LM系列PLC在振动桩锤中的应用

　　摘要：本文介绍和利时LM小型PLC以及HT6000系列触摸屏在振动桩锤改造中的成功应用，概述了振动桩锤的工作原理，介绍了该系统的控制方案，硬件组成以及程序设计的功能特点。

　　关键词：振动桩锤；PLC；触摸屏

　　Abstract: This paper gives a detailed introduction about the Hollysys LM PLC and HT6000 HMI successful application in the vibration of pile hammer. It provides an overview of the work principle of Vibratory Pile Hammer, and introducs the system control program, hardware components, as well as program design features .

　　Key Words: Vibratory Pile Hammer; PLC; HMI

　　1 前言

　　随着现代建筑业的飞速发展，桩基础已从木桩逐渐发展为钢筋混凝土桩或钢桩。校基础的施工方法和施工机械也有了巨大的发展。桩的类型大体上可分为两大类：预制桩和就地灌注桩。预制桩主要采用锤击的方法将其打入土壤中。其施工机械也从刚开始坠锤、蒸汽锤和柴油锤，发展到振动锤。液压振动桩锤的突出优点是噪声小，随着人们环保意识的不断加强，也将足打桩设备发展的必然趋势。就地灌注桩是由相应机械成孔后，灌注而成。就地灌注校机械品种繁多。从近年来我国进口的设备情况和国际工程机械展览会来看，钻孔机成为灌注桩机械的主力军。它的发展也是相当迅速的。

　　振动桩锤是一种广泛应用各种基础施工工程的沉拔桩施工机械，由于具有噪音低，沉桩效果好，可在水下作业等优点。

　　2 设备结构以及工作原理

　　2.1 设备结构

　　振动桩锤核心部件是一台能耐高加速度的特殊耐振电机，其轴温可耐95摄氏度，能短时过载使用且有较高的启动转矩。其大体结构分为减振框架、振动器、液压夹头、液压操纵箱、导向装置和电气控制箱等六部分。

　　2.2 工作原理

　　当设备启动前，先用吊车将振动桩锤落到桩上，并将夹头夹在桩管上。然后开启油泵，启动液压夹头夹紧，通过液压操纵箱，使夹头压力达到 10MP。当夹头夹紧后，主机随即启动，开始进入正常工作状态。液压夹头由油缸、杠杆、滑块、压块等组成，在工作时，它能将桩夹紧，把振动器所产生的激振力可靠的传递给桩，由液压系统中的高压轴，通过高压软管进入油缸，油缸中的活塞推动杠杆，杠杆推动滑块把桩夹紧。振动器主要由振动箱、偏心块、轴、齿轮、皮带轮等组成，耐振电机通过三角带把动力传递给振动箱内一对相啮合的圆柱齿轮上，齿轮与偏心块分别装在两根轴上，偏心块高速度旋转，产生了垂直振动（即激振力），带动桩体运动。

　　3．系统设计以及硬件配置

　　3．1 系统设计

　　考虑该设备使用在露天，潮湿，腐蚀性大，振动大等特殊场合，我们选用了具有三防（防湿热、防霉菌、防盐雾）处理，并装有防振性能好的WAGO 接线端子的和利时LM系列PLC以及HT6000系统触摸屏。保证设备在湿气、盐喷、潮湿、高温、振动大以及各种化学品侵蚀的恶劣环境下，仍能可靠运行。

　　为了操作方便以及节约成本，我们采用和利时LM3107E带有1路模拟量输出以及2路模拟量输入的CPU模块，通过触摸屏去调节变频器频率，并反馈运行电流。

　　同时根据设备在现场的使用情况，我们设计了远程控制装置，对设备进行远程无线控制，大大提高了工作效率，同时也保障了现场操作人员的生命安全。

　　3．2 硬件配置

　　LM3107E模块额定工作电压220VAC，自带23点I/O，提供12路DC24V输入和8路继电器输出；同时可进行2路模拟量输入和1路模拟量输出处理。

　　HT6600C触摸屏和LM3107E PLC是通过RS232串口进行通讯，产用MODBUS通讯协议。变频器的频率调节是通过 LM3107E本体上带的一点模拟量输出信号进行控制，可以选择0～10V或者0～20mA两种控制信号。无线按钮是通过工业遥控器实现，把接收装置通过硬接线方式连到PLC数字量输入端。而发送装置者可以在100米范围内进行无线遥控操作。

　　4. 程序设计

　　4．1 下位PLC程序设计

　　该下位程序分主程序；自动控制、手动控制以及配方三个子程序。为了让客户操作方便，在自动控制子程序里面，实现一键控制设备运行全过程。在运行前先设置变频器量程，主机电流限制值，保压以及补压时间值等相应参数。然后只要一触发设备启动按纽，油泵以及夹头紧先工作，当液压夹头达到预定的 10MP后。自动启动主机，振动桩锤开始工作。为了设备运行安全，程序设定每隔一定时间夹头紧运行进行补压。同时为了保护设备，当主机运行电流连续超过限制电流几分钟后，出现主机过载报警画面，并强制停止主机。

　　为了防止误操作，在主机运行过程中不允许关油泵和松夹头，如出现误操作就出现误操作报警提醒画面。

　　同时该PLC的编程软件具有视图功能，可以通过视图功能方便的进行程序模拟调试，避免了要经常通过触摸屏来进行调试并修改程序的麻烦。大大节省调试的时间，提高工作效率。

　　4．2 上位触摸屏程序设计

　　该触摸屏装有LM系列PLC的驱动，所以通信地址连接方便。触摸屏程序分中英文两种语言，各画面间互相切换。一些重要的参数设置了密码保护，防止误设置而损坏设备。为了使设备运行更逼真，采用了主机运行动画显示功能。

　　5．结束语

　　随着国家为拉动内需，刺激经济增长在修路、建桥等民生工程的大量投入，振动桩锤的发展也将借此东风而快速发展。而快速发展的同时，我们也要考虑到怎样把先进的自动化技术融合到该行业当中，使该设备精益求精，使设备的单体工作效率发挥到最大。通过该成功案例的描述，希望能对该行业起到投石问路的效果。

　　参考文献

　　[1] 国家质量监督检验检疫总局. GB/T8517－2004 振动桩锤. 中国标准出版社。

　　[2] 邓明权. 现代桩工机械. 人民交通出版社。

　　[3] 吕卫阳,徐昌荣. PLC工程应用实例解析. 中国电力出版社。

　　[5] HOLLiAS LM系列PLC硬件手册2008年4月版。

　　[4] HOLLiAS LM系列PLC软件手册2008年1月版。

　　[6] HOLLiAS LM系列PLC指令手册2008年3月版。