挤排土变径打桩机智能控制器的制作方法

（一）、技术领域：

本实用新型涉及一种打桩机控制器，特别涉及一种挤排土变径打桩机智能控制器。

（二）、

背景技术：
：

传统打桩机只有一个单一的动力头，靠手动操作来完成唯一直径的桩孔。由于智能化水平低，在施工过程中往往需要两个以上的操作人员配合才能完成打桩工作。然而，单一的动力头打出的桩孔存在先天的缺陷——桩孔壁上的应力分布不均匀，承载力较差。另外，传统打桩机需要较多的施工人员，不但增加了企业的施工成本，而且打桩效率也不高。

挤排土变径打桩机能够保证桩身的断面“上大下小”，使得桩孔符合附加应力分布规律，可以明显减小计算沉降。尤其对于复合型地基，可以实现地基的“上挤下排”挤排土变径灌桩工法，提高承载力，更好地保证桩孔质量。挤排土变径打桩机的控制器是将多种常用的电机控制信号结合在一起，并且集成了一个可控的驱动模块，给外部的电磁阀、继电器等电气设备提供控制信号。随着挤排土变径打桩机的应用，人们对其控制器的要求也越来越高（尤其是对控制器的稳定性和可靠性），挤排土变径打桩机的控制器必须既具备较高的抗干扰能力又得有很好的软件算法，保证在恶劣环境下安全可靠地运行。

目前行业内的打桩机控制器主要有如下几种情况：

a﹑基于通用plc的控制器。

b﹑基于专用plc、附加相关控制模块的控制器。

c﹑普通的按钮、继电器、接触器搭建的组合控制电路。

上述几种打桩机控制器的缺点是：总线通信能力薄弱，缺乏驱动控制能力，只能对外围设备进行数据或命令的传送，不能直接操作外围设备，而且外形较大不易于狭小空间的安装。

（三）、

技术实现要素：
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本实用新型要解决的技术问题是：提供一种挤排土变径打桩机智能控制器，该挤排土变径打桩机智能控制器采用总线通信方式，不但减化了电路，还大大提高了系统的通信容错能力、响应能力、驱动能力和数据处理能力，控制稳定﹑可靠性强，特别适用于挤排土变径打桩机的实际工作特性。

本实用新型的技术方案：

一种挤排土变径打桩机智能控制器，含有中央处理模块﹑液压检测模块﹑液压控制模块﹑行程检测模块﹑开关检测模块﹑电磁阀控制模块和电源模块，还含有rs485总线通信模块和can总线通信模块，中央处理模块中含有微控制器，微控制器的串行通信口通过rs485总线通信模块与挤排土变径打桩机中的前级动力钻头旋转电机变频器﹑前级动力钻头卷收电机变频器和中间级动力钻头卷收电机变频器连接，微控制器的can通信口通过can总线通信模块与挤排土变径打桩机中的激光雷达连接，挤排土变径打桩机中的n1个液压泵压力传感器的输出端通过液压检测模块分别与微控制器的n1个液压信号输入端连接，微控制器的n2个液压供电输出端通过液压控制模块与挤排土变径打桩机中的总液压阀的电源端连接，微控制器的n3个液压信号输出端通过液压控制模块分别与总液压阀中的n3个比例电控阀连接，挤排土变径打桩机中的卷扬钢丝绳传动轴上的n4个行程传感器的输出端通过行程检测模块与分别微控制器的n4个行程信号输入端连接，挤排土变径打桩机中的n5个接近开关通过开关检测模块分别与微控制器的n5个开关信号输入端连接，微控制器的n6个电磁阀信号输出端通过电磁阀控制模块分别与挤排土变径打桩机中的n6个电磁阀的控制端连接；电源模块给中央处理模块﹑液压检测模块﹑液压控制模块﹑行程检测模块﹑开关检测模块﹑电磁阀控制模块﹑rs485总线通信模块和can总线通信模块供电；n1﹑n2﹑n3﹑n4﹑n5和n6均为大于等于1的自然数。

