摘要：為了提高建筑施工的工作效率，節(jié)約生產成本，從沖孔打樁機的工作原理出發(fā)，采用低功耗的S3C2440作為微控制器，利用直流電機作為執(zhí)行機構，設計了一種沖孔打樁機自動控制系統(tǒng)。在整個系統(tǒng)的實現上，從機械改裝設計、硬件原理以及軟件實現等方面對系統(tǒng)進行設計，最終實現沖孔樁機自動打樁的功能。
關鍵詞：沖孔打樁機；S3C2440；直流電機；自動控制

0 引言
沖孔打樁機主要由樁錘、支架、卷揚機以及其他輔助設備組成，其工作原理是利用沖孔打樁機的卷揚機構，將電動機輸出動力的回轉運動轉變?yōu)橥鶑瓦\動，通過鋼絲繩來帶動樁錘的提升，并在一定高度時使樁錘自由下落，利用樁錘的沖擊作用沖擠土層或破碎巖石，同時鉆渣隨泥漿(或用取渣桶)排出，最后在地基土中形成樁孔。施工人員在樁孔內放置鋼筋籠，灌注混凝土而制成樁。
目前，沖孔打樁機的打樁作業(yè)均由人工手動機械式操縱來完成。操作人員在工作過程中需要頻繁對離合裝置、剎車裝置等控制部件進行操縱，勞動強度很大。隨著微電子技術和自動控制理論的發(fā)展，將自動控制技術應用于沖孔打樁機，實現打樁的全自動化或半自動化，使操作人員從繁瑣重復的體力勞動中解放出來成為可能。
本文通過對沖孔打樁機原有手動控制系統(tǒng)的機械改裝，并利用微控制器以及其他輔助元器件設計了一種沖孔打樁機自動控制系統(tǒng)。

1 沖孔打樁機控制系統(tǒng)的機械設計
1．1 離合和剎車控制系統(tǒng)的機械設計
沖孔打樁機原有手動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構主要包括離合操縱桿和剎車操縱桿。離合操縱桿閉合(簡稱“緊離合”)，樁錘將會被提升；剎車操縱桿閉合(簡稱“緊剎車”)，樁錘將會停止運動。在打樁機工作過程中，要避免離合操縱桿和剎車操縱桿同時閉合。該系統(tǒng)的執(zhí)行裝置可采用氣動方式、液壓方式和電機控制三種方式，為了方便起見，選擇采用電機控制方式。
電機選用直流電機，直流電機響應速度快，力矩大，并且體積小。改裝時，將固定塊和電機導軌固定在打樁機的底座上，電機旋轉帶動絲杠沿導軌運行。在原有人工作業(yè)方式下運行時，即手動模式下，控制桿收到遠離剎車桿的位置，不影響人員操作。采用直流電機作為執(zhí)行機構對剎車離合控制桿進行控制，微處理器根據位置傳感器傳回來的位置信息，對直流電機進行旋轉控制，電機轉動絲杠，帶動控制桿運動，從而實現剎車與離合的自動控制。
1．2 傳感器的安裝
沖孔打樁機原有樁錘提升的高度需要操作人員目測，在自動打樁控制系統(tǒng)中，使用2個霍爾器件為高度傳感器，一個檢測鋼絲繩長度，另一個檢測系統(tǒng)是否出現因卡錘故障引起的樁架提升。在卷揚機卷軸上按照一定的間隔，安裝該設計系統(tǒng)用到的若干個磁鐵，在樁架上靠近卷軸的位置處，安裝檢測鋼絲繩長度的霍爾傳感器；在樁架上安裝檢測卡錘故障的霍爾傳感器。

1．3 電機保護器件的安裝
設計系統(tǒng)的卷揚機采用45 kW的三相異步電機，在電機的三相電中，使用其中兩相對電機進行過流保護和繼電保護，一相安裝電流互感器，對電機的電流進行檢測；另一相安裝控制電機開關的繼電器對電機的通斷進行控制。

2 沖孔打樁機自動控制系統(tǒng)整體設計方案與技術指標
2．1 系統(tǒng)整體設計方案
本文設計的原理框圖如圖2所示。

沖孔打樁機自動控制系統(tǒng)工作時，施工人員首先對系統(tǒng)進行參數設定，微控制器根據設定的信息控制直流電機的運動，從而帶動離合和剎車控制桿達到控制離合和剎車的目的。為了保證剎車和離合控制桿的精確運動，使用位置傳感器對控制桿運動的位置進行反饋監(jiān)控。同時，為了方便操作人員的監(jiān)控，微控制器將打樁作業(yè)的相關參數通過液晶屏顯示出來。
2．2 系統(tǒng)的技術指標
(1)提升高度：0．30～3．5m；
(2)提升精度：0．02 m；
(3)剎車時間、離合時間精度：0．01s。