凿岩台车定向定位自动控制系统

许 峰

凿岩台车定向定位自动控制系统

许 峰

（中铁岩锋成都科技有限公司，成都 611731）

本文对凿岩台车定向定位自动控制系统进行研究，主要阐述基于Atlas L2D的凿岩台车利用PLC自动化控制系统以及旋转编码器、工业图形显示器如何实现定向定位的自动控制，最后阐述凿岩台车未来的发展趋势。

凿岩台车 定向定位 自动控制系统

目前，我国隧道施工的主要方法仍然是钻爆法。掘进工序作业模式主要采用在简易多功能台架上配备多台手持支腿式风钻进行钻孔作业，并进行人工装药，机械化程度低。钻孔作业工序存在作业人员多（事故安全隐患极大）、作业劳动强度大、气动设备能量利用率低等问题，已不能适应社会经济发展和国家及相关部门的政策强制要求。凿岩台车是实现掘进机械化的关键设备，使其实现定向定位的自动控制，可以更好地提升钻孔效率。凿岩台车定向定位自动控制系统的研究，注重提高定向仪器精度，并对系统误差和人为误差进行有效控制，充分发挥设备的优越性，提高隧道施工水平。本文对凿岩台车定向定位自动控制系统的研究，着重分析了定向控制系统、PLC控制系统以及工业图形显示器操作系统在凿岩台车中的实际应用，以期为凿岩台车定向定位自动控制系统的发展提供参考。

1 凿岩台车概念与其定向定位系统发展现状分析

凿岩台车是指在手持式凿岩机与拖式底盘基础车上发展而来的一种新型、现代化施工机械。在应用中，为了能充分发挥台车有效性，通常选择高效能冲击器或者凿岩机，并采取大推力推进器等设备，以提高设备运行的有效性。

随着社会经济快速发展，我国公路、铁路、水利等领域取得了飞速发展。凿岩台车作为上述领域发展的重要设备，能完成恶劣环境下的掘进工作。目前，Atlas L2D凿岩台车在具体操作过程中，主要为人工操作钻孔，钻孔精度不高，影响了隧道超欠挖控制。对此，笔者引进PLC控制系统，提高设备定向精度，减少人为和系统误差，提高钻孔精度和设备性能。

传统设备定位定向系统的研发主要建立在深孔设计要求上，设备的调整也应大幅度节省凿岩过程的定位、定向时间，提高设备使用效率。结合此前收集与整理的凿岩台车的具体数据，笔者确定了设备精度等目标，如精度确定为0.5°，速度在1min/孔以内等。

2 凿岩台车定向控制系统分析

凿岩台车的定向控制系统必须要结合凿岩台车的实际工作方式和工作环境，并根据相关原理设计定向控制系统，以更好地满足实际工作需要，达到预期目标。凿岩台车定向控制系统主要由以下部分构成：旋转编码器、PLC自动化控制系统以及图形显示器。在设计过程中，PLC自动化控制起到了系统控制作用，通过对图形显示器、旋转编码器传递的信息进行有效处理，控制凿岩台车进行工作，更好地提升钻孔效率。在实际设计过程中，会涉及到轴定位检测系统这一问题。

隧道施工过程中，凿岩台车需要利用轴定位检测系统，确保台车能更好地进行工作。轴定位检测系统可以保证凿岩台车在工作过程中，能精准定缺，具有较高的安全性和可靠性，且在实现这一系统目标时，需要利用旋转编码器，保证凿岩台车的工作能顺利进行[2]。

针对凿岩臂抬起和放下轴而言，要想实现对其进行自动化控制，可以通过安装绝对值旋转编码器实现对旋转体的角位移。其工作原理如下：将编码器与被检测对象同时安装在同轴心线上，并在旋转体上增加附件，借助附件的“桥梁”作用。当被检测对象旋转时，附件带动的旋转编码器也随之转动，并将此过程产生的数据信息上传至PLC控制系统中，通过系统软件对数据的整理和分析，能及时判断角位移是否处于合理范围内，如果出现不合理现象，系统将会提醒工作人员进行调整，以确保凿岩臂能做出正确反应。

而对于大臂左右转动而言，其与前者不同，主要采取安装增量型旋转编码器，通过圆盘带动周边，借助传动力量实现对周边的控制[3]。该编码器能将转动轴及其圆盘转动位移量输入自动控制系统中，并利用系统运算方式，实现对轴的准确调整，以有效提高检测的精确度，为设备安装奠定坚实的基础。

3 凿岩台车PLC控制系统分析

凿岩台车实现定向定位控制目标，PLC自动化控制系统是不可缺少的一个关键部分，在利用PLC控制系统时，必须要保证PLC系统的合理设计，能对旋转编码器传递回来的数字信息信号进行有效处理，并将之传递给工业图形显示器，以供工程师参考，并使其作出相应决策。

在对凿岩台车PLC控制系统进行设计的过程中，可以考虑以下两点：一是手动操控方式，二是自动控制方式。手动操控是根据PLC反馈的信息，根据工业图形显示器，进行手动角度定位操作；自动控制方式，则是由PLC自动化控制系统启动液压控制系统，之后进行轴定位操作，自动停车[4]。

为实现上述功能，凿岩台车在进行PLC控制系统设计时，可采用CJM1系统，并配备相应的CPU模块、输入/输出模块。其中，CPU是自动化控制系统的核心部分，能对旋转编码器传递的信号进行有效处理，并通过输出模块进行信息传输，并在工业图形显示器上显示。