液压检测模块中含有n1个相同的液压检测电路，n1个液压泵压力传感器的输出端分别通过n1个液压检测电路与微控制器的n1个液压信号输入端连接；每个液压检测电路中含有第一二极管﹑第一电阻﹑第二电阻﹑第三电阻﹑第一电容﹑第二电容和第一压敏电阻，液压泵压力传感器的输出端通过第二电阻与微控制器的液压信号输入端连接，液压泵压力传感器的输出端通过第一电容接地，液压泵压力传感器的输出端通过第一电阻与第一二极管的负极连接，第一二极管的正极接电源，第三电阻﹑第二电容和第一压敏电阻并接在微控制器的液压信号输入端和地之间；液压控制模块中含有n2个信号调理器和n3个第一光电耦合器，微控制器的n2个液压供电输出端分别通过n2个信号调理器与总液压阀的电源端连接，微控制器的n3个液压信号输出端分别通过n3个第一光电耦合器与总液压阀中的n3个比例电控阀连接。

信号调理器的型号为：tfw260n；第一光电耦合器的型号为：tlp113。

行程检测模块中含有n4个相同的行程检测电路，n4个行程传感器的输出端分别通过n4个行程检测电路与微控制器的n4个行程信号输入端连接；每个行程检测电路中含有第二二极管﹑第四电阻﹑第五电阻﹑第六电阻﹑第七电阻﹑第三电容和第一三极管，行程传感器的输出端与第二二极管的负极连接，第二二极管的正极通过第五电阻与第一三极管的基极连接，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过第七电阻接电源，第一三极管的集电极与微控制器的行程信号输入端连接，第二二极管的正极通过第四电阻接电源，第六电阻和第三电容并接在第一三极管的基极和地之间，第一三极管为npn型三极管；开关检测模块中含有n5个第二光电耦合器，n5个接近开关分别通过n5个第二光电耦合器与微控制器的n5个开关信号输入端连接。

第二光电耦合器的型号为：tlp113。

电磁阀控制模块中含有至少一个肖基特二极管和至少一个高边电源开关，微控制器的n6个电磁阀信号输出端分别通过高边电源开关的n6个通路与n6个电磁阀的控制端连接，电源模块通过肖基特二极管给高边电源开关供电，n6个电磁阀的控制端还分别通过n6个第八电阻与微控制器的n6个电磁阀信号检测端连接，微控制器的每个电磁阀信号检测端与地之间均并接有一个第二压敏电阻。

高边电源开关的型号为：bts724g；肖基特二极管的型号为：mbrd835lt4g。

rs485总线通信模块中含有rs485收发器，微控制器的串行通信口通过rs485收发器与前级动力钻头旋转电机变频器﹑前级动力钻头卷收电机变频器和中间级动力钻头卷收电机变频器连接；can总线通信模块中含有can收发器和共模电感，微控制器的can通信口依次通过can收发器﹑共模电感后与激光雷达连接。

中央处理模块中还含有eeprom存储器，eeprom存储器与微控制器的串行数据口连接。

电源模块中含有电池和稳压器，电池与稳压器的输入端连接，稳压器的输出给中央处理模块﹑液压检测模块﹑液压控制模块﹑行程检测模块﹑开关检测模块﹑电磁阀控制模块﹑rs485总线通信模块和can总线通信模块供电，电池还给开关检测模块和电磁阀控制模块供电。

rs485收发器的型号为：adm2587；can收发器的型号为：pca82c251；稳压器的型号为：lm2576s-5.0；微控制器的型号为：mc9s12xet256；eeprom存储器的型号为：24c64；激光雷达的型号为：plusmini，生产厂家：北醒光子科技有限公司。

本实用新型的有益效果：

1﹑本实用新型采用rs485总线通信模块控制挤排土变径打桩机中的各动力钻头的工作，采用can总线通信模块控制挤排土变径打桩机中的激光雷达的工作，用以标定动力钻头的下钻深度；本实用新型的总线通信方式不但减化了电路，还大大提高了系统的通信容错能力、响应能力、驱动能力和数据处理能力，控制稳定﹑可靠性强，特别适用于挤排土变径打桩机的实际工作特性。

2、本实用新型的液压检测模块和液压控制模块可实现对挤排土变径打桩机中液压系统的控制，行程检测模块可实现对挤排土变径打桩机中的卷扬机的控制，开关检测模块实现对各接近开关的控制，电磁阀控制模块实现对各电磁阀开合与关闭的控制，因此，本实用新型功能强﹑智能化程度高。

