1 采用微機(jī)控制的理由

　　卷?yè)P(yáng)式?jīng)_擊鉆朵進(jìn)采用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升鉆頭，利用沖擊鉆頭下落的動(dòng)能產(chǎn)生沖擊作用，破碎巖土實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)的鉆機(jī)。與傳統(tǒng)的四邊桿沖擊鉆相比，其結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，并且可以根據(jù)需要靈活地調(diào)節(jié)沖程。采用行星齒輪差速機(jī)構(gòu)的雙繩自動(dòng)同步卷?yè)P(yáng)機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)，使鉆進(jìn)速度大幅提高，在基礎(chǔ)工程的施工中得到了廣泛的使用。但是，卷?yè)P(yáng)機(jī)提升鉆頭多為手工操作控制沖程，工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，精神緊張，并且沖擊次數(shù)也較低。

　　為了提高生產(chǎn)效率，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在自動(dòng)沖擊控制系統(tǒng)中曾經(jīng)采用過(guò)機(jī)械和由進(jìn)間繼電器等元件組成的電器控制機(jī)構(gòu)。由于鋼繩在滾筒上纏繞半徑和變化和鉆進(jìn)過(guò)程中地層的改變，上述兩種機(jī)構(gòu)在鉆時(shí)過(guò)程中，都需要根據(jù)實(shí)際工作情況，人為地不斷進(jìn)行調(diào)整。

　　采用微機(jī)控制的自動(dòng)沖擊機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)鉆進(jìn)過(guò)程中各種因素的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制每次沖擊的進(jìn)給量，實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)沖擊鉆進(jìn)。

　　2 自動(dòng)沖擊鉆進(jìn)的基本原理

　　在卷?yè)P(yáng)式?jīng)_擊鉆機(jī)上，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沖擊鉆進(jìn)，可以通過(guò)檢測(cè)和控制鋼繩的松馳量（即沖擊鉆頭下落到井底后，卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒開始正轉(zhuǎn)，到鋼繩拉緊沖擊鉆頭時(shí)鋼繩的長(zhǎng)度值）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在沖擊開始前，首先設(shè)置沖擊鉆頭沖擊時(shí)的沖程長(zhǎng)度L和鋼繩 的松馳量S；然后由微機(jī)發(fā)出閉合液壓離合器的控制們號(hào)，使卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒開始正轉(zhuǎn)，并記錄下滾筒開始正轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)角位置；在滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，微機(jī)不斷采集和記錄滾筒轉(zhuǎn)角的位置信號(hào)；當(dāng)鋼繩拉緊沖擊鉆頭時(shí)微機(jī)將此時(shí)的滾筒 轉(zhuǎn)角位置信號(hào)與滾筒 開始正轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)角位置信號(hào)相比較，得出鋼繩的實(shí)際松馳量E；將鋼繩的實(shí)際松馳量E與設(shè)定值S相比較，用其差值修正和控制本次沖擊時(shí)的鉆頭提升高度H；當(dāng)提升鉆頭的高度過(guò)到H值時(shí)，微機(jī)發(fā)出打開液壓離合器信號(hào)；離合器打開后，滾筒在沖擊鉆頭訓(xùn)擊時(shí)所設(shè)置的沖程長(zhǎng)度L時(shí)，微機(jī)又重新發(fā)出離合器閉合信號(hào)，開始下一次自動(dòng)沖擊的控制。
　　3 硬件的構(gòu)成和軟件的設(shè)計(jì)

　　鉆機(jī)提升沖擊鉆頭時(shí)的提重信號(hào)是通過(guò)交流互感器檢測(cè)電機(jī)的電流變化得到的，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)空載和提升鉆壯頭時(shí)的電流變化，再通過(guò)可調(diào)閥值電路，發(fā)出對(duì)應(yīng)電機(jī)空載和提重的高低電平信號(hào)，作為微機(jī)的一個(gè)中斷控制。

　　卷?yè)P(yáng)機(jī)的轉(zhuǎn)角位置信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)是采用兩個(gè)磁電傳感器的檢測(cè)固定有滾筒軸上帶等分磁鐵的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角得到了的，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路按兩個(gè)傳感器檢測(cè)信號(hào)的撫后和間隔，得到轉(zhuǎn)角的脈沖信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，兩信號(hào)分別送到微機(jī)的計(jì)數(shù)口和中斷控制口。

　　滾筒的思轉(zhuǎn)動(dòng)和停止是采用微機(jī)輸出信號(hào)，經(jīng)固態(tài)繼電器和電磁換向閥后直接控制液壓離合器的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　此外，系統(tǒng)還沒有沖程L和松馳量S的輸入和顯示電路。為了防止外界環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的干擾，在輸入和輸出電咱與微機(jī)間增設(shè)了光電隔離接口電路，同時(shí)系統(tǒng)還設(shè)置了一組發(fā)光二極管，用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作情況。

　　軟件的設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)模塊：

　　系統(tǒng)參數(shù)初始化模塊；用于進(jìn)第系統(tǒng)參數(shù)的初始化，并可以按鉆并工況設(shè)置沖程L和松馳量S。

　　中斷1模塊：用于獲取實(shí)際松馳量E。當(dāng)閉合液壓離合器，卷?yè)P(yáng)機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)，系統(tǒng)由轉(zhuǎn)角脈沖信號(hào)口讀入轉(zhuǎn)角脈沖信號(hào)，累加求和后存入實(shí)際松馳量E的存信單元。

　　中斷2模塊：按實(shí)際松馳量E和設(shè)定值S的差值修正沖擊鉆頭的提升高度值，控制本次沖擊時(shí)的提升高度。

　　中斷3模塊：按沖程L控制沖擊鉆頭的下落高度。

　　在軟件設(shè)計(jì)上，還采用了如下抗干擾措施：（1）為了防止系統(tǒng)跑飛，在系統(tǒng)監(jiān)控程序中每隔幾行都增設(shè)跑飛陷井，當(dāng)系統(tǒng)跑飛進(jìn)入到跑飛陷井后，都跳入到跑飛處理模塊，重新由參數(shù)存信單元讀取設(shè)定值和中斷標(biāo)志，按系統(tǒng)工作善重新執(zhí)行相應(yīng)的操作；（2）輸出控制信號(hào)時(shí)，采用重復(fù)多次輸出控制信號(hào)的方式，防止因干擾導(dǎo)致系統(tǒng)失控；（3）當(dāng)微機(jī)收到提重信號(hào)進(jìn)入中斷2模塊后，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，當(dāng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器過(guò)到預(yù)定的時(shí)間后，如果系統(tǒng)還沒有退出中斷2模塊，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出打開液壓離合器的信號(hào)，退出沖擊工作狀態(tài)，以防止系統(tǒng)工作失靈，造成嚴(yán)重事故，此外，當(dāng)系統(tǒng)正常退出工作狀態(tài)時(shí)，為了防止鋼繩松馳過(guò)量造成滾筒上排繩的混亂，系統(tǒng)的正常退出是在鋼繩拉緊鉆頭發(fā)出提重信號(hào)時(shí)進(jìn)行。

　　目前，微機(jī)控制自動(dòng)沖擊系統(tǒng)已經(jīng)在試驗(yàn)室內(nèi)卷?yè)P(yáng)機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)上，采用單板機(jī)控制獲得成功。試驗(yàn)證明，系統(tǒng)能夠按照給定的沖程L和松馳量S進(jìn)行正常工作，滿足了沖擊鉆進(jìn)的要求。