，执行所述延时检测；若所述第二角度值不等于所述第一角度值，执行所述第二角度值临时保存，且延时触发标志位为1，延时检测执行，计时标志为0；若所述第二角度值等于所述第一角度值，则电流自加标志为1，电流参数曲线上调，X轴的基础变量自加并保存，继续执行计时循环检测；若电流参数曲线上调有效，直至桅杆角度在X轴向上的角度为0度，保存X轴的电流参数曲线，电流自加标志位为0，延时触发标志位为0，延时触发成功标志为0，X轴向的调垂结束。

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