3、本实用新型的中央处理模块中采用微控制器，其它功能模块中均采用集成芯片，因此，本实用新型体积小﹑安装方便。

（四）、附图说明：

图1为中央处理模块的电路原理示意图；

图2为液压检测模块的部分电路原理示意图；

图3为行程检测模块的部分电路原理示意图；

图4为开关检测模块的部分电路原理示意图；

图5为液压控制模块的部分电路原理示意图；

图6为can总线通信模块的电路原理示意图；

图7为rs485总线通信模块的电路原理示意图；

图8为电磁阀控制模块的部分电路原理示意图；

图9为电源模块的电路原理示意图。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图9，图中，挤排土变径打桩机智能控制器含有中央处理模块﹑液压检测模块﹑液压控制模块﹑行程检测模块﹑开关检测模块﹑电磁阀控制模块和电源模块，还含有rs485总线通信模块和can总线通信模块，中央处理模块中含有微控制器u1，微控制器u1的串行通信口（txd1﹑rxd1）通过rs485总线通信模块与挤排土变径打桩机中的前级动力钻头旋转电机变频器﹑前级动力钻头卷收电机变频器和中间级动力钻头卷收电机变频器连接，微控制器u1的can通信口（txcan0﹑rxcan0）通过can总线通信模块与挤排土变径打桩机中的激光雷达连接，挤排土变径打桩机中的4个液压泵压力传感器的输出端通过液压检测模块分别与微控制器u1的4个液压信号输入端（an00～an03）连接，微控制器u1的2个液压供电输出端（pwm6﹑pwm7）通过液压控制模块与挤排土变径打桩机中的总液压阀的电源端连接，微控制器u1的4个液压信号输出端（pwm0～pwm3）通过液压控制模块分别与总液压阀中的4个比例电控阀连接，挤排土变径打桩机中的卷扬钢丝绳传动轴上的4个行程传感器的输出端通过行程检测模块与分别微控制器u1的4个行程信号输入端（pt0～pt3）连接，挤排土变径打桩机中的4个接近开关通过开关检测模块分别与微控制器u1的4个开关信号输入端（pt4～pt7）连接，微控制器u1的8个电磁阀信号输出端（pb0～pb7）通过电磁阀控制模块分别与挤排土变径打桩机中的n6个电磁阀的控制端连接；电源模块给中央处理模块﹑液压检测模块﹑液压控制模块﹑行程检测模块﹑开关检测模块﹑电磁阀控制模块﹑rs485总线通信模块和can总线通信模块供电。

微控制器u1能够对总线数据进行解析、完成不同总线间的数据转换，实现算法、记录历史数据﹑显示数据、控制驱动外围设备的工作状态。

液压检测模块中含有4个相同的液压检测电路，4个液压泵压力传感器的输出端分别通过4个液压检测电路与微控制器u1的4个液压信号输入端（an00～an03）连接；图2中仅画出了液压泵压力传感器1和1个液压检测电路，该液压检测电路中含有第一二极管d10﹑第一电阻r10﹑第二电阻r11﹑第三电阻r12﹑第一电容c14﹑第二电容c15和第一压敏电阻rv1，液压泵压力传感器1的输出端（输出模拟信号）通过第二电阻r11与微控制器u1的液压信号输入端an00连接，液压泵压力传感器1的输出端通过第一电容c14容接地，液压泵压力传感器1的输出端通过第一电阻r10与第一二极管d10的负极连接，第一二极管d10的正极接电源vcc2_+5v，第三电阻r12﹑第二电容c15和第一压敏电阻rv1并接在微控制器u1的液压信号输入端an00和地之间；液压控制模块中含有2个信号调理器和4个第一光电耦合器，微控制器u1的2个液压供电输出端（pwm6﹑pwm7，输出pwm信号）分别通过2个信号调理器与总液压阀的电源端连接，给总液压阀输送4-20ma电流，微控制器u1的4个液压信号输出端（pwm0～pwm3，输出pwm信号）分别通过4个第一光电耦合器与总液压阀中的4个比例电控阀连接，图5中仅画出了1个信号调理器module1﹑1个第一光电耦合器op5和比例电控阀1。