4 凿岩台车工业图形显示器操作系统设计分析

工业图形显示器是钻孔作业过程中必不可少的组成部分，可以方便操作工进行实际操作，该系统与PLC自动化控制系统连接，可以更好地指导实际钻孔工作。在设计工业图形显示器系统时，必须要考虑模拟图及数字方式显示的运行角度。

工业图形显示器操作系统在进行型号选择时，要考虑以下几点内容：第一，工业图形显示器必须为彩色图形显示器，显示面板必须要明亮、清晰；第二，数据存储器的容量要符合实际生产需要，并能对画面进行自由设计，图形数据的使用能力必须得到有效保证；第三，可以更好地进行画面切换和数据采集工作，能对实际操作进行有效指导；第四，工业图形显示器的操作必须简便，工人经过简单培训后，就能进行实际操作[5]。

定位显示系统是凿岩台车进行定向定位自动化控制设计的一个必然选择，在应用过程中，必须要保证操作员可以根据定位显示系统，对凿岩台车进行有效定位。在设计定位显示系统时，主要利用三支红外线光笔完成。在安装时，需要在凿岩台车两侧安装两只红外线光笔，并且将发光端向外，凿岩台车的上部需要安装一支红外线光笔。操作工要根据工业图形显示器，对凿岩台车的前进位置进行定位。定位显示系统将直接影响凿岩台车定位速度，关系到凿岩台车的工作效率[6]。

凿岩台车定向定位系统可以更好地对凿岩台车进行定位操作，且大大地提升了凿岩台车的工作效率。凿岩台车在应用定向定位自动化控制系统后，可以不借助外部测量手段就进行定位操作，其中，两轴定位误差不超过0.3度，提升了工作效率，对隧道施工掘进机械化来说，起到了积极的推动作用，提高了钻孔质量和施工效率。

5 凿岩台车定向定位系统自动化系统未来发展趋势

5.1 标准化方向

当前，世界上多个企业大力研究新技术，加强对凿岩台车钻臂、推进器等零部件的标准化研究。同时，随着社会各领域快速发展，对设备提出了多样化需求，企业开始开展针对性零部件的生产，在很大程度上丰富了设备类型及品种，且技术支持不断提高，各类设备设计与生产的周期日渐缩短，产品技术含量也随之提升。另外，为了提高设备应用的灵活性，未来设备研究还会简化布线，减少故障，灵活配置系统，促使其积极作用得到最大程度发挥。

5.2 自动化方向

随着电子技术的发展及推广，凿岩循环工作已基本实现自动化，无论是开孔，还是停机都能进行无人操作，全自动化台车成为凿岩机器人。由于该类机器人能用于隧道开挖等工作，有效地解放了人力。目前，日本、法国等多个国家陆续参与到全自动化凿岩机的研制工作中[7]，尤其是近几年，计算机等相关技术的发展及进步，智能技术的出现及应用，有效提高了自动化水平，自动化凿岩及台车逐渐应用到实践中，显著提高了工作效率及质量，有效保障了工作人员人身安全。

5.3 环保方向

传统凿岩台车噪声较大，对操作人员身心健康构成极大威胁。为了构建良好的工作环境，可以选择液压凿岩机。该设备在具体应用中，不仅噪声小，且不会排出油雾和有害气体。和传统气动凿岩机相比，其具有效率高、噪声小等优势[8]。但是，该设备噪声声压级仍在人耳敏感频率范围内，对施工人员身体健康的危害并未完全消除。噪声主要由冲击结构引起，结构间隙、蓄能器参数等因素都能产生噪声。对此，除对液压凿岩机机构进行技术攻关、改造外，还在远距离有线控制及设计研制全隔音等方面取得了较大突破，推动设备朝着环保方向发展。此外，凿眼台车未来还会朝着多样化方向发展。

6 结语

本文对凿岩台车定向定位自动控制系统进行研究，注重对其相关理论的分析，并根据实际情况，提出了定向定位控制系统设计的实际需要以及相关设计方式、方法。通过分析定向控制系统的构成、PLC控制系统设计、轴定位检测系统、工业图形显示器操作系统设计、定位显示系统设计，探讨凿岩台车定向定位自动控制系统的现实作用。结合本文的研究，我们不难看出，凿岩台车对促进我国隧道施工机械化具有十分重要的作用，因此，必须加强这一技术的现实应用，从而促进相关领域的发展。

[1]孔令荣.提高Simba-H1354型凿岩台车钻孔质量的途径[J].矿山机械，2011，（4）：132-133.

[2]赵昱东.液压凿岩设备的发展概况及趋势[J].现代矿业，2010，（4）：11-16.

[3].凿岩机械和凿岩钻具的发展[J].凿岩机械气动工具，2012，（4）：57-62.

[4]杨光照，邹学新，李云涛，等.凿岩台车的研发情况与发展趋势[J].中国重型装备，2009，（1）：47-49.

[5]张世明.353E型凿岩台车在工程施工中的使用工法[J].今日工程机械，2010，（4）：126-127.

[6赵昱东.液压凿岩设备的发展概况及趋势[J].现代矿业，2010，（4）：11-16.

[7]陈晓成.浅谈凿岩台车在长大隧道快速掘进中的应用[J].山西科技，2010，（4）：86-87.

[8]刘鹏.全电脑凿岩台车的先进性和经济性浅析[J].公路交通技术，2012，（1）：106-109.

Jumbo Directional Positioning Automatic Control System

XU Feng
(Iron rock Feng Technology Co., Ltd. of Chengdu,Chengdu 611731)

In this paper, jumbo directional positioning automatic control system research, mainly on Atlas L2D based on the jumbo use PLC automation control systems and rotary encoders, industrial graphics display how to achieve automatic control of directional orientation, and finally elaborate drill rig car future trends.

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