卷扬式冲击钻机自动控制系统

　　本文介绍了卷扬式冲击钻机微机自动控制系统的基本原理，硬件的组成和软件的设计，通过试验，证明该控制系统能够满足冲击钻进工况的要求，实现自动冲击钻进。

　　1、采用微机控制的理由

　　卷扬式冲击钻朵进采用卷扬机提升钻头，利用冲击钻头下落的动能产生冲击作用，破碎岩土实现钻进的钻机。与传统的四边杆冲击钻相比，其结构更为简单，并且可以根据需要灵活地调节冲程。采用行星齿轮差速机构的双绳自动同步卷扬机还可以实现冲击反循环钻进，使钻进速度大幅提高，在基础工程的施工中得到了广泛的使用。但是，卷扬机提升钻头多为手工操作控制冲程，工作劳动强度大，精神紧张，并且冲击次数也较低。

　　为了提高生产效率，减轻操作人员的劳动强度，在自动冲击控制系统中曾经采用过机械和由进间继电器等元件组成的电器控制机构。由于钢绳在滚筒上缠绕半径和变化和钻进过程中地层的改变，上述两种机构在钻时过程中，都需要根据实际工作情况，人为地不断进行调整。

　　采用微机控制的自动冲击机构能够根据钻进过程中各种因素的变化，自动调节和控制每次冲击的进给量，实现完全的自动冲击钻进。

　　2、自动冲击钻进的基本原理

　　在卷扬式冲击钻机上，为了实现自动冲击钻进，可以通过检测和控制钢绳的松驰量（即冲击钻头下落到井底后，卷扬机滚筒开始正转，到钢绳拉紧冲击钻头时钢绳的长度值）来实现。

　　在冲击开始前，首先设置冲击钻头冲击时的冲程长度L和钢绳 的松驰量S；然后由微机发出闭合液压离合器的控制们号，使卷扬机滚筒开始正转，并记录下滚筒开始正转时的转角位置；在滚筒转动的过程中，微机不断采集和记录滚筒转角的位置信号；当钢绳拉紧冲击钻头时微机将此时的滚筒 转角位置信号与滚筒 开始正转时的转角位置信号相比较，得出钢绳的实际松驰量E；将钢绳的实际松驰量E与设定值S相比较，用其差值修正和控制本次冲击时的钻头提升高度H；当提升钻头的高度过到H值时，微机发出打开液压离合器信号；离合器打开后，滚筒在冲击钻头训击时所设置的冲程长度L时，微机又重新发出离合器闭合信号，开始下一次自动冲击的控制。

　　3、硬件的构成和软件的设计

　　钻机提升冲击钻头时的提重信号是通过交流互感器检测电机的电流变化得到的，通过检测电机空载和提升钻壮头时的电流变化，再通过可调阀值电路，发出对应电机空载和提重的高低电平信号，作为微机的一个中断控制。

　　卷扬机的转角位置信号和正反转信号是采用两个磁电传感器的检测固定有滚筒轴上带等分磁铁的转盘转角得到了的，通过转换电路按两个传感器检测信号的抚后和间隔，得到转角的脉冲信号和正反转信号，两信号分别送到微机的计数口和中断控制口。

　　滚筒的思转动和停止是采用微机输出信号，经固态继电器和电磁换向阀后直接控制液压离合器的通断来实现。

　　此外，系统还没有冲程L和松驰量S的输入和显示电路。为了防止外界环境对系统的干扰，在输入和输出电咱与微机间增设了光电隔离接口电路，同时系统还设置了一组发光二极管，用于显示系统的工作状态，监测系统的工作情况。