信号调理器module1的型号为：tfw260n；第一光电耦合器op5的型号为：tlp113。

行程检测模块中含有4个相同的行程检测电路，4个行程传感器的输出端分别通过4个行程检测电路与微控制器u1的4个行程信号输入端（pt0～pt3）连接；图3中仅画出了行程传感器1和1个行程检测电路，该行程检测电路中含有第二二极管d60﹑第四电阻r60﹑第五电阻r61﹑第六电阻r62﹑第七电阻r63﹑第三电容c60和第一三极管q60，行程传感器1的输出端（输出频率信号）与第二二极管d60的负极连接，第二二极管d60的正极通过第五电阻r61与第一三极管q60的基极连接，第一三极管q60的发射极接地，第一三极管q60的集电极通过第七电阻r63接电源vcc2_+5v，第一三极管q60的集电极与微控制器u1的行程信号输入端pt0连接，第二二极管d60的正极通过第四电阻r60接电源vcc2_+5v，第六电阻r62和第三电容c60并接在第一三极管q60的基极和地之间，第一三极管q60为npn型三极管；开关检测模块中含有4个第二光电耦合器，4个接近开关分别通过4个第二光电耦合器与微控制器u1的4个开关信号输入端（pt4～pt7）连接，图4中仅画出了1个第二光电耦合器op1和接近开关1。

行程检测模块能为微控制器u1提供可靠稳定的方波脉冲信号。

第二光电耦合器op1的型号为：tlp113。

电磁阀控制模块中含有2个肖基特二极管和2个高边电源开关，微控制器u1的8个电磁阀信号输出端（pb0～pb7）分别通过高边电源开关的8个通路与8个电磁阀的控制端连接，电源模块中的电池bat_24v通过肖基特二极管给高边电源开关供电，8个电磁阀的控制端还分别通过8个第八电阻与微控制器u1的8个电磁阀信号检测端（an08～an15）连接，微控制器u1的每个电磁阀信号检测端与地之间均并接有一个第二压敏电阻，图8中仅画出了1个肖基特二极管d80﹑1个高边电源开关u8﹑电磁阀1～电磁阀4﹑第八电阻（r86﹑r88﹑r90﹑r92）﹑第二压敏电阻（rv11～rv14）。

高边电源开关u8的型号为：bts724g；肖基特二极管d80的型号为：mbrd835lt4g。

电磁阀控制模块主要负责电磁阀的开合与关闭，从而控制挤排土变径打桩机的中间级动力钻头的旋转﹑后级动力钻头的旋转和卷收。

rs485总线通信模块中含有rs485收发器u6，微控制器u1的串行通信口（txd1﹑rxd1）通过rs485收发器u6与前级动力钻头旋转电机变频器﹑前级动力钻头卷收电机变频器和中间级动力钻头卷收电机变频器连接；can总线通信模块中含有can收发器u4和共模电感l2，微控制器u1的can通信口（txcan0﹑rxcan0）依次通过can收发器u4﹑共模电感l2后与激光雷达连接。

rs485总线用于发命令给变频器，从而控制挤排土变径打桩机的前级动力钻头的旋转和卷收﹑中间级动力钻头的卷收。

can总线通信模块用于获取激光雷达的测距信号，以标定钻头下钻深度；can总线通信模块大大减少了现场的布线长度和复杂度，并且提供了较高的通信稳定性和容错能力。

中央处理模块中还含有eeprom存储器u3，eeprom存储器u3与微控制器u1的串行数据口（cs2﹑sda0﹑scl0）连接。

电源模块中含有电池bat_24v和稳压器up1，电池bat_24v通过二极管dp1﹑dp2与稳压器up1的输入端vin连接，稳压器up1的输出给中央处理模块﹑液压检测模块﹑液压控制模块﹑行程检测模块﹑开关检测模块﹑电磁阀控制模块﹑rs485总线通信模块和can总线通信模块供电，电池bat_24v还给开关检测模块和电磁阀控制模块供电。

二极管dp1﹑dp2可防反接，避免因为用户的疏忽而造成不必要损失。

rs485收发器u6的型号为：adm2587；can收发器u4的型号为：pca82c251；稳压器up1的型号为：lm2576s-5.0；微控制器u1的型号为：mc9s12xet256；eeprom存储器u3的型号为：24c64；激光雷达的型号为：plusmini，生产厂家：北醒光子科技有限公司。